Aspergillus là gì? Các bài nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa Aspergillus

Aspergillus là một chi nấm sợi thuộc ngành Ascomycota, lớp Eurotiomycetes, họ Trichocomaceae. Chi này được mô tả lần đầu tiên vào năm 1729 bởi nhà vi sinh học Pier Antonio Micheli, người đã đặt tên “Aspergillus” do hình dạng bào tử giống với dụng cụ rảy nước thánh (aspergillum) trong nghi lễ Công giáo. Đây là một trong những chi nấm phổ biến nhất trong tự nhiên, có mặt ở khắp nơi – từ đất, không khí, thực vật phân hủy cho đến môi trường trong nhà.

Aspergillus gồm hơn 300 loài được ghi nhận, trong đó khoảng 40 loài có khả năng gây bệnh ở người và động vật. Phần lớn các loài sống hoại sinh, đóng vai trò quan trọng trong quá trình phân hủy vật chất hữu cơ, nhưng một số loài lại gây bệnh cơ hội ở người suy giảm miễn dịch. Ngoài ra, nhiều loài Aspergillus còn được khai thác trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm và enzyme.

Đặc tính nổi bật của Aspergillus là khả năng sinh bào tử rất cao, lan truyền dễ dàng qua không khí và chịu được điều kiện khắc nghiệt. Bào tử có thể tồn tại trong môi trường khô, chịu được tia cực tím và nhiệt độ cao, giúp loài này phát tán toàn cầu. Một số loài, chẳng hạn như Aspergillus fumigatus và Aspergillus niger, được xem là những loài nấm phổ biến nhất trong môi trường tự nhiên và bệnh viện.

Đặc điểm hình thái và sinh học

Aspergillus là nấm sợi dạng sợi tơ (filamentous fungus), phát triển thành hệ sợi nấm (mycelium) phân nhánh, không có vách ngăn hoàn toàn giữa các tế bào. Hệ sợi nấm này sinh trưởng nhanh và có khả năng xâm nhập vào chất nền mà nó phát triển. Quá trình sinh sản chủ yếu là vô tính thông qua bào tử conidia, trong khi sinh sản hữu tính ít gặp hơn.

Cấu trúc sinh bào tử của Aspergillus có đặc trưng bởi trục bào đài (conidiophore) mọc lên từ sợi nấm, mang đầu phình hình cầu gọi là bào tử đầu (vesicle). Trên bề mặt vesicle là các lớp tế bào gọi là metulae và phialide, từ đó sinh ra bào tử conidia xếp thành chuỗi. Dưới kính hiển vi, cấu trúc này tạo hình dạng đặc trưng giúp phân biệt từng loài Aspergillus.

Bảng sau tóm tắt một số đặc điểm hình thái học cơ bản của các loài Aspergillus phổ biến:

Loài	Màu khuẩn lạc	Đặc điểm vi thể	Nhiệt độ sinh trưởng tối ưu
A. fumigatus	Xanh xám	Bào tử nhỏ, trơn, đầu bào tử hình cột	37–45°C
A. flavus	Vàng lục	Metulae và phialide bao phủ toàn bộ vesicle	30–37°C
A. niger	Đen	Bào tử to, thô, có gai	30–40°C

Aspergillus có thể phát triển trên nhiều loại môi trường nuôi cấy như Sabouraud dextrose agar (SDA) hoặc Czapek-Dox agar, thường tạo khuẩn lạc bông xốp, bề mặt khô và có màu sắc đặc trưng tùy theo loài. Một số loài như A. niger và A. oryzae có khả năng sinh enzyme ngoại bào mạnh mẽ như amylase, protease, lipase, giúp phân giải tinh bột, protein và chất béo.

Phân loại và các loài quan trọng

Chi Aspergillus được phân loại dựa trên hình thái, sinh học phân tử và trình tự gen rDNA. Theo hệ thống phân loại hiện đại, Aspergillus gồm hơn 20 phân nhóm (section), trong đó mỗi nhóm đại diện cho các loài có đặc điểm di truyền và hóa học tương đồng.

