Màng sinh học – Biofilm là gì?
E. coli và một số loài vi khuẩn gây bệnh khác xâm nhiễm đường tiết niệu tạo ra màng sinh học hay tiếng Anh gọi là biofilm. Đây là một lớp lá chắn bảo vệ vi khuẩn, thường được gọi là “các thành phố” vi khuẩn mà cộng đồng vi khuẩn bên trong lớp màng sinh học này có thể “ngủ đông” trong thời gian dài và chờ cơ hội gây nhiễm trùng tái phát. Vi khuẩn ở đường tiết niệu thường khởi động quá trình lây nhiễm bằng cách bám vào thành đường tiết niệu, nơi cung cấp cho chúng một bề mặt lý tưởng. Một khi bám vào bề mặt này, chúng có thể sản sinh màng sinh học.
Hình 2: Vòng đời của màng sinh học vi khuẩn (nguồn: Bay Area Lyme Foundation)
Màng sinh học có bản chất là một mạng lưới chất nhầy tạo từ carbohydrates, protein, chất béo và DNA. Mạng lưới này cho phép vi khuẩn bám chặt vào nhau tạo thành các nhóm, đồng thời bám chặt vào thành đường tiết niệu, nhờ đó bảo vệ chúng khỏi môi trường xung quanh. Những loài vi khuẩn không có khả năng tạo màng sinh học dường như có ít khả năng gây ra nhiễm trùng đường tiết niệu tái phát. Ngược lại, những loài vi khuẩn có khả năng hình thành màng sinh học trở thành nguyên nhân gây ra rUTIs
Màng sinh học và sự kháng kháng sinh
Tại sao rUTIs gây ra bởi vi khuẩn sinh màng sinh học trở nên khó khăn trong việc điều trị? Màng sinh học bảo vệ vi khuẩn khỏi hệ miễn dịch của con người cũng như các loại kháng sinh. Các tế bào miễn dịch như tế bào bạch huyết hoạt động dựa vào việc phát hiện, bắt giữ và tiêu diệt vi khuẩn. Nhưng khi được bao bọc bởi lớp màng sinh học, vi khuẩn được bảo vệ khỏi sự tấn công của tế bào bạch huyết (1).
Màng sinh học cũng hoạt động như một lớp bảo vệ khỏi các chất kháng sinh. Khi không thể xâm nhập qua lớp bảo vệ đó, kháng sinh không thể tiêu diệt được vi khuẩn. Vấn đề trở nên phức tạp hơn nữa khi vi khuẩn bên trong lớp màng sinh học có thể phát triển khả năng kháng thuốc kháng sinh với bất kỳ loại kháng sinh nào có thể vượt qua được lớp rào cản màng sinh học để tiếp cận chúng.
Vi khuẩn có khả năng truyền qua lại các gen quy định sức đề kháng và sự liên kết chặt chẽ của chúng khi tập hợp thành một quần thể vi khuẩn bên trong lớp màng sinh học càng làm tăng khả năng này (3). Cuối cùng, vi khuẩn bên trong lớp màng sinh học có thể sao chép và tái tạo hoặc có thể ở trạng thái “ngủ đông”. Nhiều loại kháng sinh hoạt động theo nguyên lý tiêu diệt vi khuẩn trong quá trình tái bản. Nhưng nếu chúng ở trạng thái ngủ đông, kháng sinh sẽ không có tác dụng.
Cơ chế khác gây nhiễm trùng đường tiết niệu
Thật không may, tái nhiễm trùng đường tiết niệu có thể trở nên phức tạp hơn. Màng sinh học là cơ chế then chốt mà nhờ đó vi khuẩn có thể lẩn trốn, đây có lẽ là cơ chế phổ biến nhất, nhưng cũng có thể có những cơ chế khác. Vi khuẩn cũng có thể xâm nhập vào mô bàng quang và hình thành các ổ chứa nội bào tĩnh lặng (Quiescent Intracellular Reservoir, QIR), chúng có thể nằm im trong các tế bào của mô và đóng vai trò như một quần thể và từ đó gây ra các bệnh nhiễm trùng mới. Các tế bào trên bề mặt đường tiết niệu được thay mới theo chu kỳ. Các tế bào trên bề mặt chết đi và được đào thải ra ngoài. Khi đó, các QIR được giải phóng và có thể gây ra một đợt bệnh nhiễm trùng mới (1).
