Các bệnh do nấm tàn phá nghiêm trọng đến sản xuất nông nghiệp. Theo ước tính, các bệnh do nấm gây thiệt hại 1/4 sản lượng vụ mùa trên toàn cầu mỗi năm. Trong nhiều thập kỷ, thuốc diệt nấm azole đã được sử dụng để kiểm soát nhiễm nấm một cách hiệu quả nhưng cách thức hoạt động chính xác của các loại thuốc này vẫn còn là một bí ẩn cho đến nay.

Trong một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Nature Communications, các nhà khoa học của Đại học Exeter đã mô tả cơ chế hoạt động tế bào mà thuốc azole tiêu diệt các tác nhân nấm gây bệnh. Cụ thể, kết quả của nhóm tác giả cho thấy nhóm thuốc chống nấm này khiến nấm gây bệnh kích hoạt con đường tự hủy diệt khi chúng tiếp xúc với nhóm chất kháng nấm này. Bài báo có tựa đề “Azoles hoạt hóa chương trình gây chết tế bào loại I và loại II ở nấm gây bệnh cây trồng”.

Trên thị trường hiện nay, có ít nhất 25 loại azole khác nhau đã được phát triển và các sản phẩm này chiếm một thị phần đáng kể thị phần thuốc diệt nấm trên toàn cầu - khoảng 25%. Các nghiên cứu trước đây phát hiện ra rằng azole nhắm vào các enzyme trong tế bào tạo ra ergosterol, các ergosterol có cấu trúc phân tử tương tự cholesterol, là thành phần quan trọng của màng sinh học tế bào. Cũng trong các nghiên cứu này, các nhà khoa học phát hiện ra rằng azole làm suy giảm nồng độ ergosterol và cuối cùng giết chết tế bào nấm bệnh. Họ cho rằng sự suy giảm nồng độ ergosterol gây ra các lỗ thủng ở màng tế bào bên ngoài gây nên sự chết của tế bào.

Tuy nhiên, các nhà khoa học đại học Exeter, do Tiến sĩ Gero Steinberg dẫn đầu, giáo sư sinh học tế bào và giám đốc Trung tâm hình ảnh sinh học của Exeter, đã tìm ra một lời giải thích khác. Nghiên cứu của họ đã sử dụng các tế bào từ Zymoseptoria tritici, một loại nấm gây ra bệnh đốm lá ở lúa mì và khiến Vương quốc Anh thiệt hại hơn 250 triệu bảng Anh (hơn 318 triệu USD) mỗi năm do bị phá hoại và chi phí phun thuốc diệt nấm.

Khi TS. Steinberg và nhóm của ông cho các tế bào này tiếp xúc với các azole và phân tích chúng bằng cách sử dụng hình ảnh tế bào sống, họ đã tìm thấy bằng chứng cho thấy hai con đường chết tế bào đã được kích hoạt để đáp ứng khi tiếp xúc với thuốc. Cụ thể, việc giảm ergosterol khi dùng azole điều trị nấm đã làm tăng hoạt động của ty thể. Sự trao đổi chất tăng lên dẫn đến sự hình thành các sản phẩm phụ độc hại khởi động quá trình apoptosis. Mặt khác, nhóm của họ cũng phát hiện ra rằng mức độ ergosterol giảm đã kích hoạt một con đường tự hủy khiến các tế bào tiếp xúc với thuốc tham gia vào quá trình “tự thực vĩ ​​mô” - một quá trình trong đó các tế bào tiêu thụ tế bào chất của chính chúng, bao gồm cả nhân và bào quan.

Nghiên cứu cho thấy azole hoạt động theo cách tương tự đối với nấm Magnaporthe oryzae hay nấm gậy bệnh đạo ôn, loại nấm giết chết tới 30% vụ lúa. Các nhà nghiên cứu cũng đã thử nghiệm các loại thuốc chống nấm khác nhắm vào quá trình sinh tổng hợp ergosterol và nhận thấy rằng chúng hoạt động theo cách tương tự. Tất cả đều bắt đầu phản ứng giống nhau cho thấy rằng việc kích hoạt con đường chết của tế bào là hậu quả chung của việc ức chế sinh tổng hợp ergosterol.

TS. Steinberg cho biết: “Phát hiện của chúng tôi viết lại hiểu biết chung về cách azole tiêu diệt nấm bệnh”. “Chúng tôi chứng minh rằng azole kích hoạt các chương trình ‘tự sát’ của tế bào nấm bệnh, khiến chúng tự hủy diệt. Phản ứng tế bào này xảy ra sau hai ngày xử lý, cho thấy tế bào đạt đến 'điểm không thể quay trở lại' sau một thời gian tiếp xúc với azole."

Tuy nhiên, các mầm bệnh nấm cũng như vi khuẩn và virus có thể tiến hóa. “Trên thực tế, thời gian đáp ứng 48 giờ giúp mầm bệnh có thời gian phát triển khả năng kháng lại azole, điều này giải thích tại sao tình trạng kháng azole ngày càng gia tăng ở các nấm bệnh, có nghĩa là chúng có nhiều khả năng không tiêu diệt được bệnh ở cây trồng và con người”, TS. Steinberg nói thêm. “Chúng tôi hy vọng rằng kết quả của chúng tôi  hữu ích trong việc tối ưu hóa các chiến lược kiểm soát bệnh do nấm, có thể cứu sống và đảm bảo an ninh lương thực”.

 

Phan Thụy Thanh Duyên - Hcmbiotech, theo Genengnews.