Một số nhóm phân loại chính và loài tiêu biểu:

• Section Fumigati: gồm A. fumigatus – loài gây aspergillosis xâm lấn phổ biến nhất
• Section Flavi: gồm A. flavus – sinh aflatoxin, độc tố vi nấm nguy hiểm
• Section Nigri: gồm A. niger – ứng dụng công nghiệp sản xuất acid citric
• Section Terrei: gồm A. terreus – có khả năng kháng amphotericin B

Hệ thống phân loại hiện nay dựa trên kỹ thuật giải trình tự gen vùng ITS (Internal Transcribed Spacer) và gen β-tubulin, cho phép xác định chính xác từng loài. Dữ liệu phân loại và di truyền chi tiết có thể tham khảo tại NCBI Taxonomy: Aspergillus.

Một số loài có giá trị y học và công nghiệp được trình bày trong bảng sau:

Loài	Đặc điểm chính	Ứng dụng hoặc tác hại
A. fumigatus	Sống hoại sinh, sinh bào tử nhỏ dễ hít sâu	Gây nấm phổi xâm lấn ở người suy giảm miễn dịch
A. flavus	Sản sinh aflatoxin nhóm B1, B2, G1, G2	Gây ung thư gan, nhiễm độc thực phẩm
A. niger	Tạo enzyme amylase, lipase mạnh	Sản xuất acid citric, enzyme công nghiệp
A. oryzae	Được thuần hóa, không sinh độc tố	Dùng trong lên men đậu nành, rượu sake

Cơ chế gây bệnh và độc lực

Aspergillus xâm nhập chủ yếu qua đường hô hấp dưới dạng bào tử. Ở người khỏe mạnh, các đại thực bào phế nang có thể loại bỏ hầu hết bào tử hít vào. Tuy nhiên, ở người suy giảm miễn dịch – đặc biệt bệnh nhân ung thư, ghép tạng hoặc dùng corticosteroid kéo dài – bào tử có thể nảy mầm và phát triển thành sợi nấm xâm nhập mô phổi.

Các yếu tố độc lực của Aspergillus bao gồm:

• Khả năng sinh bào tử nhỏ (2–3 µm), dễ xâm nhập sâu vào phổi
• Tiết enzyme protease, elastase phá hủy mô
• Sản xuất độc tố như gliotoxin, ức chế miễn dịch bẩm sinh
• Tạo biofilm trên bề mặt tế bào biểu mô và vật liệu y tế

Cơ chế đáp ứng miễn dịch bao gồm hoạt hóa đại thực bào, neutrophil và sản xuất cytokine (IL-1β, TNF-α). Tuy nhiên, khi hệ miễn dịch bị ức chế, sợi nấm có thể xâm nhập mạch máu, gây hoại tử mô, chảy máu phổi và lan tỏa toàn thân.

Nghiên cứu của Nature Reviews Microbiology (2016) cho thấy A. fumigatus có khả năng biến đổi biểu hiện gen tùy điều kiện thiếu oxy, cho phép tồn tại trong phổi bệnh nhân mắc bệnh phổi mạn tính hoặc trong ổ áp xe phổi.

Các thể bệnh do Aspergillus

Aspergillus có thể gây ra một nhóm bệnh gọi chung là aspergillosis, với biểu hiện lâm sàng rất đa dạng, từ phản ứng dị ứng cho đến nhiễm trùng xâm lấn đe dọa tính mạng. Mức độ nghiêm trọng phụ thuộc vào loài gây bệnh, cơ địa người bệnh và tình trạng miễn dịch.

