Làm thế nào cơ thể sản xuất kháng thể?

Khi các vi khuẩn và virus xâm nhập vào bên trong cơ thể chúng ta, hệ miễn dịch sẽ chiến đấu chống lại chúng. Những “người bảo vệ” (defender) hay còn được gọi là các tế bào lympho B sẽ di chuyển và tập trung tại khu vực bị xâm nhiễm, giải phóng các phân tử kháng thể để tìm kiếm và tiêu diệt các yếu tố xâm nhập vào cơ thể. Đội quân kháng thể mang nhiều đặc trưng riêng biệt, dựa vào đó có thể chia thành các lớp kháng thể đặc hiệu như: các kháng thể bao bọc các mầm bệnh xâm nhập hoặc ngăn chặn chúng tiếp tục xâm nhập vào các tế bào khỏe mạnh khác, trong khi đó một số kháng thể khác lại kích hoạt phản ứng viêm (inflammation), từ đó có thể đẩy nhanh quá trình hồi phục.

Gần đây, lần đầu tiên các nhà khoa học đã chỉ ra được cách mà cơ thể con người đã tạo ra kháng thể ở mỗi lớp khác nhau. Phát hiện này cho thấy rằng có một tổ hợp đa dạng các loại tế bào sản xuất kháng thể (antibody-producing cells) và các tế bào này có chung một nguồn gốc phát sinh.

Giáo Sư Stephen Quake tại Đại Học Stanford tin rằng việc đưa ra được một cái nhìn tổng quan và toàn diện về hệ thống phòng thủ tự nhiên của cơ thể sẽ cho phép các nhà  nghiên cứu phát triển các phương pháp điều trị mới cho một loạt các rối loạn miễn dịch. Nhóm nghiên cứu gồm 8 người dưới sự dẫn dắt của Giáo Sư Quake đã xây dựng một loại mô hình bản đồ miễn dịch nhằm làm rõ cơ chế  của các bệnh miễn dịch hiện nay. “Từ kết quả này, chúng ta có khả năng loại bỏ các vấn đề như dị ứng” theo lời của Giáo Sư Quake đồng thời là một nhà vật lý ứng dụng và một điều tra viện của Viện Y Khoa Howard Hughes.

Xây Dựng Cây Phả Hệ Của Các Tế Bào B

Để xây dựng bản đồ này, các nhà khoa học đã tách chiết các tế bào B từ mẫu máu của 22 người trưởng thành khỏe mạnh. Bằng cách sử dụng công cụ giải trình tự hiệu năng cao (high-throughput genetic sequencing machine), phương pháp cho phép đọc chi tiết từng nucleotide trên mã di truyền, các nhà khoa học đã xây dựng một thư viện các gene sản xuất kháng thể từ tất cả các tế bào B thu được từ mẫu máu.

Các nhóm tế bào B được phân loại dựa trên số lượng đột biến mắc phải (acquired mutations) trong các gene của tế bào. Một điểm đáng chú ý là các tế bào ở các thế hệ sau có nhiều đột biến di truyền này hơn. Các nhà khoa học cũng tìm kiếm các bằng chứng chứng minh cho giả thuyết rằng tế bào B có khả năng thay đổi loại kháng thể mà chúng sản xuất. Quá trình thay đổi này cho phép hệ miễn dịch đáp ứng linh hoạt hơn với các tác nhân từ bên ngoài. “Mỗi tế bào B đều bắt đầu như một tế bào đơn lẻ sản xuất chỉ một loại kháng thể nhất định,” Horns phát biểu, “khi nó bắt đầu bảo vệ cơ thể bạn, nó sẽ bắt đầu được nhân rộng và tạo ra các thế hệ tiếp theo (descendant).”

Bằng cách sử dụng một loạt các công cụ phân tích, các nhà khoa học cuối cùng cũng đã xác định được các lớp khác nhau trong sự đa dạng của kháng thể (classes of antibodies) và ước lượng sự có mặt thường xuyên của nó trong cơ thể.

Khoảng ba phần tư trong số các tế bào được phân tích đều được lập trình sẵn để sản xuất ra lớp kháng thể IgM. Theo phát biểu của Horns, IgM là lớp mặc định mà tất cả các loại kháng thể được sản xuất ra từ đấy, tuy nhiên, khi được hoạt hóa bởi các phản ứng miễn dịch, chúng sẽ trải qua các quá trình thay đổi lớp (class switching).

