Nhiễm Mycoplasma trong nuôi cấy tế bào

1. Mycoplasma là gì?

Tên gọi chung Mycoplasma thực ra để chỉ các loài trong lớp Mollicutes (với các chi Mycoplasma, Acholeplasma, Spiroplasma, Anaeroplasma và Ureaplasma). Đây là loại vi khuẩn tự sao chép nhỏ nhất (0,15-0,3 micromet) và đơn giản nhất, nhưng hoàn toàn không có thành tế bào (peptidoglycan) như các vi khuẩn điển hình nên kháng hầu hết các loại kháng sinh. Mollicutes có bộ gen rất nhỏ (0,58-2,20 Mb, so với E. coli là 4,64 Mb) nên chúng trao đổi chất rất hạn chế, chỉ vừa đủ để sao chép và tồn tại. Vì vậy, hầu hết các loài trong lớp Mollicutes đều sống ký sinh, nổi bật là bám dính, xâm nhập hoặc hợp nhất với tế bào chủ.

2. Nhiễm Mycoplasma – vấn đề nghiêm trọng trong nuôi cấy tế bào

Nhiễm Mycoplasma thường gặp trong nuôi cấy tế bào, làm tế bào sinh trưởng chậm, ảnh hưởng đến các quá trình trao đổi chất và biểu hiện gen, gây chuyển dạng tế bào, từ đó làm thay đổi kết quả của các nghiên cứu/thử nghiệm, thậm chí đe dọa đến sự an toàn của người sử dụng đối với sản phẩm dùng trong y học. Nhiễm Mollicutes thường khó phát hiện vì môi trường nuôi cấy không biểu hiện đục hay thay đổi pH, tế bào cũng không bị ảnh hưởng rõ rệt, do đó thường bị bỏ sót.

Nhiễm mycoplasma trong phòng nuôi cấy do nhiều nguyên nhân khác nhau, chủ yếu là nhiễm chéo từ các dòng tế bào nuôi cấy liên tục. Mycoplasma có thể lây lan qua các thiết bị, vật tư, hóa chất trong quá trình làm việc. Đặc biệt, các hóa chất có nguồn gốc động vật là nguồn lây mycoplasma cần được xem xét nghiêm túc, ví dụ các loài Mollicutes ký sinh trên bò được phát hiện ở huyết thanh thai bò (FBS), trong đó A. laidlawii và M. arginini được phát hiện thường xuyên nhất.

Các nghiên cứu cho thấy tỷ lệ các dòng tế bào liên tục bị nhiễm mycoplasma tới 15-80%, trong khi tế bào nuôi cấy sơ cấp hiếm khi phát hiện. Trong số ít nhất 20 loài Mollicutes được biết là gây nhiễm trong nuôi cấy tế bào, 5 loài phổ biến nhất (Mycoplasma arginini, M. fermentans, M. hyorhinis, M. orale và Acholeplasma laidlawii) chiếm khoảng 95% các trường hợp, trong khi M. pneumoniae, M. hominis, M. genitalium, Ureaplasma parvum và U. urealyticum thường được tìm thấy nhất trong các mẫu lâm sàng.

Cơ quan Dược phẩm châu Âu (EMA), Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) đều yêu cầu xét nghiệm Mycoplasma đối với các sản phẩm từ tế bào dự kiến được sử dụng trong lâm sàng.

3. Các cơ chế tương tác với tế bào chủ

Bám dính: Hầu hết Mollicutes là vi sinh vật ngoại bào có khả năng bám dính vào bề mặt của tế bào chủ, sự bám dính là bước đầu tiên và thiết yếu trong quá trình xâm chiếm vật chủ.

Xâm nhập: Một số Mollicutes phát triển các cơ chế xâm nhập vào trong tế bào, giúp chúng tránh được những tác động bất lợi ngoại bào, ví dụ kháng sinh. Điển hình trong số này là M. penetrans và M. fermentans. Chúng tồn tại lâu dài và nhân lên bên trong tế bào chủ, có thể được giải phóng qua quá trình xuất bào.