Phân loại chính các thể bệnh aspergillosis:

• Aspergillosis phổi dị ứng (ABPA – Allergic Bronchopulmonary Aspergillosis): thường gặp ở bệnh nhân hen hoặc xơ nang; cơ chế là phản ứng quá mẫn type I và III với bào tử A. fumigatus.
• Aspergilloma (u nấm phổi): hình thành khối nấm trong khoang phổi cũ (lao, giãn phế quản); thường không xâm lấn mô.
• Aspergillosis xâm lấn (IPA – Invasive Pulmonary Aspergillosis): gặp ở người suy giảm miễn dịch, nấm xâm nhập mô phổi và mạch máu gây hoại tử, chảy máu phổi.
• Aspergillosis ngoài phổi: nấm xâm lấn xoang, nội tâm mạc, thần kinh trung ương, da – thường qua đường máu.

Một thể đặc biệt là aspergillosis mãn tính phổi (CPA), gặp ở người có bệnh phổi mạn tính (lao cũ, COPD), tiến triển chậm, gây ho kéo dài, sụt cân, xuất huyết phổi từng đợt. CPA cần được điều trị kháng nấm dài hạn và theo dõi sát.

Chẩn đoán phân biệt aspergillosis với các bệnh nấm khác như histoplasmosis, mucormycosis hoặc lao là rất quan trọng, vì hướng điều trị hoàn toàn khác nhau. Việc sử dụng kháng sinh kéo dài hoặc corticosteroid là yếu tố thúc đẩy bệnh tiến triển.

Chẩn đoán và xét nghiệm

Việc chẩn đoán aspergillosis yêu cầu phối hợp giữa lâm sàng, hình ảnh học, nuôi cấy, huyết thanh học và mô học. Trong nhiều trường hợp, đặc biệt thể xâm lấn, việc phát hiện kịp thời có thể quyết định tiên lượng sống còn.

Các phương pháp thường dùng:

• CT scan ngực: hình ảnh đặc trưng gồm “dấu hiệu halo” (quầng mờ quanh nốt mờ) hoặc “dấu hiệu không khí liềm” (air crescent sign).
• Nuôi cấy và soi tươi: lấy từ dịch rửa phế quản hoặc sinh thiết mô, tuy nhiên tỷ lệ âm tính giả cao.
• Xét nghiệm Galactomannan: tìm kháng nguyên đặc hiệu của Aspergillus trong huyết thanh hoặc dịch BAL.
• Xét nghiệm β-D-glucan: chỉ điểm nấm xâm lấn nói chung, không đặc hiệu cho Aspergillus.
• Sinh thiết mô: tiêu chuẩn vàng để xác định sợi nấm xâm nhập nhu mô.

Xét nghiệm kháng thể Aspergillus IgG có giá trị trong chẩn đoán aspergillosis mãn tính. Trong khi đó, PCR tìm DNA Aspergillus đang dần trở thành công cụ hữu ích nhờ độ nhạy cao và khả năng định danh loài.

Điều trị và kháng thuốc

Lựa chọn điều trị phụ thuộc vào thể bệnh, mức độ tổn thương và khả năng dung nạp thuốc của bệnh nhân. Mục tiêu điều trị bao gồm tiêu diệt nấm, kiểm soát phản ứng viêm và ngăn biến chứng.

Chiến lược điều trị theo thể bệnh:

• ABPA: corticosteroid toàn thân kết hợp itraconazole nhằm giảm viêm và tải nấm
• Aspergilloma: không cần điều trị nếu không triệu chứng; phẫu thuật cắt bỏ nếu ho ra máu nặng
• CPA: itraconazole hoặc voriconazole kéo dài tối thiểu 6 tháng
• IPA: voriconazole là thuốc lựa chọn đầu tay; amphotericin B hoặc isavuconazole trong trường hợp kháng hoặc không dung nạp

Bảng sau tóm tắt một số thuốc kháng nấm phổ biến:

Thuốc	Nhóm	Loài nhạy cảm	Ghi chú
Voriconazole	Triazole	A. fumigatus, A. flavus	Hiệu quả cao với IPA; độc gan cần theo dõi
Amphotericin B	Polyene	Rộng phổ	Dạng liposomal ít độc thận hơn
Itraconazole	Triazole	CPA, ABPA	Tương tác thuốc nhiều; hấp thu phụ thuộc thức ăn
Isavuconazole	Triazole mới	IPA, thay thế Voriconazole	Ít tương tác hơn, đường uống và tĩnh mạch

Kháng azole đang gia tăng đáng báo động, đặc biệt tại châu Âu, do lạm dụng azole trong nông nghiệp. Nhiều đột biến gen cyp51A trong A. fumigatus đã được xác nhận làm giảm hiệu quả điều trị. Việc làm kháng sinh đồ (antifungal susceptibility testing) ngày càng trở nên cần thiết trước khi chọn thuốc.

Ứng dụng công nghiệp và sinh học

Ngoài vai trò gây bệnh, Aspergillus có giá trị ứng dụng lớn trong công nghiệp. Một số loài đã được thuần hóa và sử dụng trong thực phẩm, dược phẩm và xử lý sinh học.

Các ứng dụng nổi bật:

• A. oryzae: sản xuất nước tương, miso, sake nhờ enzyme phân giải tinh bột và protein
• A. niger: sản xuất acid citric (chiếm 70% thị trường toàn cầu), enzyme glucoamylase, phytase
• A. terreus: sản xuất lovastatin – thuốc hạ cholesterol nhóm statin

Ngoài ra, Aspergillus được nghiên cứu trong lĩnh vực xử lý sinh học (bioremediation), tổng hợp hợp chất hoạt tính sinh học và biểu hiện protein tái tổ hợp. Hệ gen của nhiều loài đã được giải trình tự và công bố tại NCBI Genome Database – Aspergillus.

An toàn sinh học và kiểm soát môi trường

Aspergillus, đặc biệt là A. fumigatus, được xếp vào nhóm nguy cơ sinh học cấp 2 (BSL-2) vì có khả năng gây bệnh nghiêm trọng ở người. Do bào tử phát tán mạnh trong không khí, việc kiểm soát môi trường đóng vai trò then chốt trong phòng ngừa.

Biện pháp kiểm soát:

• Đảm bảo hệ thống lọc khí (HEPA) trong bệnh viện, đặc biệt phòng cách ly, phòng cấy ghép
• Vệ sinh thường xuyên, hạn chế bụi, kiểm soát độ ẩm trong môi trường làm việc
• Theo dõi chất lượng không khí trong sản xuất thực phẩm, nhà máy enzyme

Trong nông nghiệp và bảo quản thực phẩm, cần giám sát aflatoxin do A. flavus sinh ra, vì đây là độc tố có khả năng gây ung thư gan. Các tiêu chuẩn quốc tế như CODEX và FDA quy định mức aflatoxin tối đa cho phép trong ngũ cốc, đậu phộng và sữa là 20 ppb.

Tài liệu tham khảo

1. Latgé, J.P., & Chamilos, G. (2019). Aspergillus fumigatus and Aspergillosis in 2019. Clinical Microbiology Reviews, 33(1).
2. CDC – Aspergillosis. https://www.cdc.gov/fungal/diseases/aspergillosis/
3. NCBI Taxonomy Browser – Aspergillus. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Taxonomy/
4. Samson, R.A. et al. (2014). Phylogeny, identification and nomenclature of the genus Aspergillus. Studies in Mycology, 78:141–173.
5. Verweij, P.E., et al. (2020). Azole Resistance in Aspergillus fumigatus: A Growing Public Health Concern. Current Fungal Infection Reports, 14(3), 125–132.
6. ECDC – Azole-resistant Aspergillus. https://www.ecdc.europa.eu/en/publications-data
7. NCBI Genome Database – Aspergillus. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome