Lịch sử phát minh ra kháng sinh và tác dụng, vai trò của kháng sinh trong y học

Kháng sinh là thuốc không thể tự do sử dụng, mà cần tuân thủ đúng bệnh, liều lượng, thời gian và theo hướng dẫn của bác sĩ hoặc dược sĩ. Chúng chỉ có tác dụng trong việc điều trị nhiễm trùng do vi khuẩn gây ra, không có hiệu quả đối với các bệnh do virus. Vậy thuốc kháng sinh là gì? Chúng có tác dụng và vai trò như thế nào trong y học? Hãy cùng Giảng viên Cao đẳng Dược TPHCM -  Trường Cao đẳng Y Dược Pasteur tìm hiểu nhé!

1. Kháng sinh là gì?

Kháng sinh là những chất được chiết xuất từ các vi sinh vật như vi khuẩn hoặc nấm, và cũng có thể được tổng hợp hoặc bán tổng hợp. Chúng có khả năng đặc biệt tiêu diệt hoặc kìm hãm sự phát triển của vi khuẩn. Tác động của kháng sinh thường diễn ra ở mức phân tử, tác động lên một vị trí quan trọng của vi khuẩn hoặc một phản ứng trong quá trình phát triển của chúng.

Theo quan niệm truyền thống, kháng sinh được định nghĩa là các chất do các vi sinh vật như vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn tạo ra, có khả năng ngăn chặn sự tiến triển hoặc tiêu diệt vi khuẩn. Tuy nhiên, hiện nay kháng sinh cũng có thể được tạo ra thông qua quá trình tổng hợp hoặc tổng hợp hóa học, do đó định nghĩa về kháng sinh cũng đã thay đổi. Ngày nay, kháng sinh được định nghĩa là những chất có nguồn gốc từ vi sinh vật hoặc được tạo ra bằng quá trình tổng hợp hoặc tổng hợp hóa học. Chúng có tác dụng kìm hãm hoặc tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh ở liều thấp nhất.

Kháng sinh có tác dụng ức chế hoặc tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh, giúp kiểm soát và điều trị các nhiễm trùng vi khuẩn. Tuy nhiên, việc sử dụng kháng sinh cần được thực hiện cẩn thận để tránh tạo ra sự kháng cự của vi khuẩn (kháng kháng sinh), gây ra sự suy yếu trong hiệu quả của kháng sinh trong tương lai.

2. Lịch sử phát triển của các loại thuốc kháng sinh

Sự xuất hiện và ứng dụng sớm nhất của chất kháng sinh, còn được gọi là kháng sinh (antibiotic), là Penicillin, vào những năm 1940 của thế kỷ XX. Tuy vậy, trước đó, con người đã có khái niệm về việc sử dụng nấm mốc (mold, mildew) trên đậu phụ để chữa lành các vết thương nhỏ. Tại châu Âu và châu Mỹ nhiều thế kỷ trước đây, người ta đã biết cách sử dụng nấm mốc trên bánh mỳ, ngô, hoặc thậm chí là đồ da cũ bị lên mốc để điều trị các vết loét, viêm mủ trên da. Tuy hiện nay chúng ta biết nấm mốc thực sự chứa các chất kháng sinh, tuy nhiên thời điểm đó, người ta chưa hiểu về vi khuẩn hay vi khuẩn chân khuẩn, và càng chưa biết về kháng sinh là gì.

Năm 1928, Alexander Fleming, một nhà vi khuẩn học làm việc tại Bệnh viện Saint Mary ở London, phát hiện một hiện tượng bất thường trong quá trình kiểm tra các đĩa nuôi cấy chứa vi khuẩn. Ông thấy rằng nấm mốc xuất hiện trên các đĩa và phát triển thành các tảng nấm; xung quanh các tảng nấm này, vi khuẩn đã bị tiêu diệt. Ông suy luận rằng nấm này tạo ra một chất có khả năng tiêu diệt vi khuẩn. Loại nấm này, sau này được đặt tên khoa học là penicillium notatum, và chất kháng sinh được trích xuất từ nó được gọi là Penicillin. Ban đầu, Penicillin được sử dụng để điều trị các vết thương bề mặt và chỉ đạt được một mức độ thành công hạn chế, do Penicillin thô chứa rất ít hoạt chất. Fleming đã cố gắng tách Penicillin nguyên chất nhưng không thành công.

