I. Tổng quan Nghiên cứu đặc điểm di truyền Neisseria 2017 2020
Bệnh nhiễm khuẩn do não mô cầu Neisseria meningitidis là một bệnh truyền nhiễm cấp tính nguy hiểm, gây dịch với nhiều thể lâm sàng khác nhau, trong đó viêm màng não mủ và nhiễm khuẩn huyết là phổ biến hơn. Não mô cầu cư trú tại vùng hầu họng của người và lây qua đường hô hấp. Bệnh thường để lại di chứng nặng nề, tỷ lệ tử vong cao. Ở Việt Nam, NMC có khả năng gây dịch nhỏ và ca bệnh rải rác. Dựa vào cấu trúc kháng nguyên ngoài màng, đã xác định 13 nhóm huyết thanh, trong đó 5 nhóm (A, B, C, Y, W135) chiếm 90% ca bệnh. Hiện có vaccine tái tổ hợp phòng ngừa nhóm A, C, W135, Y. Vắc xin nhóm B có tính sinh miễn dịch kém. Hiểu rõ cấu trúc gen và protein màng ngoài (PorA, PorB...) giúp nghiên cứu và chế tạo vắc xin hiệu quả hơn. Phương pháp định type bằng trình tự đa locus (MLST) là tiêu chuẩn vàng để giám sát dịch tễ phân tử. Các bệnh viện tuyến Trung ương đã triển khai kỹ thuật sinh học phân tử, nhưng sử dụng sinh phẩm ngoại với giá thành cao là một hạn chế. Các nghiên cứu xác định đặc điểm dịch tễ phân tử của các chủng N. meningitidis ở Việt Nam so với cơ sở dữ liệu thế giới chưa nhiều. Nghiên cứu này cung cấp dữ liệu quan trọng trong việc giám sát NMC, đặc biệt là dòng xâm lấn, tiên lượng nguy cơ dịch và làm cơ sở cho nghiên cứu vaccine dự phòng.
1.1. Lịch sử phát hiện và nghiên cứu về não mô cầu
Viêm màng não do Neisseria meningitidis đã được ghi nhận từ thế kỷ thứ II trước công nguyên. Đến năm 1805, bệnh được Gaspard Vieusseux mô tả từ vụ dịch ở Geneve. Năm 1884, Ettore Marchiafava và Angelo Celli quan sát được vi khuẩn trong tế bào ở dịch não tủy. Năm 1887, Anton Weichselbaum phân lập được vi khuẩn và đặt tên Diplococcus intracellularis meningitidis. Năm 1901, Albrecht và Ghon đổi tên thành Neisseria meningitidis để ghi công Albert Neisser. Các cột mốc này đánh dấu sự khởi đầu của việc nghiên cứu và hiểu biết về căn bệnh nguy hiểm này. Nghiên cứu giúp con người hiểu rõ hơn về Neisseria, từ đó có các biện pháp phòng ngừa hữu hiệu hơn.
1.2. Đặc điểm sinh học cơ bản của Neisseria meningitidis
Neisseria meningitidis là cầu khuẩn Gram âm, hiếu khí, kích thước thay đổi, có thể thấy ở dạng đơn độc hoặc song cầu hình hạt cà phê. Vi khuẩn này có hoạt tính oxidase dương tính, oxi hóa glucose và maltose, không sử dụng sucrose và lactose. Trên tiêu bản nhuộm vi khuẩn thu từ môi trường nuôi cấy, NMC thường có kích thước đa dạng và cách sắp xếp không điển hình. Vi khuẩn ở trong bệnh phẩm dịch não tủy thường có vỏ, không di động, không sinh nha bào, bắt màu Gram (-). Neisseria cần môi trường giàu chất dinh dưỡng để phát triển, như thạch máu, thạch chocolate, và khí trường có 5-10% CO2, ở 37°C.
1.3. Cấu trúc kháng nguyên của Neisseria meningitidis và phân loại
Cấu trúc của Neisseria meningitidis bao gồm màng ngoài (OM), lớp Peptidoglycan và màng trong và tế bào chất. Cấu trúc kháng nguyên bao gồm lớp polysaccharide, Lipo-oligosaccharide (LOS), protein màng ngoài: PorA, PorB và một số protein khác. Dựa vào tính không đồng nhất về cấu trúc và tính kháng nguyên của lớp PS, người ta chia được 13 nhóm huyết thanh bao gồm: (A, B, C, D, 29-E, H, I, K, L, W135, X, Y và Z). 5 nhóm huyết thanh chủ yếu gây viêm màng não và nhiễm trùng huyết là A, B, C, Y và W-135. Chỉ một sự khác nhau nhỏ trong cấu trúc dẫn đến các đặc tính miễn dịch khác biệt. Việc hiểu rõ cấu trúc kháng nguyên là rất quan trọng để phát triển vaccine hiệu quả.
