Các vi sinh vật cư trú trong môi trường mỏ than được xem là nguồn tài nguyên đầy triển vọng để phát triển các phương pháp điều trị bệnh ung thư và các bệnh truyền nhiễm. Các nhà khoa học đang tập trung nghiên cứu những vi khuẩn đặc biệt này nhằm tìm kiếm các hợp chất sinh học có thể mở ra hướng đi mới trong y học.

Tìm kiếm phương thức chữa trị ung thư từ mỏ than

Tiến sĩ Jon Thorson, giáo sư khoa học dược phẩm tại Đại học Dược Vương quốc Anh và Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu và Đổi mới Dược phẩm Vương quốc Anh, đang dẫn dắt một nhóm nghiên cứu khám phá các khu vực dưới lòng đất ở miền Đông Kentucky, Mỹ. Nhóm của ông đặc biệt quan tâm đến các mỏ than bị bỏ hoang, nơi có thể tồn tại những vi khuẩn có khả năng sinh tồn mạnh mẽ.   

Những vi sinh vật này sống trong điều kiện khắc nghiệt sâu dưới bề mặt trái đất, nơi hầu hết các dạng sống khác không thể tồn tại. Nhờ đó, chúng phát triển những "siêu năng lực" hóa học tự nhiên để thích nghi. Theo Tiến sĩ Thorson, chính những đặc tính này có thể trở thành chìa khóa trong việc phát triển các phương pháp điều trị hiệu quả cho bệnh ung thư và nhiều bệnh lý khác. 

Tiềm năng từ vi khuẩn

Nhiều loại thuốc hiện nay có nguồn gốc từ vi khuẩn. Chẳng hạn, kháng sinh erythromycin, được sử dụng để điều trị các bệnh nhiễm khuẩn, có nguồn gốc từ vi khuẩn trong đất. Doxorubicin, một trong những loại thuốc hóa trị hiệu quả nhất trong điều trị ung thư, cũng được tạo ra từ vi khuẩn Streptomyces peucetius.

Phòng thí nghiệm của Thorson tập trung vào việc khai thác các sản phẩm tự nhiên từ những nguồn độc đáo như vi khuẩn, nấm và thực vật. Thay vì nghiên cứu các địa điểm quen thuộc, nhóm của ông tìm kiếm vi sinh vật trong những môi trường khắc nghiệt như mỏ than hầm lò và lộ thiên, lỗ thông hơi nhiệt từ các đám cháy mỏ than, các khu vực cải tạo khai thác mỏ, cũng như các giếng khoan sâu phục vụ việc cô lập carbon. Sự kết hợp giữa nhiệt độ cao từ các đám cháy ngầm và thành phần khoáng chất đặc biệt của từng địa điểm đã tạo ra môi trường lý tưởng để thu thập mẫu vi sinh vật.

Ngoài ra, nhóm nghiên cứu còn thu thập mẫu từ độ sâu hàng trăm mét dưới lòng đất thông qua khoan lõi địa chất. Nhà địa chất Rick Bowersox, chuyên gia nghiên cứu về cô lập carbon, cho biết: "Khi khoan xuống khoảng 610 mét, nồng độ muối trong nước trong các lỗ rỗng của đá cao gấp ba đến năm lần so với nước biển. Do đó, vi khuẩn trong môi trường này có sự khác biệt đáng kể so với vi khuẩn ở mặt đất. Chúng đã tiến hóa để thích nghi với áp suất cao, nhiệt độ khắc nghiệt và thành phần hóa học đặc biệt của nước."

Hành trình tìm kiếm hợp chất mới

Sau khi thu thập mẫu, nhóm nghiên cứu nuôi cấy vi khuẩn trong phòng thí nghiệm, phân lập từng chủng riêng biệt và phân tích các hợp chất hóa học mà chúng sản sinh. Những hợp chất tiềm năng được lưu trữ trong một kho dữ liệu phục vụ nghiên cứu chuyên sâu.

Theo Tiến sĩ Thorson, các hợp chất này - còn được gọi là sản phẩm tự nhiên - là những phân tử đã tiến hóa chức năng theo thời gian. Ông nhấn mạnh: "Chỉ cần một thay đổi nhỏ trong cấu trúc của các phân tử này có thể dẫn đến sự khác biệt lớn trong cách chúng hoạt động trong cơ thể con người."

Từ khi bắt đầu thu thập mẫu từ mỏ than vào năm 2012, nhóm nghiên cứu của Thorson đã phát hiện và phân lập một số hợp chất có tiềm năng dược lý. Một số hợp chất này có khả năng khôi phục cơ chế ức chế sự phát triển của ung thư. Đáng chú ý, một số sản phẩm tự nhiên mà họ tìm thấy còn liên quan đến điều trị bệnh sốt rét và có thể giúp cơ thể chống lại độc tính do rượu gây ra.

Hướng tới tương lai

Trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu kỳ vọng tiếp tục mở rộng danh sách các hợp chất được phân lập từ các mỏ than sâu trong dãy Appalachian. Họ đang tối ưu hóa quy trình xác định hợp chất nhằm nâng cao hiệu quả và tăng cường sự đa dạng hóa hóa học. Nếu thành công, nghiên cứu này có thể mở ra một hướng đi hoàn toàn mới trong việc phát triển sản phẩm tự nhiên.

Kết luận

Những vi sinh vật sống trong môi trường khắc nghiệt của mỏ than không chỉ là nguồn tài nguyên khoa học quý giá mà còn mang đến cơ hội phát triển những liệu pháp điều trị đột phá cho bệnh ung thư và nhiều bệnh lý khác. Nhờ khả năng thích nghi độc đáo, chúng có thể cung cấp các hợp chất sinh học giá trị, mở ra triển vọng mới cho ngành dược phẩm hiện đại. Khi những nghiên cứu này tiến xa hơn, tương lai của y học có thể chứng kiến những đột phá quan trọng, biến những khám phá từ lòng đất thành những phương pháp điều trị cứu sống con người./.