Vi khuẩn Mycoplasma: Đặc điểm và sự ảnh hưởng đến nuôi cấy tế bào

Trong phòng thí nghiệm nuôi cấy tế bào, có một loại vi sinh vật vô cùng nhỏ, không làm đục môi trường nuôi cấy nhưng lại âm thầm phá hỏng hàng loạt thí nghiệm và làm sai lệch kết quả nghiên cứu. Đó chính là vi khuẩn Mycoplasma, một trong những tác nhân gây nhiễm khó kiểm soát nhất trong lĩnh vực công nghệ sinh học và y sinh học hiện đại. Bài viết dưới đây của Mescells sẽ giải đáp chi tiết Mycoplasma là gì, đặc điểm sinh học đặc trưng của nhóm vi khuẩn này, cách chúng ảnh hưởng đến tế bào nuôi cấy và những biện pháp phòng ngừa hiệu quả đã được áp dụng rộng rãi trong các phòng thí nghiệm đạt chuẩn trên thế giới.

Mục lục

1. Vi khuẩn Mycoplasma là gì?

Vi khuẩn Mycoplasma là một loại vi khuẩn nhỏ, không có thành tế bào và thiếu các con đường trao đổi chất khác nhau do bộ gen nhỏ. Chúng khó phát hiện bằng kính hiển vi quang học thông dụng, không chịu tác động bởi các loại kháng sinh thông thường. Ngoài vai trò là tác nhân gây nhiễm phổ biến trong nuôi cấy tế bào, một số loài vi khuẩn Mycoplasma còn được biết đến như tác nhân gây bệnh ở người, ví dụ như gây các bệnh về đường hô hấp và đường tiết niệu sinh dục [1].

Vi khuẩn Mycoplasma là gì-02

Vi khuẩn Mycoplasma có kích thước nhỏ và không có thành tế bào

2. Đặc điểm của vi khuẩn Mycoplasma

2.1. Hình dạng, kích thước

Vi khuẩn Mycoplasma có hình thái đa dạng (hình cầu, dạng sợi hoặc không đều) với đường kính 100-300 nm. Kích thước nhỏ và tính linh hoạt về cấu trúc cho phép chúng thay đổi hình dạng và thậm chí thu nhỏ đủ để lọt qua các màng lọc tiệt trùng tiêu chuẩn (thường có kích thước lỗ lọc 0,22 micromet) vốn được thiết kế để loại bỏ vi khuẩn thông thường [2].

2.2. Di truyền học và sự phát triển

Bộ gen nhỏ

Vốn ADN của chúng rất nhỏ, có nghĩa là chúng thiếu gen cho nhiều con đường trao đổi chất tiêu chuẩn.

Phụ thuộc vào vật chủ

Vi khuẩn Mycoplasma phụ thuộc rất nhiều vào sinh vật chủ hoặc môi trường nuôi cấy giàu chất dinh dưỡng trong phòng thí nghiệm để cung cấp các chất dinh dưỡng thiết yếu. Ví dụ, nuôi cấy cần bổ sung 10-20% huyết thanh người hoặc động vật để cung cấp cholesterol cần thiết cho màng tế bào của chúng.

Phần lớn các loài Mycoplasma sinh trưởng tối ưu ở pH trung tính đến hơi kiềm (khoảng 7,3-7,8), dù mức độ chịu đựng pH có thể khác nhau tùy loài. Hầu hết là vi khuẩn kỵ khí tùy ý và một số chủng phát triển tốt hơn khi thêm 5% CO2 vào thời điểm phân lập ban đầu. Chúng tạo thành các khuẩn lạc nhỏ, hình dạng đặc trưng, phần trung tâm mọc lồi và ăn sâu vào bề mặt thạch, được bao quanh bởi một vùng rìa phẳng, mỏng và trong hơn [2].

Vi khuẩn Mycoplasma là gì-03

Vi khuẩn Mycoplasma có bộ gen khá nhỏ và phụ thuộc vào môi trường nuôi cấy

2.3. Đề kháng tự nhiên với nhiều loại kháng sinh

Vì các kháng sinh nhóm beta-lactam (thường được bổ sung sẵn trong môi trường nuôi cấy tế bào) hoạt động bằng cách ức chế tổng hợp thành tế bào, nên nhóm thuốc này hoàn toàn không có tác dụng với Mycoplasma vốn không có thành tế bào [1]. Đây là lý do khiến việc loại bỏ Mycoplasma khỏi môi trường nuôi cấy khó khăn hơn nhiều so với xử lý nhiễm khuẩn hay nấm thông thường.

2.4. Khó phát hiện bằng các phương pháp quan sát thông thường

Không giống như nhiễm khuẩn hay nấm mốc thường biểu hiện rõ qua hiện tượng đục môi trường hoặc thay đổi màu sắc chỉ thị pH, nhiễm vi khuẩn Mycoplasma trong giai đoạn đầu thường không gây ra bất kỳ dấu hiệu bất thường nào có thể quan sát bằng mắt thường. Đặc điểm này khiến Mycoplasma có thể tồn tại âm thầm trong phòng thí nghiệm suốt một thời gian dài trước khi bị phát hiện.

Vi khuẩn Mycoplasma là gì-04

Vi khuẩn Mycoplasma tạo thành các khuẩn lạc tròn, nhẵn khi cấy trải trên môi trường thạch

3. Vi khuẩn Mycoplasma ảnh hưởng như thế nào đến tế bào nuôi cấy?

Khi xâm nhập vào môi trường nuôi cấy, Mycoplasma thường bám chặt vào bề mặt màng tế bào vật chủ và gây ra hàng loạt hệ quả sinh học, bao gồm:

Cạnh tranh và làm cạn kiệt dưỡng chất: Vi khuẩn Mycoplasma tiêu thụ trực tiếp glucose, axit amin và các tiền chất nucleotide có trong môi trường nuôi cấy, khiến tế bào chủ thiếu hụt nguyên liệu cần thiết cho tăng sinh, dẫn đến giảm tốc độ phát triển và mật độ tế bào
Làm sai lệch quá trình biểu hiện gen và chuyển hóa: Nhiều nghiên cứu ghi nhận Mycoplasma có thể gây ra những thay đổi trên diện rộng trong hồ sơ biểu hiện gen của tế bào chủ, ảnh hưởng đến các con đường chuyển hóa, tín hiệu nội bào và đáp ứng với các tác nhân thử nghiệm như glucocorticoid [3].

Vi khuẩn Mycoplasma là gì-05

Nhiễm vi khuẩn Mycoplasma trong quá trình nuôi cấy tế bào có thể gây ức chế và làm chết tế bào

Gây bất thường nhiễm sắc thể: Nhiễm Mycoplasma kéo dài có liên quan đến hiện tượng bất thường cấu trúc nhiễm sắc thể (chromosomal aberration) ở tế bào chủ, tiềm ẩn nguy cơ ảnh hưởng đến tính toàn vẹn di truyền của dòng tế bào đang nghiên cứu.
Thay đổi hình thái và khả năng bám dính tế bào: Tế bào bị nhiễm có thể xuất hiện hiện tượng kết dính bất thường (cell aggregation), biến đổi hình thái, đồng thời làm giảm hiệu quả của các kỹ thuật chuyển gen (transfection), gây khó khăn lớn cho các thí nghiệm sinh học phân tử.
Làm sai lệch dữ liệu nghiên cứu: Vì các thay đổi nói trên thường diễn ra âm thầm và không đồng đều, nhiều kết quả thí nghiệm thu được từ dòng tế bào bị nhiễm Mycoplasma trên thực tế có thể phản ánh sai lệch bản chất sinh học thật sự đang được nghiên cứu, dẫn đến kết luận khoa học không chính xác hoặc không thể tái lập ở phòng thí nghiệm khác [3].

Do Mycoplasma khó phát hiện bằng quan sát thông thường nhưng có thể gây ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng tế bào, các cơ quan quản lý dược phẩm và tổ chức nghiên cứu quốc tế khuyến cáo nên kiểm tra định kỳ để sớm phát hiện tình trạng nhiễm khuẩn.

Vi khuẩn Mycoplasma là gì-06

Mycoplasma ảnh hưởng nghiêm trọng đến kết quả nuôi cấy tế bào nên cần được kiểm tra định kỳ nhằm phát hiện kịp thời

4. Cách phòng ngừa vi khuẩn Mycoplasma trong phòng nuôi cấy tế bào

Vì đặc tính khó phát hiện và khó loại bỏ hoàn toàn một khi đã xâm nhập, chiến lược hiệu quả nhất đối với Mycoplasma luôn là phòng ngừa chủ động, kết hợp với tầm soát định kỳ bằng các phương pháp có độ nhạy cao.