QIR tồn tại bên trong các tế bào có thể gây đáp ứng miễn dịch và các triệu chứng viêm đường tiết niệu, nhưng vì chúng lẩn trốn bên trong tế bào nên các tế bào miễn dịch thường khó phát hiện ra chúng. Hơn nữa, có thể sẽ không có bất kỳ vi khuẩn nào trong mẫu nước tiểu, nên việc nuôi cấy vi sinh từ mẫu nước tiểu thường cho kết quả âm tính. Đây cũng là lời giải thích khả thi cho bệnh viêm kẽ bàng quang (Interstitial cystitis – IC), căn bệnh đặc trưng bởi các triệu chứng của nhiễm trùng đường tiết niệu tái phát, nhưng kết quả nuôi cấy vi sinh vật vẫn âm tính.
Màng sinh học không chỉ xuất hiện trong đường tiết niệu
Màng sinh học không xuất hiện duy nhất ở đường tiết niệu. Theo Viện Sức khoẻ Hoa Kỳ (National Institute of Health, NIH), các loài vi khuẩn tạo màng sinh học có liên quan đến 80% các trường hợp nhiễm trùng, mà trong đó đường tiết niệu là một trong những khu vực chính mà màng sinh học có thể trở thành một vấn đề nghiêm trọng (4). Ví dụ, mảng bám trên răng cũng được tạo ra bởi vi khuẩn trong miệng, đây chính là một dạng màng sinh học.
Màng sinh học có thể hình thành trong quá trình nhiễm trùng âm đạo như ở bệnh viêm âm đạo do vi khuẩn (Bacterial vaginosis – BV), nó cũng khiến cho các đợt tái phát viêm âm đạo do vi khuẩn trở nên rất khó điều trị.
Hình 3: Hình ảnh chụp dưới kính hiển vi điện tử trên bề mặt bàng quang của chuột bị nhiễm trùng đường tiết niệu cho thấy các đám vi khuẩn tạo màng sinh học nội bào lớn bên trong vỏ quả. Những nốt ban không bị nhiễm trùng có vẻ mịn, nhưng những nốt ban bị nhiễm trùng có những nốt sần trên bề mặt. (nguồn: The Marshall Protocol Knowledge Base)
Xử lý màng sinh học
Thật không may, các phương pháp điều trị bằng kháng sinh hiện nay hầu như không giải quyết hiệu quả màng sinh học. Cần thêm nhiều nghiên cứu và phát triển hơn nữa để tạo ra các phương pháp khác hiệu quả hơn. Màng sinh học và QIR có nhiều khả năng hình thành khi quần thể vi khuẩn tăng sinh lên nhiều và tình trạng nhiễm trùng tiến triển. Điều này tạo thêm cơ hội cho vi khuẩn tạo ra các quần thể được bao bọc trong lớp màng sinh học và xâm nhập vào các mô xung quanh. Khả năng xảy ra tái nhiễm trùng đường tiết niệu sẽ giảm đi nếu nhiễm trùng đường tiết niệu giai đoạn cấp được điều trị nhanh chóng và không để nó tiến triển sang mãn tính.
Tài liệu tham khảo
⦁ Glover M, Moreira CG, Sperandio V, Zimmern P. Recurrent urinary tract infections in healthy and nonpregnant women. Urol Sci. 2014;25(1):1-8. doi:10.1016/j.urols.2013.11.007.
⦁ Ejrnæs K. Bacterial characteristics of importance for recurrent urinary tract infections caused by Escherichia coli. Dan Med Bull. 2011 Apr;58(4):B4187. PMID: 21466767.
⦁ Delcaru C, Alexandru I, Podgoreanu P, et al. Microbial Biofilms in Urinary Tract Infections and Prostatitis: Etiology, Pathogenicity, and Combating strategies. Pathogens. 2016;5(4):65. Published 2016 Nov 30. doi:10.3390/pathogens5040065.
⦁ Sara M. Soto, "Importance of Biofilms in Urinary Tract Infections: New Therapeutic Approaches", Advances in Biology, vol. 2014, Article ID 543974, 13 pages, 2014. https://doi.org/10.1155/2014/543974.
⦁ Machado D, Castro J, Palmeira-de-Oliveira A, Martinez-de-Oliveira J, Cerca N. Bacterial Vaginosis Biofilms: Challenges to Current Therapies and Emerging Solutions. Front Microbiol. 2016;6:1528. Published 2016 Jan 20. doi:10.3389/fmicb.2015.01528.
⦁ https://uqora.info.