Hợp nhất: Trong một số trường hợp hiếm gặp, Mollicutes có thể hợp nhất với tế bào chủ, chẳng hạn M. fermentans hợp nhất được với nhiều loại tế bào người. Sau đó, các thành phần của chúng có thể được đưa vào và ảnh hưởng đến các chức năng bình thường trong tế bào, ví dụ nuclease của mycoplasma phá hủy DNA của tế bào chủ.

4. Những tác động của mycoplasma đối với tế bào

Cạnh tranh tiền chất: Mycoplasma có bộ gen rất nhỏ, hầu hết các loài đều không có các gen sinh tổng hợp axit amin, axit béo, cofactor, vitamin, do đó chúng lấy các tiền chất này từ vật chủ để phục vụ hoạt động trao đổi chất của chúng. Vì thế, các tế bào chủ bị mất tính toàn vẹn, thay đổi hoạt động sống và chức năng, đi vào sự chết theo chương trình (apoptosis).

Gây độc cho tế bào: Mycoplasma giải phóng các chất chuyển hóa để phân hủy các thành phần của tế bào để lấy nguyên liệu (ví dụ phân giải DNA để lấy nucleotide), tiết ra các sản phẩm phụ gây độc tế bào, ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và sức sống của tế bào chủ.

Thay đổi chức năng, gây biệt hóa: Mycoplasma hoạt hóa các đại thực bào giải phóng những yếu tố tiền viêm, thúc đẩy sự trưởng thành của tế bào lympho, exosome của tế bào tua (DC) bị nhiễm mycoplasma kích thích tế bào B non phân chia và tiết immunoglobin,…

Chuyển dạng tế bào: Tương tác kéo dài với mycoplasma làm tế bào có thể mất ổn định nhiễm sắc thể, gia tăng hoặc giảm biểu hiện của nhiều gen – nhất là các gen liên quan đến ung thư, từ đó tế bào có thể chuyển sang dạng ác tính.

Thay đổi con đường truyền tin tế bào: Các chất tiết ra từ mycoplasma có thể tương tác với các thụ thể để kích hoạt hoặc ức chế các con đường truyền tin tế bào, kích hoạt các yếu tố phiên mã NF-B và AP-1. Các gen đích bị ảnh hưởng chủ yếu chịu trách nhiệm cho các protein tiền viêm, chuyển dạng tế bào sang ác tính, ít khi tác động đến các gen mã hóa protein khác.

Ảnh hưởng đến sản phẩm: Mycoplasma có thể làm thay đổi sự thâm nhiễm của virus, hoạt động tương tự virus, nên có thể làm giảm hoặc tăng sản lượng virus, ảnh hưởng đến việc sử dụng tế bào nuôi cấy để sản xuất virus và dạng giống virus (dùng làm vaccine). Mycoplasma có khả năng gây bệnh ở người (phổ biến nhất là viêm phổi) nên đe dọa sự an toàn của các sản phẩm liệu pháp tế bào.

---------

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. United States Food and Drug Administration (FDA). 2020. Chemistry, Manufacturing, and Control (CMC) Information for Human Gene Therapy Investigational New Drug Applications (INDs), 2020.

2. European Medicines Agency (EMA). (2019). Draft Guideline on quality, non-clinical and clinical requirements for investigational advanced therapy medicinal products in clinical trials.

3. AABB (2009). Cellular Therapy : Principles, Methods, and Regulations. 1st Edition, edition E.M. Areman and K. Loper.

4. Rottem S., Kosower N. S., and Kornspan J. D. (2012). Contamination of tissue cultures by mycoplasmas. In Biomedical Tissue Culture. IntechOpen.

5. Angart P., Kohnhorst C., Chiang M., Arden N. S. (2018) Considerations for risk and control of Mycoplasma in bioprocessing. Current Opinion in Chemical Engineering; 22: 161-166.

Xem thêm: Xét nghiệm Mycoplasma trong nuôi cấy tế bào https://www.facebook.com/share/p/1FMPF7iXFT/?mibextid=WC7FNe