Cuộc chiến chống lại các bệnh truyền nhiễm là một cuộc chạy đua với sự tiến hóa. Vi khuẩn phát triển khả năng kháng thuốc kháng sinh, và virus liên tục tiến hóa để lây lan nhanh hơn. Các bệnh do côn trùng truyền nhiễm đại diện cho một chiến trường tiến hóa khác: bản thân côn trùng cũng đang phát triển khả năng kháng lại các chất độc mà con người sử dụng để tiêu diệt chúng.
Đặc biệt, bệnh sốt rét do muỗi truyền gây tử vong cho hơn 600.000 người mỗi năm. Kể từ Thế chiến II,thuốc trừ sâu—Vũ khí hóa học được thiết kế để tiêu diệt muỗi Anopheles bị nhiễm ký sinh trùng sốt rét—đã được sử dụng để chống lại bệnh sốt rét.
Tuy nhiên, muỗi nhanh chóng phát triển các chiến lược để vô hiệu hóa chúng.thuốc trừ sâu không hiệu quảĐiều này khiến hàng triệu người có nguy cơ mắc các bệnh nhiễm trùng gây tử vong cao hơn. Nghiên cứu mới đây của tôi, được thực hiện cùng các đồng nghiệp, giải thích lý do tại sao.
Là một nhà di truyền học tiến hóa, tôi nghiên cứu chọn lọc tự nhiên - nền tảng của sự tiến hóa thích nghi. Các biến dị di truyền có lợi nhất cho sự sống còn sẽ thay thế những biến dị bất lợi, dẫn đến những thay đổi trong loài. Khả năng tiến hóa của muỗi Anopheles thực sự đáng kinh ngạc.
Vào giữa những năm 1990, hầu hết muỗi Anopheles ở châu Phi đều nhạy cảm với thuốc trừ sâu pyrethroid, ban đầu được chiết xuất từ hoa cúc. Việc kiểm soát muỗi chủ yếu dựa vào hai phương pháp sử dụng pyrethroid: màn chống muỗi tẩm thuốc trừ sâu để bảo vệ muỗi khi ngủ và phun thuốc trừ sâu tồn lưu trên tường nhà. Chỉ riêng hai phương pháp này đã có thể ngăn ngừa hơn 500 triệu trường hợp mắc bệnh sốt rét từ năm 2000 đến năm 2015.
Tuy nhiên, muỗi từ Ghana đến Malawi hiện đang thường xuyên phát triển khả năng kháng thuốc trừ sâu ở nồng độ cao gấp 10 lần so với liều gây chết trước đây. Bên cạnh các biện pháp kiểm soát muỗi Anopheles, các hoạt động nông nghiệp cũng có thể vô tình khiến muỗi tiếp xúc với thuốc trừ sâu pyrethroid, làm trầm trọng thêm tình trạng kháng thuốc của chúng.
Tại một số vùng ở châu Phi, muỗi Anopheles đã phát triển khả năng kháng lại bốn nhóm thuốc trừ sâu được sử dụng để kiểm soát bệnh sốt rét.
Muỗi Anopheles và ký sinh trùng sốt rét cũng được tìm thấy bên ngoài châu Phi, nơi nghiên cứu về khả năng kháng thuốc trừ sâu ít phổ biến hơn.
Ở phần lớn Nam Mỹ, muỗi Anopheles darlingi là tác nhân truyền bệnh sốt rét chính. Loài muỗi này khác biệt rất nhiều so với các tác nhân truyền bệnh sốt rét ở châu Phi, đến mức nó có thể thuộc một chi khác—Nyssorhynchus. Cùng với các đồng nghiệp từ tám quốc gia, tôi đã phân tích bộ gen của hơn 1.000 con muỗi Anopheles darlingi để hiểu về sự đa dạng di truyền của chúng, bao gồm cả những thay đổi do hoạt động của con người gần đây gây ra. Các đồng nghiệp của tôi đã thu thập những con muỗi này từ 16 địa điểm trên một lãnh thổ rộng lớn trải dài từ bờ biển Đại Tây Dương của Brazil đến bờ biển Thái Bình Dương của dãy Andes ở Colombia.
Chúng tôi nhận thấy rằng, giống như các loài muỗi họ hàng ở châu Phi, *Anopheles darlingi* thể hiện sự đa dạng di truyền cực kỳ cao—cao hơn 20 lần so với con người—cho thấy một quần thể rất lớn. Các loài có nguồn gen lớn như vậy thích nghi tốt với những thách thức mới. Khi một quần thể lớn như vậy, khả năng xuất hiện các đột biến thích hợp mang lại lợi thế mong muốn sẽ tăng lên. Một khi đột biến này bắt đầu lan rộng, nhờ lợi thế về số lượng, ngay cả khi một vài con muỗi chết ngẫu nhiên cũng sẽ không dẫn đến sự tuyệt chủng hoàn toàn của chúng.
Ngược lại, đại bàng đầu trắng, loài bản địa của Hoa Kỳ, chưa bao giờ phát triển khả năng kháng thuốc trừ sâu DDT và cuối cùng đã đối mặt với nguy cơ tuyệt chủng. Hiệu quả tiến hóa của hàng triệu côn trùng vượt xa hiệu quả của chỉ vài nghìn loài chim. Trên thực tế, trong vài thập kỷ qua, chúng ta đã quan sát thấy những dấu hiệu của sự tiến hóa thích nghi trong các gen liên quan đến khả năng kháng thuốc ở muỗi Anopheles darlingi.
Các loại thuốc trừ sâu như pyrethroid và DDT đều tác động lên cùng một mục tiêu phân tử: các kênh ion có thể đóng mở trong tế bào thần kinh. Khi các kênh này mở, tế bào thần kinh sẽ kích thích các tế bào khác. Thuốc trừ sâu buộc các kênh này phải luôn mở và tiếp tục truyền xung thần kinh, dẫn đến tê liệt và chết ở côn trùng. Tuy nhiên, côn trùng có thể phát triển khả năng kháng thuốc bằng cách thay đổi hình dạng của chính các kênh này.
Các nghiên cứu di truyền trước đây của các nhà khoa học khác, cũng như nghiên cứu của chúng tôi, đều không tìm thấy loại kháng thuốc này ở muỗi Anopheles darlingi. Thay vào đó, chúng tôi phát hiện ra rằng khả năng kháng thuốc phát triển theo một cách khác: thông qua một tập hợp các gen mã hóa các enzyme phân giải các hợp chất độc hại. Hoạt tính cao của các enzyme này, được gọi là P450, thường là nguyên nhân gây ra sự phát triển khả năng kháng thuốc trừ sâu ở các loài muỗi khác. Kể từ khi thuốc trừ sâu được sử dụng vào giữa thế kỷ 20, cùng một tập hợp gen P450 này đã đột biến độc lập ít nhất bảy lần ở Nam Mỹ.
Tại Guiana thuộc Pháp, một nhóm gen P450 khác cũng cho thấy mô hình tiến hóa tương tự, càng khẳng định mối liên hệ chặt chẽ giữa các enzyme này và khả năng thích nghi. Hơn nữa, khi muỗi được đặt trong các thùng kín và tiếp xúc với thuốc trừ sâu pyrethroid, sự khác biệt về gen P450 giữa các cá thể muỗi có tương quan với thời gian sống sót của chúng.
Ở Nam Mỹ, các chiến dịch kiểm soát bệnh sốt rét quy mô lớn bằng thuốc trừ sâu chỉ diễn ra không thường xuyên và có thể không phải là nguyên nhân chính dẫn đến sự tiến hóa của muỗi. Thay vào đó, muỗi có thể đã tiếp xúc gián tiếp với thuốc trừ sâu nông nghiệp. Điều thú vị là, chúng tôi quan sát thấy những dấu hiệu tiến hóa rõ rệt nhất ở các vùng có nền nông nghiệp phát triển.
Mặc dù đã có sự ra đời của các loại vắc-xin mới và những tiến bộ khác trong công tác kiểm soát bệnh sốt rét trong những năm gần đây, việc kiểm soát muỗi vẫn là yếu tố then chốt để giảm sự lây lan của bệnh sốt rét.
Một số quốc gia đang thử nghiệm kỹ thuật di truyền để chống lại bệnh sốt rét. Công nghệ này bao gồm việc biến đổi gen quần thể muỗi để giảm số lượng hoặc giảm khả năng kháng ký sinh trùng sốt rét của chúng. Mặc dù khả năng thích nghi đáng kinh ngạc của muỗi có thể là một thách thức, nhưng triển vọng rất hứa hẹn.
Tôi và các đồng nghiệp đang nỗ lực cải tiến các phương pháp phát hiện sự kháng thuốc trừ sâu mới nổi. Giải trình tự gen vẫn đóng vai trò quan trọng trong việc phát hiện các phản ứng tiến hóa mới hoặc bất ngờ. Rủi ro thích nghi cao nhất dưới áp lực chọn lọc kéo dài và mạnh mẽ; do đó, việc giảm thiểu, điều chỉnh và phân giai đoạn sử dụng thuốc trừ sâu có thể giúp ngăn ngừa sự phát triển của hiện tượng kháng thuốc.
Việc giám sát phối hợp và các biện pháp ứng phó thích hợp là rất cần thiết để chống lại sự kháng thuốc ngày càng gia tăng. Không giống như quá trình tiến hóa, con người có khả năng dự đoán tương lai.
Jacob A. Tennessen nhận được tài trợ từ Viện Y tế Quốc gia thông qua Trường Y tế Công cộng Harvard TH Chan và Viện Broad.
Thời gian đăng bài: 21/04/2026
