Vì sao đồng và kẽm là yếu tố thuận lợi cho sự đề kháng kháng sinh?

Giới thiệu
Kháng sinh] được bổ sung trong khẩu phần thức ăn cho heo từ vài thập kỷ qua. Thuốc được bổ sung không chỉ để điều trị bệnh và phòng các bệnh truyền nhiễm do vi khuẩn, mà còn vì mục đích nâng cao năng suất chăn nuôi: hiệu quả kích thích tăng trưởng của kháng sinh đã được biết đến từ những năm 1950. Trên thế giới, kháng sinh đã được sử dụng với số lượng lớn. Ví dụ, trong năm 1994, ngành chăn nuôi Đan Mạch đã tiêu thụ đến 200 tấn kháng sinh, hơn một nửa trong 200 tấn này được bổ sung vào thức ăn chăn nuôi như yếu tố kích thích tăng trưởng. Trong những năm gần đây, sự xuất hiện của vi khuẩn kháng thuốc đã trở thành mối quan tâm lớn, buộc Liên minh Châu Âu ban hành lệnh cấm sử dụng kháng sinh không vì mục đích điều trị bệnh trong chăn nuôi. Những chất khác được biết đến với đặc tính kháng khuẩn và có tác dụng kích thích tăng trưởng được quan tâm nhiều hơn. Kẽm (đặc biệt là oxit kẽm) và đồng thường được bổ sung quá mức trong khẩu phần thức ăn cho heo để cải thiện sức khỏe đường ruột. Nhưng vai trò của những chất này trong cuộc chiến chống lại tình trạng đề kháng kháng sinh hoàn toàn không khả quan.

Thực trạng hiện nay
Kẽm là một nguyên tố vi lượng thiết yếu cần cho sự sống của sinh vật. Từ lâu, tác động tích cực của kẽm trên hiệu suất tăng trưởng đã được công nhận trong chăn nuôi heo: thiếu hụt kẽm làm giảm ăn, sinh trưởng kém, suy yếu hệ thống miễn dịch, và trong trường hợp nặng thì heo bị tổn thương da (viêm da á sừng). Theo Hiệp Hội Nghiên cứu Quốc gia, nhu cầu kẽm ở heo từ 50 đến 100 ppm tùy theo độ tuổi và trọng lượng của con vật. Khi hàm lượng kẽm trong nguyên liệu thức ăn thấp, người ta thường bổ sung thêm kẽm vào trong khẩu phần. Ở các nước châu Âu, hàm lượng kẽm bổ sung tối đa trong thức ăn của động vật dạ dày đơn là 150 ppm, tuy nhiên có vài nước cho phép bổ sung kẽm ở liều lượng dược lý (3000 ppm) trong premix điều trị ở giai đoạn heo con sau cai sữa.

Tương tự như kẽm, đồng cũng là một yếu tố vi lượng thiết yếu. Nó đóng vai trò là đồng yếu tố trong cấu trúc của nhiều enzyme và là một chất kích thích tăng trưởng nổi tiếng. Thiếu hụt đồng có thể dẫn đến những vấn đề về thể chất như: sinh trưởng kém, thiếu máu, dị tật ở chân... Nhu cầu đồng ở heo khá thấp (khoảng 4-10 mg/ kg vật chất khô khẩu phần), nhưng đồng thường được bổ sung quá mức. Ở Châu Âu, hàm lượng đồng tối đa trong thức ăn là 170 ppm đối với heo con và 25 ppm với heo lớn hơn.

Những nguyên tố vi lượng trên khi được sử dụng ở hàm lượng cao thể hiện đặc tính kháng khuẩn. Vi khuẩn đã phát triển 4 cơ chế chính để đề kháng lại với kháng sinh - hậu quả của việc sử dụng kháng sinh tràn lan trong sản xuất chăn nuôi như:

- Giảm tính thấm của màng tế bào (giảm protein biểu hiện xuyên màng)
- Làm bất hoạt thuốc (sản sinh enzyme)
- Biến đổi các vị trí gắn kết trên tế bào (thay đổi vị trí gắn của kháng sinh)
- Bơm đẩy những yếu tố độc ra ngoài (thông qua các bơm protein)

Ở Đan Mạch, avoparcin - một kháng sinh thuộc nhóm glycopeptide được sử dụng như chất kích thích tăng trưởng đến năm 1995, ở thời điểm đó, có đến 21% mẫu Enterococcus faecium (E. faecium) phân lập được từ thịt heo kháng lại với avoparcin. Nhận thức rõ mối nguy cơ này, Đan Mạch đã cấm sử dụng kháng sinh không vì mục đích điều trị bệnh trong chăn nuôi ở heo lớn (năm 1998) và đối với heo con (năm 1999). Trong năm 2006, Liên minh Châu Âu đã rút dần việc sử dụng kháng sinh như chất kích thích tăng trưởng trong sản xuất. Đồng và kẽm có thể điều biến hệ vi sinh đường ruột và giúp giảm tiêu chảy heo con giai đoạn sau cai sữa, nhờ đó có thể thay thế một phần kháng sinh. Tuy nhiên, lượng đồng và kẽm dư thừa tác động tiêu cực đến môi trường, và làm phát sinh những dòng vi khuẩn chọn lọc đề kháng lại với đồng và kẽm. Ngoài ra, chúng ta có thể nhận thấy sự tương quan mạnh mẽ giữa đề kháng kim loại và đề kháng thuốc kháng sinh.

Đề kháng chéo
Sự đa kháng có thể thể lý giải được bằng cơ chế đề kháng chéo. Trong trường hợp này, 1 yếu tố di truyền đơn lẻ quy định cho khả năng đề kháng với một vài nguyên tố (kim loại và thuốc kháng sinh). Ví dụ, vi khuẩn có thể tổng hợp protein vận chuyển mang cả thuốc kháng sinh và kim loại. Ở những vi sinh vật kháng kẽm, các protein bơm đẩy kẽm từ bên trong tế bào ra ngoài; các bơm này có thể chỉ đẩy mỗi kẽm hoặc chấp nhận đẩy thêm các phân tử khác. Do đó, vi khuẩn kháng kẽm cũng có thể kháng được một hoặc nhiều loại kháng sinh.

Đồng đối kháng
Sự đa kháng cũng có thể kết hợp với đồng đối kháng. Ở trường hợp này, các gen đề kháng khác nhau thay đổi vị trí trong cùng nhân tố di truyền giống nhau, trong nhân tố di truyền di động nói chung như plasmid. Có một vài tổ hợp thuốc kháng sinh kết hợp với kim loại được nghiên cứu như: đề kháng kẽm liên kết với đề kháng methicillin ở Staphylococcus aureus (S. aureus) hoặc đề kháng đồng liên quan đến đề kháng macrolide và glycopeptide ở E. faecium.