Năm 1884, có vẻ như nữ thần may mắn đang từ bỏ một bệnh nhân.
Bệnh nhân này có một khối u ở cổ đang tiến triển nhanh chóng,
và tệ hơn, anh còn bị nhiễm trùng da ở những vị trí khác.
Nhưng chẳng bao lâu, một chuyện bất ngờ đã xảy ra:
khi tình trạng nhiễm trùng vừa khỏi, thì căn bệnh ung thư cũng dần suy giảm.
Bảy năm sau, khi bác sĩ William Coley đánh giá lại tình trạng của anh ta
thì không còn bất kỳ dấu hiệu nào của ung thư.
Coley tin rằng một điều đáng kinh ngạc đã xảy ra:
đó là tình trạng nhiễm trùng đã kích thích hệ miễn dịch của bệnh nhân
chống lại ung thư.
Phát hiện may mắn đã khiến Coley trở thành người tiên phong
trong việc điều trị dứt điểm ung thư bằng cách tiêm vi khuẩn có chủ ý.
Hơn một thế kỷ sau, các nhà sinh học tổng hợp đã tìm thấy một cách còn tốt hơn
trong việc sử dụng những đồng minh không ngờ tới này -
đó là lập trình chúng để vận chuyển thuốc một cách an toàn và chính xác đến khối u.
Ung thư xảy ra khi những chức năng bình thường của tế bào bị thay đổi,
khiến chúng nhân lên nhanh chóng và tiến triển thành khối u.
Việc sử dụng các phương pháp trị liệu như xạ trị, hóa trị và liệu pháp miễn dịch
nhằm tiêu diệt các tế bào ác tính, nhưng có thể ảnh hưởng đến toàn bộ cơ thể
và hủy hoại các mô khỏe mạnh trong quá trình điều trị.
Tuy nhiên một số vi khuẩn như E. coli
có một khả năng đặc biệt là phát triển có chọn lọc bên trong khối u.
Trên thực tế, trung tâm của khối u tạo ra một môi trường lý tưởng
để chúng có thế nhân lên an toàn, tránh khỏi các tế bào miễn dịch.
Thay vì gây ra nhiễm khuẩn,
vi khuẩn có thể được tái lập trình để mang theo thuốc trị ung thư
có chức năng như con ngựa thành Troy với mục tiêu là thâm nhập vào trong khối u.
Ý tưởng về việc lập trình vi khuẩn để phát hiện và phản ứng theo những cách mới lạ
là trọng tâm của lĩnh vực Sinh học Tổng hợp.
Nhưng làm cách nào để lập trình vi khuẩn?
Mấu chốt nằm ở việc điều khiển DNA vi khuẩn.
Bằng việc chèn một trình tự gen đặc biệt vào vi khuẩn,
làm chúng có thể tổng hợp nên nhiều loại phân tử,
kể cả những loại có thể phá hủy quá trình tiến triển bệnh ung thư.
Chúng cũng có thể được điều chỉnh để hoạt động theo những cách thức riêng
nhờ vào các mạch sinh học.
Chúng có tác dụng thay đổi cách thức hoạt động tùy vào sự hiện diện, vắng mặt,
hoặc kết hợp của những yếu tố nhất định.
Ví dụ, các khối u có nồng độ ô-xi và pH thấp
và sản xuất quá mức một số phân tử nhất định.
Nhà sinh học tổng hợp có thể lập trình vi khuẩn nhận biết được tình trạng trên,
và như vậy chúng sẽ đáp ứng lại khối u mà không ảnh hưởng đến các mô bình thường.
Một loại mạch sinh học
có khả năng ly giải đồng bộ, gọi tắt là SLC,
cho phép vi khuẩn vận chuyển thuốc
theo một lịch trình đã được thiết lập sẵn.
Đầu tiên, để tránh tổn thương các mô khỏe mạnh,
quá trình sản xuất thuốc kháng ung thư chỉ được tiến hành khi vi khuẩn
đã xâm nhập và bắt đầu phát triển bên trong khối u.
Sau đó, ngay khi chúng đã tạo ra thuốc,
chế độ tự tiêu diệt sẽ được kích hoạt để ngăn ngừa sự bùng nổ
ngay khi số lượng của chúng chạm ngưỡng.
Chế độ này vừa giúp phóng thích thuốc, vừa làm giảm số lượng vi khuẩn.
Tuy nhiên, một tỉ lệ vi khuẩn nhất định vẫn còn sống
để khôi phục dân số của chúng.
Cứ như vậy số lượng vi khuẩn tăng lên đủ để kích hoạt chế độ tự tiêu diệt lần nữa,
và vòng tuần hoàn lại tiếp tục.
Chương trình này có thể điều chỉnh để cung cấp thuốc
theo bất kỳ lịch trình nào tốt nhất để tiêu diệt khối u.
Phương pháp đầy hứa hẹn này đã được thử nghiệm trên chuột.
Các nhà khoa học không chỉ loại bỏ thành công khối u lympho
bằng cách tiêm vi khuẩn vào khối u,
mà mũi tiêm này còn kích thích hệ miễn dịch,
giúp tế bào miễn dịch nhận diện và tấn công các u lympho chưa được điều trị
ở những vị trí khác của chuột.
Khác với những liệu pháp khác,
vi khuẩn không nhắm vào một loại ung thư cụ thể,
mà chúng tấn công tất cả các khối u rắn có chung đặc điểm.
Liệu pháp lập trình vi khuẩn không chỉ giới hạn trong điều trị ung thư.
Mà liệu pháp này còn được xem như những cảm biến tinh vi
trong việc theo dõi bệnh tật trong tương lai.
Các lợi khuẩn có thể sống dưới dạng bất hoạt trong đường ruột của chúng ta,
nơi chúng sẽ phát hiện, ngăn chặn và điều trị các rối loạn
trước khi các bệnh này biểu hiện thành triệu chứng.
Những tiến bộ trong công nghệ đang tạo ra một tương lai đầy hứa hẹn
của việc cá thể hóa điều trị bằng cách sử dụng các robot siêu nhỏ.
Nhờ vào hàng tỉ năm tiến hóa
chúng ta có thể đã nắm giữ khởi điểm
là hình thái sinh học không ngờ tới của vi khuẩn.
Và khi kết hợp thêm với sinh học tổng hợp,
thì ai biết được điều bất ngờ gì sẽ sớm xảy ra.