II. Thách thức Neisseria và gánh nặng viêm màng não tại miền Bắc
Tỷ lệ người mang mầm bệnh NMC không triệu chứng chiếm khoảng 5-10% trong cộng đồng và 20-25% ở lứa tuổi trưởng thành. Ở Việt Nam, NMC có khả năng gây ra các vụ dịch nhỏ và các ca bệnh rải rác khắp các tỉnh trên cả nước, nguy cơ dịch lây lan ra cộng đồng là rất lớn. Ngoài ra, phương pháp định type bằng trình tự đa locus (Multilocus sequence typing – MLST) được xem là tiêu chuẩn vàng để giám sát dịch tễ phân tử não mô cầu trong phạm vi quốc gia và quốc tế. Hiện nay các bệnh viện tuyến Trung ương – Bộ Y tế đã triển khai kỹ thuật sinh học phân tử trong chẩn đoán NMC, tuy nhiên việc sử dụng các sinh phẩm xét nghiệm của nước ngoài với giá thành cao và hạn sử dụng ngắn đang là hạn chế của 1 kỹ thuật này đối với các bệnh viện tuyến dưới.
2.1. Dịch tễ học nhiễm não mô cầu Con đường lây lan và tỷ lệ mắc
Neisseria meningitidis cư trú ở đường hô hấp của con người, lây truyền qua các giọt bắn truyền trong không khí của người nhiễm bệnh hoặc thông thường hơn là của người mang mầm bệnh không có triệu chứng. Tỷ lệ gây bệnh chiếm 1/100.000 và tỷ lệ người mang mầm bệnh là 1/10. Khi đã đi vào máu, NMC phá vỡ phản ứng đáp ứng miễn dịch bằng một số yếu tố độc lực: vỏ vi khuẩn, IgA protease, bề mặt chứa Lipopolysaccharide (LPS), hoạt động như một nội độc tố gây viêm và tổn thương nội mô. Bệnh xảy ra chỉ khi NMC vượt qua biểu mô đường hô hấp để vào máu, gây nhiễm khuẩn huyết và viêm màng não.
2.2. Di chứng và tỷ lệ tử vong do nhiễm Neisseria meningitidis
Tỷ lệ tử vong do nhiễm NMC có thể lên tới 10%, trong khi di chứng vĩnh viễn xảy ra ở 20% số người sống sót, bao gồm tổn thương thần kinh, rối loạn tâm lý, giảm thính lực, giảm thị lực, cắt cụt chi. Khi điều trị bệnh, tỷ lệ tử vong do viêm màng não, nhiễm khuẩn huyết là 11%, trong đó viêm màng não đơn thuần là 5%. Hầu hết các trường hợp chết do viêm màng não có nguyên nhân từ nhiễm khuẩn huyết. Bệnh nhân nhiễm khuẩn huyết nhưng không có hội chứng màng não có tỷ lệ tử vong là 20%, nhưng nếu kèm theo sốc thì tỷ lệ tử vong chiếm đến 50%. Trong nhiễm khuẩn NMC, 15% thể viêm màng não tiến triển nhanh từ khi xuất hiện triệu chứng đầu tiên đến khi tử vong.
III. PCR Phương pháp phân tích di truyền Neisseria hiệu quả
Phản ứng chuỗi polymerase (PCR) là một kỹ thuật khuếch đại DNA được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu Neisseria meningitidis. Nó cho phép các nhà nghiên cứu tạo ra hàng triệu bản sao của một đoạn DNA cụ thể, giúp việc phân tích và phát hiện vi khuẩn trở nên dễ dàng hơn. PCR được sử dụng để xác định nhóm huyết thanh của Neisseria meningitidis bằng kỹ thuật multiplex- PCR. Đồng thời, PCR khuếch đại các đoạn gen MLST và đoạn gen kháng nguyên mã hoá protein màng ngoài PorA và PorB. Điện di sản phẩm PCR trên gel agarose được thực hiện để kiểm tra kết quả khuếch đại. Cuối cùng, sản phẩm PCR được tinh sạch và giải trình tự gen để phân tích dữ liệu.