4.1. Xây dựng thói quen thao tác vô trùng nghiêm ngặt

Luôn thực hiện thao tác trong tủ an toàn sinh học (biosafety cabinet) đã được khử trùng đúng quy trình, tránh làm việc đồng thời với nhiều dòng tế bào khác nhau trong cùng một không gian thao tác.
Ưu tiên xử lý các dòng tế bào chưa được kiểm chứng hoặc nghi ngờ nhiễm sau cùng trong ngày làm việc, nhằm hạn chế nguy cơ lây nhiễm chéo sang các dòng tế bào khác.
Luôn đậy kín các chai môi trường nuôi cấy và đĩa nuôi cấy khi không sử dụng.
Không dùng chung một chai môi trường nuôi cấy hoặc dụng cụ pipet cho nhiều dòng tế bào khác nhau, vì đường lây nhiễm phổ biến nhất của Mycoplasma trong phòng thí nghiệm là qua khí dung phát sinh khi thao tác pipet hoặc qua môi trường/dụng cụ dùng chung.

4.2. Kiểm dịch và tầm soát định kỳ

Mọi dòng tế bào mới nhập về, dù có nguồn gốc rõ ràng, đều nên được cách ly và xét nghiệm Mycoplasma trước khi đưa vào sử dụng chung với các dòng tế bào hiện có trong phòng thí nghiệm.

Thực hiện kiểm tra định kỳ hàng tháng đối với tất cả các mẫu nuôi cấy đang hoạt động và các mẫu sau rã đông trước khi đưa vào sử dụng. Đồng thời, cần kiểm tra bắt buộc trước khi đông lạnh lưu trữ dài hạn hoặc trước khi chia sẻ dòng tế bào cho phòng thí nghiệm khác bằng phương pháp xét nghiệm PCR hoặc xét nghiệm enzyme.

>>> Tìm hiểu thêm: Kiểm soát nhiễm khuẩn trong phòng nuôi cấy tế bào

Vi khuẩn Mycoplasma là gì-07

Việc đảm bảo nguyên tắc thao tác vô trùng là một trong những cách phòng ngừa nhiễm vi khuẩn Mycoplasma trong khi nuôi cấy tế bào

4.3. Sử dụng nguyên vật liệu và nguồn tế bào đáng tin cậy

Ưu tiên mua tế bào gốc từ các ngân hàng tế bào uy tín, có chứng nhận âm tính với Mycoplasma (như ATCC, ECACC), thay vì nhận trực tiếp từ phòng thí nghiệm khác không rõ lịch sử kiểm soát chất lượng.

Sử dụng huyết thanh, môi trường nuôi cấy và các phụ gia đã qua kiểm định, có chứng nhận không nhiễm Mycoplasma từ nhà sản xuất. Cân nhắc sử dụng màng lọc chuyên dụng có kích thước lỗ lọc nhỏ hơn tiêu chuẩn thông thường đối với các dung dịch có nguy cơ cao.

4.4. Xử lý khi phát hiện nhiễm

Khi phát hiện dòng tế bào bị nhiễm Mycoplasma, phương án được khuyến nghị hàng đầu vẫn là loại bỏ hoàn toàn dòng tế bào đó và thay thế bằng nguồn dự trữ sạch đã được lưu trữ từ trước (nếu có), thay vì cố gắng điều trị bằng kháng sinh chuyên biệt. Việc sử dụng kháng sinh chuyên biệt để tiêu diệt Mycoplasma tuy khả thi về mặt kỹ thuật, nhưng tiềm ẩn nguy cơ tái nhiễm về sau, hoặc ảnh hưởng đến sự phát triển của tế bào chủ dẫn đến sai khác trong các kết quả thí nghiệm.

Vi khuẩn Mycoplasma là gì-08

Khi phát hiện nhiễm Mycoplasma nên loại bỏ hoàn toàn dòng tế bào đó và xử lý vô trùng lại toàn bộ khu vực nuôi cấy

Vi khuẩn Mycoplasma, dù có kích thước và bộ gen cực kỳ nhỏ, nhưng lại là một trong những thách thức lớn nhất đối với nghiên cứu và nuôi cấy tế bào. Chính vì những ảnh hưởng đó, Mycoplasma đòi hỏi một chiến lược kiểm soát chủ động và có hệ thống, thay vì chỉ dựa vào quan sát cảm quan hằng ngày. Việc xây dựng quy trình thao tác vô trùng nghiêm ngặt, kết hợp tầm soát định kỳ bằng PCR hoặc nhuộm huỳnh quang, chính là chìa khóa bảo vệ tính toàn vẹn của dòng tế bào và độ tin cậy của kết quả nghiên cứu. Trong tương lai, cùng với sự phát triển của các kỹ thuật, việc kiểm soát Mycoplasma hứa hẹn sẽ trở thành một quy trình chuẩn hóa, từ đó giảm thiểu tối đa rủi ro cho mọi nghiên cứu dựa trên nuôi cấy tế bào.

HỆ THỐNG Y TẾ CHUYÊN SÂU Y HỌC TÁI TẠO VÀ TRỊ LIỆU TẾ BÀO MESCELLS | MSC