Thành tựu ứng dụng enzyme trong y dược: chẩn đoán, điều trị, sản xuất thuốc

Vì sao enzyme dùng được trong y dược?

Enzyme là chất xúc tác sinh học, có tính đặc hiệu cao: mỗi enzyme chỉ tác động lên một cơ chất (hoặc một nhóm cơ chất) nhất định, ở điều kiện êm dịu (nhiệt độ thấp, pH gần trung tính). Nhờ vậy, enzyme có thể nhận ra đúng một chất trong máu, nước tiểu để đo, hoặc tạo ra sản phẩm tinh khiết mà ít sinh phụ phẩm.

Ngày nay, enzyme thường được sản xuất bằng vi sinh vật (vi khuẩn, nấm men, nấm mốc) nuôi cấy lên men, rồi tách chiết, tinh sạch. Có thể cố định enzyme lên chất mang để tái sử dụng nhiều lần, giúp hạ giá thành.

1. Ứng dụng enzyme trong chẩn đoán

• Đo đường huyết: que thử và máy đo cầm tay chứa glucose oxidase. Enzyme này oxi hoá glucose trong giọt máu, tín hiệu tạo ra (dòng điện hoặc màu) tỉ lệ với nồng độ glucose.
• Đánh giá chức năng gan, tuỵ, tim: đo hoạt độ enzyme trong huyết thanh như ALT, AST (gan), amylase (tuỵ), creatine kinase (cơ, tim). Khi tế bào tổn thương, enzyme bị giải phóng vào máu nên hoạt độ tăng.
• Thử nhiễm vi khuẩn H. pylori: dựa vào enzyme urease của vi khuẩn phân giải urea tạo NH₃, làm đổi pH và đổi màu chất chỉ thị.
• Xét nghiệm di truyền, bệnh truyền nhiễm: kĩ thuật PCR dùng DNA polymerase chịu nhiệt (Taq polymerase); RT-PCR dùng thêm enzyme phiên mã ngược để phát hiện virus có vật chất di truyền là RNA.

2. Ứng dụng enzyme trong điều trị

Ngoài việc dùng enzyme làm thuốc, nhiều thuốc hoạt động theo cách ức chế enzyme: statin ức chế HMG-CoA reductase để giảm cholesterol; captopril ức chế enzyme chuyển angiotensin (ACE) để hạ huyết áp; aspirin ức chế cyclooxygenase để giảm viêm, hạ sốt; thuốc kháng HIV ức chế protease của virus.

3. Ứng dụng enzyme trong sản xuất thuốc

• Kháng sinh bán tổng hợp: penicillin acylase (cố định trên chất mang) cắt chuỗi bên của penicillin G để thu 6-APA, từ đó gắn nhóm mới tạo ampicillin, amoxicillin.
• Insulin người tái tổ hợp: dùng enzyme giới hạn cắt và DNA ligase nối gene insulin vào plasmid, chuyển vào vi khuẩn hoặc nấm men để sản xuất hàng loạt; sau đó enzyme còn được dùng để cắt chuỗi tiền chất thành insulin hoạt động.
• Tổng hợp chất có hoạt tính chọn lọc: enzyme tạo đúng dạng đồng phân cần thiết của một số hoạt chất, giảm tạp chất và giảm dùng hoá chất độc hại.

Mẹo nhớ

Nhớ bằng ba chữ: Đo – Chữa – Chế. Đo (chẩn đoán), Chữa (làm thuốc hoặc ức chế enzyme gây bệnh), Chế (sản xuất thuốc). Khi làm bài tự luận, mỗi ý nên có ít nhất một ví dụ có tên enzyme kèm công dụng.

Lỗi sai thường gặp

• Nhầm “enzyme làm thuốc” với “thuốc ức chế enzyme”: streptokinase là enzyme (hoặc chất hoạt hoá), còn statin là chất ức chế enzyme.
• Nói enzyme “cung cấp năng lượng”: enzyme chỉ làm giảm năng lượng hoạt hoá, không cung cấp năng lượng.
• Quên nêu tính đặc hiệu khi giải thích vì sao que thử đường huyết chỉ đo glucose.

Bài luyện tập

1. Vì sao khi tế bào gan bị tổn thương, hoạt độ ALT trong máu lại tăng?
   Đáp án: ALT vốn nằm chủ yếu trong tế bào gan; khi tế bào bị tổn thương, màng tế bào mất toàn vẹn nên enzyme thoát ra máu, làm hoạt độ trong huyết thanh tăng.
2. Nêu hai lợi ích của việc cố định enzyme penicillin acylase khi sản xuất kháng sinh.
   Đáp án: Dễ tách enzyme khỏi sản phẩm nên sản phẩm tinh khiết hơn; enzyme được tái sử dụng nhiều lần, giảm chi phí (cũng bền hơn trước nhiệt độ, pH).
3. Phân biệt streptokinase và statin về cách tác động.
   Đáp án: Streptokinase là chất hoạt hoá hệ phân giải fibrin, dùng để làm tan cục máu đông; statin là chất ức chế enzyme HMG-CoA reductase, làm giảm tổng hợp cholesterol.