3.1. Xác định nhóm huyết thanh Neisseria bằng multiplex PCR
Kỹ thuật multiplex- PCR được sử dụng để xác định nhóm huyết thanh của Neisseria meningitidis. Kỹ thuật này cho phép phát hiện đồng thời nhiều nhóm huyết thanh khác nhau trong cùng một phản ứng. Các mồi đặc hiệu cho từng nhóm huyết thanh được thiết kế để khuếch đại các đoạn DNA đặc trưng. Kết quả PCR được phân tích bằng điện di trên gel agarose, và nhóm huyết thanh được xác định dựa trên kích thước của các sản phẩm khuếch đại. Đây là phương pháp nhanh chóng và hiệu quả để xác định nhóm huyết thanh, giúp việc giám sát dịch tễ và lựa chọn vaccine trở nên hiệu quả hơn.
3.2. Khuếch đại và giải trình tự gen PorA và PorB bằng PCR
PCR được sử dụng để khuếch đại các đoạn gen mã hóa protein màng ngoài PorA và PorB của Neisseria meningitidis. Các mồi đặc hiệu được thiết kế để khuếch đại các vùng biến đổi (VRs) của gen porA và porB. Sản phẩm PCR sau đó được giải trình tự để xác định trình tự nucleotide của các vùng VRs. Phân tích trình tự gen cho phép xác định các phân týp huyết thanh và týp huyết thanh của Neisseria meningitidis. Thông tin này rất quan trọng trong việc hiểu rõ sự đa dạng di truyền và tiến hóa của vi khuẩn, cũng như trong việc phát triển vaccine và chẩn đoán.
IV. Giải trình tự gen Bí quyết tìm hiểu đặc điểm di truyền Neisseria
Giải trình tự gen là một phương pháp quan trọng để xác định trình tự nucleotide của DNA. Trong nghiên cứu Neisseria meningitidis, giải trình tự gen được sử dụng để xác định trình tự của các gen như porA, porB và các gen MLST. Trình tự gen cung cấp thông tin chi tiết về cấu trúc di truyền của vi khuẩn, giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về sự đa dạng di truyền, tiến hóa và khả năng gây bệnh của Neisseria meningitidis. Ngoài ra, giải trình tự gen cũng được sử dụng để so sánh các chủng Neisseria meningitidis khác nhau và xác định các đột biến gen có thể ảnh hưởng đến khả năng kháng kháng sinh hoặc khả năng gây bệnh.
4.1. Xác định kiểu trình tự MLST để phân tích tính đa hình
Phương pháp định type bằng trình tự đa locus (Multilocus sequence typing – MLST) được xem là tiêu chuẩn vàng để giám sát dịch tễ phân tử não mô cầu trong phạm vi quốc gia và quốc tế. MLST sử dụng trình tự của 7 gen quản gia (house keeping) để xác định kiểu trình tự (sequence type – ST) của Neisseria meningitidis. Phân tích MLST cho phép xác định các dòng (lineage) của vi khuẩn và theo dõi sự lây lan của các dòng này trong cộng đồng. Thông tin MLST rất quan trọng trong việc giám sát dịch tễ học, dự đoán nguy cơ bùng phát dịch và phân vùng dịch tễ học.
4.2. Phân tích phylogenetic so sánh các chủng Neisseria miền Bắc
Phân tích phylogenetic là một phương pháp sử dụng dữ liệu trình tự gen để xây dựng cây phả hệ (phylogenetic tree) thể hiện mối quan hệ tiến hóa giữa các chủng Neisseria meningitidis. Cây phả hệ cho phép các nhà nghiên cứu xác định nguồn gốc và con đường lây lan của các chủng vi khuẩn. Trong nghiên cứu này, phân tích phylogenetic được sử dụng để so sánh các chủng Neisseria meningitidis phân lập được ở miền Bắc Việt Nam với các chủng trên thế giới. Kết quả phân tích giúp hiểu rõ hơn về sự đa dạng di truyền của Neisseria meningitidis ở Việt Nam và mối liên hệ với các chủng ở các khu vực khác.