Mười năm sau đó, tại Oxford, dưới sự chỉ đạo của Howara Walter Florey - một nhà giải phẫu bệnh học người Australia - và Ernst Boris Chain, việc nghiên cứu để chế tạo Penicillin trên quy mô công nghiệp đã được tiến hành. Nhiều phương pháp như sử dụng tia cực tím, tia X và các chất hóa học để tác động vào cấu trúc di truyền của nấm đã được áp dụng để tạo ra chủng Penicillin với sản lượng cao. Năm 1943, dự án chế tạo Penicillin được xem là ưu tiên thứ hai sau dự án Manhattan chế tạo bom nguyên tử. Vào năm 1944, giá của một liệu pháp bằng Penicillin đã giảm xuống dưới 200 đô la, rẻ hơn cả giá của một bao gói sản phẩm.

Năm 1945, Alexander Fleming, Howard Walter Florey và Ernst Boris Chain đã được vinh danh bằng việc trao tặng giải Nobel y học vì đóng góp quan trọng trong việc phát triển kháng sinh.

Sau Thế chiến 2, sự tiến bộ khoa học và kỹ thuật thúc đẩy việc tạo ra nhiều loại kháng sinh như Streptomycin, Neomycin, Erythromycin. Tuy việc phát hiện và sản xuất kháng sinh mới dựa trên Penicillin dễ dàng hơn, nhưng các nhà khoa học vẫn cần nỗ lực lớn. Streptomycin là ví dụ, với việc chọn lọc từ 10.000 loại vi khuẩn. Từ những năm 1960, kháng sinh đã tiến xa với Chloromycetin (pasaxin) và từ những năm 1980, việc nghiên cứu bào chế đã giới thiệu cephalosporin đa dạng. Mỗi năm, hàng chục kháng sinh mới được đưa vào thị trường, và ước tính có đến 8000 loại kháng sinh, trong đó khoảng 100 loại sử dụng trong y học. Để sử dụng kháng sinh hiệu quả, cần tuân thủ đúng bệnh, liều lượng và thời gian dưới hướng dẫn của chuyên gia. Kháng sinh chỉ hoạt động đối với nhiễm trùng do vi khuẩn, không tác động lên virus.

3. Tác dụng của kháng sinh

Tác dụng của thuốc kháng sinh trong việc điều trị nhiễm khuẩn là do chúng tác động trực tiếp lên cấu trúc và quá trình sống của vi khuẩn. Dưới đây là các tác dụng chính của thuốc kháng sinh:

• Ức chế sinh tổng hợp vách tế bào vi khuẩn: Như nhóm kháng sinh beta-lactam, fosfomycin và vancomycin ảnh hưởng đến quá trình tạo thành vách tế bào của vi khuẩn. Chúng ngăn chặn việc tổng hợp peptidoglycan, thành phần chính của vách tế bào, dẫn đến việc vi khuẩn không thể tạo được vách và bị tàn phá. Loại kháng sinh này thường hiệu quả đối với vi khuẩn đang trong giai đoạn sinh trưởng và phát triển nhanh chóng.
• Gây rối loạn chức năng màng bào tương: Các loại kháng sinh như polymyxin B và colistin tác động lên màng bào tương của vi khuẩn, làm cho màng này mất khả năng thẩm thấu và dẫn đến lượng ion bên trong tế bào thoát ra ngoài, cùng với lượng nước lớn vào tế bào. Điều này gây tổn thương và dẫn đến sự chết của vi khuẩn.
• Ức chế sinh tổng hợp protein: Một số loại kháng sinh như aminoglycoside, tetracycline, erythromycin, cloramphenicol, và clindamycin tác động lên ribosome của vi khuẩn - cấu trúc dùng để tổng hợp protein. Chúng ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp protein, làm cho vi khuẩn không thể sản xuất các protein cần thiết cho sự sống và phát triển.
• Ức chế sinh tổng hợp acid nucleic: Kháng sinh ảnh hưởng đến quá trình sao chép và tổng hợp acid nucleic (ADN và ARN) của vi khuẩn. Ví dụ, nhóm quinolone gắn vào enzym gyrase, làm cho vi khuẩn không thể sao chép ADN. Rifampicin ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp ARN bằng cách ức chế enzym ARN-polymerase. Sulfamid và trimethoprim ngăn chặn quá trình tổng hợp acid folic, một coenzym cần thiết cho quá trình tổng hợp purine, pyrimidine và acid amin.