Một lượng lớn các tế bào IgM chuyển sang sản xuất lớp kháng thể IgG, thành phần quan trọng nhất của hệ miễn dịch trong quá trình chống lại sự xâm nhập của virus. Những tế bào này có thể sản xuất tới bốn loại IgG khác nhau, mà trong đó mỗi loại kháng thể có một tính chất chống virus đặc trưng.

Một số lượng ít hơn của các tế bào sản xuất IgM được phát hiện tạo ra các kháng thể IgA, một thành phần của hệ miễn dịch chống lại sự xâm nhiễm của vi khuẩn cũng như giúp cân bằng các vi khuẩn có lợi trong đường tiêu hóa.

Số lượng thấp nhất các tế bào IgM sẽ chuyển sang sản xuất lớp kháng thể IgE, loại kháng thể kích thích phản ứng viêm trong cơ thể và có thể dẫn tới các phản ứng dị ứng nếu nó hoạt động quá tích cực.

Chuyển Đổi Tế Bào Để Chống Lại Bệnh Tật

Hướng nhìn của Horn vào quá trình chuyển đổi lớp kháng thể của tế bào B có thể dẫn đến các phương pháp điều trị mới cho nhiều loại rối loạn miễn dịch. Trong điều kiện hiếm như hội chứng cường IgM (hyper IgM syndrome), tế bào của bệnh nhân thiếu khả năng chuyển đổi các lớp kháng thể, khiến bệnh nhân dễ mắc các bệnh nhiễm trùng. Nhiều bệnh miễn dịch phổ biến cũng có thể xảy ra do sự khiếm khuyết trong quá trình chuyển đổi lớp. Lấy ví dụ như những người bị dị ứng sản xuất kháng thể dị ứng IgE, dẫn đến sự đáp ứng quá mức (overactive response) của hệ thống miễn dịch.

Giới y khoa đã thử một số phương pháp như “liệu pháp giun” (helminthic therapy) bằng cách nhiễm bệnh giun ký sinh cho bệnh nhân để tăng cường sản xuất kháng thể của cơ thể. Horns viễn kiến về một giải pháp hữu hiệu hơn: thiết kế các loại thuốc bắt chước các phân tử tín hiệu (signaling molecule) điều khiển quá trình chuyển đổi lớp kháng thể. “Bạn có thể nghĩ đến những con sâu như một vật dụng cùn” ông nói, “trong khi bạn có thể tưởng tượng những loại thuốc mới như một con dao mổ.”

Trong bước tiếp theo của kế hoạch, Horns sẽ thiết lập trình tự gen của những người bị rối loạn miễn dịch. Tìm ra sự khác biệt trong cách sản xuất kháng thể của họ so với bản đồ khởi điểm (baseline map) của ông sẽ là một bước quan trọng trong liệu pháp dùng thuốc (drug therapy) nhằm khôi phục lại trạng thái cân bằng kháng thể tối ưu. “Giả sử chúng ta tìm thấy một người không thể tạo ra một loại kháng thể nhất định hoặc được sản xuất ở tỷ lệ thấp,” Horns nói. “Chúng ta có thể thuyết phục tế bào B của họ chuyển sang các lớp kháng thể khác để khắc phục sự thiếu hụt.”

Các thành viên tham gia trong nghiên cứu bao gồm Cornelia Dekker, Sally Mackey, và Gary Swan của Đại Học Y Stanford, người tuyển mộ tình nguyện viên tham gia nghiên cứu và thu thập mẫu; kỹ sư sinh học Stanford Christopher Vollmers và Derek Croote; và nhà miễn dịch học Stanford Mark Davis. Tên đầy đủ của bài báo là “Lineage Tracing of Human B Cells Reveals the In Vivo Landscape of Human Antibody Class Switching.”

Linh Huyền, Hồng Ái, và Phương Anh (chuyển ngữ)

Bài báo:

1. Elizabeth Svoboda. A team of researchers explore how our immune systems create antibodies. Stanford Engineering Website. 2 August 2016
2. Horns, F., Vollmers, C., Croote, D., Mackey, S. F., Swan, G. E., Dekker, C. L., … & Quake, S. R. (2016). Lineage tracing of human B cells reveals the in vivo landscape of human antibody class switching. eLife, 5, e16578.

Xin mời Quý Độc Giả bỏ ra 2-5 phút để làm một khảo sát mức độ hài lòng về bài viết của IBSG tại đây. IBSG chân thành cảm ơn Quý Độc Giả.