V. Ứng dụng Nghiên cứu Neisseria góp phần phòng ngừa viêm màng não
Nghiên cứu đặc điểm di truyền phân tử của Neisseria meningitidis có nhiều ứng dụng quan trọng trong công tác phòng ngừa và điều trị bệnh viêm màng não. Kết quả nghiên cứu cung cấp thông tin về sự đa dạng di truyền của vi khuẩn, giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về cơ chế gây bệnh và khả năng kháng kháng sinh. Thông tin này rất quan trọng trong việc phát triển vaccine hiệu quả và lựa chọn kháng sinh phù hợp để điều trị bệnh. Ngoài ra, nghiên cứu còn giúp giám sát dịch tễ học, dự đoán nguy cơ bùng phát dịch và phân vùng dịch tễ học.
5.1. Phát triển vaccine dựa trên đặc điểm di truyền PorA và PorB
Protein màng ngoài PorA và PorB là các kháng nguyên quan trọng của Neisseria meningitidis. Nghiên cứu đặc điểm di truyền của gen porA và porB giúp xác định các phân týp huyết thanh và týp huyết thanh của vi khuẩn. Thông tin này rất quan trọng trong việc phát triển vaccine dựa trên các kháng nguyên PorA và PorB. Vaccine chứa các kháng nguyên này có thể tạo ra đáp ứng miễn dịch bảo vệ chống lại các chủng Neisseria meningitidis khác nhau. Nghiên cứu giúp lựa chọn các kháng nguyên phù hợp để đưa vào vaccine, tăng cường hiệu quả bảo vệ của vaccine.
5.2. Lựa chọn kháng sinh phù hợp dựa trên kết quả kháng sinh đồ
Neisseria meningitidis có thể kháng một số loại kháng sinh. Nghiên cứu đặc điểm di truyền của vi khuẩn giúp xác định các gen kháng kháng sinh. Thông tin này rất quan trọng trong việc lựa chọn kháng sinh phù hợp để điều trị bệnh. Kháng sinh đồ là một xét nghiệm xác định độ nhạy của vi khuẩn với các loại kháng sinh khác nhau. Kết hợp thông tin về đặc điểm di truyền và kết quả kháng sinh đồ giúp bác sĩ lựa chọn kháng sinh hiệu quả nhất để điều trị bệnh, giảm nguy cơ thất bại điều trị và sự lan rộng của vi khuẩn kháng kháng sinh.
VI. Tương lai Giám sát di truyền Neisseria và chiến lược phòng ngừa
Nghiên cứu đặc điểm di truyền phân tử của Neisseria meningitidis là một lĩnh vực đang phát triển mạnh mẽ. Trong tương lai, các kỹ thuật giải trình tự gen thế hệ mới (next-generation sequencing – NGS) sẽ được sử dụng rộng rãi để phân tích toàn bộ hệ gen của vi khuẩn. Phân tích hệ gen cho phép xác định tất cả các gen và vùng không mã hóa của vi khuẩn, cung cấp thông tin toàn diện về cấu trúc di truyền, cơ chế gây bệnh và khả năng kháng kháng sinh. Thông tin này sẽ giúp phát triển các chiến lược phòng ngừa và điều trị bệnh hiệu quả hơn.
6.1. Xây dựng cơ sở dữ liệu về đặc điểm di truyền Neisseria ở VN
Việc xây dựng một cơ sở dữ liệu toàn diện về đặc điểm di truyền của Neisseria meningitidis ở Việt Nam là rất cần thiết. Cơ sở dữ liệu này sẽ chứa thông tin về trình tự gen, kiểu trình tự MLST, phân týp huyết thanh, týp huyết thanh và khả năng kháng kháng sinh của các chủng vi khuẩn phân lập được ở Việt Nam. Cơ sở dữ liệu sẽ là một công cụ quan trọng cho việc giám sát dịch tễ học, dự đoán nguy cơ bùng phát dịch và phát triển các chiến lược phòng ngừa và điều trị bệnh phù hợp với tình hình dịch tễ ở Việt Nam.
6.2. Đề xuất chiến lược phòng ngừa bằng vaccine dựa trên di truyền
Dựa trên thông tin về đặc điểm di truyền của Neisseria meningitidis ở Việt Nam, các nhà khoa học có thể đề xuất một chiến lược phòng ngừa bằng vaccine phù hợp. Chiến lược này có thể bao gồm việc sử dụng các loại vaccine hiện có hoặc phát triển các loại vaccine mới chứa các kháng nguyên đặc hiệu cho các chủng vi khuẩn phổ biến ở Việt Nam. Việc tiêm chủng vaccine có thể giúp giảm nguy cơ mắc bệnh và tử vong do Neisseria meningitidis, đặc biệt là ở các nhóm đối tượng có nguy cơ cao như trẻ em và thanh thiếu niên.