Như vậy, mỗi loại kháng sinh thường tác động vào một mục tiêu cụ thể trong tế bào vi khuẩn, ảnh hưởng đến một giai đoạn cụ thể trong quá trình sống của chúng. Khi kháng sinh tác động, chúng có thể gây ra ngừng trệ trong việc tổng hợp thành phần cấu tạo tế bào, quá trình sinh tổng hợp protein, sinh tổng hợp acid nucleic hoặc gây rối loạn màng bào tương.

Tuy nhiên, việc sử dụng kháng sinh có thể tạo ra môi trường thuận lợi cho sự tiến triển của các tế bào vi khuẩn kháng thuốc. Khi vi khuẩn không bị tiêu diệt hoàn toàn bởi kháng sinh, tế bào sống sót có thể tiếp tục nhân lên và tái tạo, đặc biệt là khi tốc độ sinh sản của chúng nhanh chóng. Sự hồi phục sau khi ngừng sử dụng kháng sinh được gọi là hiện tượng "reversible", và nếu một số tế bào sống sót đề kháng kháng sinh, chúng có thể trở thành nguồn gốc cho vi khuẩn kháng thuốc trong tương lai.

Vì vậy, việc sử dụng kháng sinh cần được thực hiện cẩn trọng và theo chỉ định của Bác sỹ để đảm bảo tác dụng tốt nhất và ngăn ngừa sự phát triển của vi khuẩn kháng thuốc.

Nên sử dụng kháng sinh an toàn

4. Sự phát minh và vai trò kháng sinh trong y học

Sự phát minh ra kháng sinh là một bước quan trọng trong lịch sử y học, đã mang lại nhiều ảnh hưởng tích cực cho việc điều trị nhiễm khuẩn. Kháng sinh là những chất hoạt động chủ yếu trên vi khuẩn, có khả năng ức chế sự phát triển, sinh trưởng hoặc tiêu diệt chúng. Vai trò của kháng sinh trong y học bao gồm:

• Điều trị nhiễm khuẩn: Kháng sinh đã thay đổi cách chúng ta đối phó với các bệnh nhiễm khuẩn. Chúng giúp kiểm soát và loại bỏ các vi khuẩn gây bệnh, đặc biệt là trong các trường hợp nhiễm khuẩn nghiêm trọng như viêm phổi, viêm nội mạc tim và nhiễm khuẩn huyết.
• Ngăn ngừa nhiễm khuẩn sau phẫu thuật: Kháng sinh thường được sử dụng trước và sau các ca phẫu thuật để ngăn ngừa viêm nhiễm và nhiễm trùng sau mổ.
• Cứu sống trong các bệnh trầm trọng: Trong một số trường hợp nhiễm khuẩn nghiêm trọng, kháng sinh có thể là yếu tố quyết định giữa sự sống và cái chết.
• Được sử dụng trong phòng chống nhiễm khuẩn: Kháng sinh cũng được sử dụng trong ngành chăn nuôi để ngăn ngừa nhiễm khuẩn trong động vật chăn nuôi.
• Định hình tương lai y học: Kháng sinh đã mở ra một lĩnh vực mới trong nghiên cứu về vi khuẩn và nhiễm khuẩn, giúp phát triển kiến thức về sự kháng thuốc và cách chống lại nó.

Với sự phát minh ra kháng sinh là một bước quan trọng trong lịch sử y học, đã mang lại nhiều ảnh hưởng tích cực cho việc điều trị nhiễm khuẩn. Kháng sinh là những chất hoạt động chủ yếu trên vi khuẩn, có khả năng ức chế sự phát triển, sinh trưởng hoặc tiêu diệt chúng. Có vai trò trong y học hết sức quan trọng, Tuy nhiên, việc sử dụng kháng sinh cần được thực hiện một cách cẩn trọng để tránh tình trạng kháng thuốc ngày càng gia tăng và nguy cơ tạo ra các vi khuẩn kháng thuốc mạnh mẽ hơn. Do đó, việc sử dụng kháng sinh cần phải được hướng dẫn và giám sát bởi các Bác sỹ, Dược sỹ để đảm bảo hiệu quả và an toàn./.

DsCKI. Nguyễn Quốc Trung giảng viên Trường Cao đẳng Y Dược Pasteur