Khả năng kháng bệnh là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học

Định nghĩa khả năng kháng bệnh

Khả năng kháng bệnh (disease resistance) là năng lực tự nhiên hoặc thu được của sinh vật để ngăn chặn, hạn chế hoặc loại bỏ tác nhân gây bệnh, bao gồm virus, vi khuẩn, nấm và ký sinh trùng. Đây là kết quả của sự tương tác phức tạp giữa hệ miễn dịch, yếu tố di truyền và môi trường sống, cho phép động vật, thực vật hoặc con người chịu đựng hoặc phục hồi sau khi bị tấn công bởi mầm bệnh mà không hoặc ít biểu hiện triệu chứng lâm sàng nghiêm trọng.

Trong nông nghiệp, khả năng kháng bệnh của cây trồng và vật nuôi là chỉ số quan trọng để lựa chọn giống, giảm sử dụng thuốc bảo vệ thực vật và kháng sinh, đồng thời nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Ở lĩnh vực y học, kháng bệnh thể hiện qua hiệu quả của vaccine, liệu pháp miễn dịch và các biện pháp phòng ngừa, quyết định mức độ bùng phát dịch tễ và hiệu quả kiểm soát bệnh truyền nhiễm.

• Bẩm sinh: cơ chế miễn dịch không đặc hiệu, có từ khi mới sinh.
• Thu được: miễn dịch đặc hiệu hình thành sau tiếp xúc với kháng nguyên.
• Di truyền: gen kháng bệnh ảnh hưởng khả năng đáp ứng miễn dịch.

Cơ sở lý thuyết và cơ chế

Miễn dịch bẩm sinh (innate immunity) là hàng rào đầu tiên chống lại mầm bệnh, bao gồm hàng rào vật lý (da, niêm mạc), hàng rào hóa học (enzym lysozyme, peptide kháng khuẩn), tế bào thực bào (đại thực bào, bạch cầu trung tính) và tế bào diệt tự nhiên (NK). Các thành phần này nhận diện các đặc trưng chung của mầm bệnh thông qua các pattern recognition receptors (PRR) như TLRs, sau đó kích thích sản xuất cytokine và chemokine khởi phát phản ứng viêm.

Miễn dịch thu được (adaptive immunity) phát triển sau khi cơ thể tiếp xúc kháng nguyên, gồm hai nhánh chính: tế bào (cell-mediated) và dịch thể (humoral). Lympho T CD8⁺ tiêu diệt tế bào nhiễm, lympho T CD4⁺ hỗ trợ kích hoạt lympho B sản xuất kháng thể IgM, IgG có khả năng trung hòa độc tố, opsonization và kích hoạt bổ thể. Phản ứng này hình thành trí nhớ miễn dịch, cho phép phản ứng nhanh và mạnh mẽ hơn khi gặp lại mầm bệnh.

Điều hòa tín hiệu miễn dịch được kiểm soát bởi cơ chế điều hòa âm và dương (immune checkpoints), bao gồm CTLA-4 và PD-1/PD-L1 trên tế bào T để tránh phản ứng quá mức gây tự miễn. Sự cân bằng giữa kích thích và ức chế quyết định tính hiệu quả của kháng bệnh và mức độ an toàn cho cơ thể.

Phân loại khả năng kháng bệnh

Kháng bệnh có thể phân thành kháng không đặc hiệu và kháng đặc hiệu. Kháng không đặc hiệu dựa vào cơ chế bẩm sinh, không phân biệt loại mầm bệnh, ví dụ pH axit dạ dày hoặc enzym tiêu diệt vi khuẩn. Kháng đặc hiệu có tính chọn lọc cao, hướng đến kháng nguyên cụ thể, chủ yếu do miễn dịch thu được thực hiện.

Theo nguồn gốc, khả năng kháng bệnh chia thành di truyền (genetic resistance) và cảm ứng (induced resistance). Kháng di truyền là tính trạng ổn định bền vững trong quần thể, như gen R trong cây trồng cho kháng một số chủng nấm. Kháng cảm ứng là khả năng tăng cường miễn dịch sau khi tiếp xúc yếu tố kích thích (primer), ví dụ hệ miễn dịch người phản ứng mạnh hơn sau chủng vaccine.

1. Kháng cơ bản: mức độ kháng thấp, tồn tại ở mọi cá thể một loài.
2. Kháng tăng cường: sinh học cảm ứng qua tín hiệu PAMPs hoặc DAMPs.
3. Kháng đa dòng: hiệu quả với nhiều loại mầm bệnh.
4. Kháng chuyên biệt: chỉ nhắm vào một mầm bệnh hoặc kháng nguyên.

Yếu tố di truyền và biểu hiện

Khả năng kháng bệnh có nền tảng di truyền quan trọng. Ở thực vật, các gene kháng R (resistance genes) mã hóa protein nhận diện protein gây bệnh (effectors) của vi sinh vật, khởi động con đường kháng bệnh ETI (effector-triggered immunity). Sự đa dạng và sắp xếp tổ hợp giữa các gene R quyết định phổ kháng và tính bền vững của giống.

Ở động vật, hệ HLA (human leukocyte antigen) ở người tương tự gene MHC ở động vật khác đóng vai trò then chốt. Sự đa hình cao của HLA cho phép nhận diện đa dạng kháng nguyên peptide trên bề mặt tế bào nhiễm hoặc u. Các allele HLA đặc hiệu liên quan tới kháng HIV, lao hoặc tạo nguy cơ tự miễn như lupus ban đỏ.

Đối tượng	Gene kháng bệnh	Cơ chế
Thực vật	R gene (NBS-LRR)	Nhận diện effector → ETI
Người	HLA-A, HLA-B, HLA-DR	Trình diện peptide → T cell activation
Gia súc	BoLA (bovine leukocyte antigen)	Miễn dịch thu được, vaccine response

• Đa hình di truyền: tạo biến đổi đáp ứng miễn dịch.
• Điều hòa biểu hiện: methyl hóa DNA, histone modification.
• Ảnh hưởng môi trường: nhiệt độ, dinh dưỡng tác động epigenetic.

Đáp ứng miễn dịch tế bào và dịch thể

Đáp ứng miễn dịch tế bào (cell-mediated immunity) chủ yếu do lympho T CD8⁺ và CD4⁺ đảm nhiệm. Lympho T CD8⁺ nhận diện peptide lạ trình diện qua MHC-I trên bề mặt tế bào nhiễm và trực tiếp tiêu diệt bằng cách giải phóng perforin và granzyme. Lympho T CD4⁺ hỗ trợ qua việc sản xuất cytokine (IL-2, IFN-γ) kích thích macrophage và tăng sinh lympho B.

Đáp ứng miễn dịch dịch thể (humoral immunity) do lympho B sản xuất kháng thể IgM khởi đầu, sau đó class-switch sang IgG, IgA hoặc IgE tùy vị trí và chức năng. IgG trung hòa độc tố, opsonization và kích hoạt bổ thể; IgA bảo vệ niêm mạc qua tiết tại ruột, phổi; IgE liên quan đến miễn dịch ký sinh trùng và dị ứng.

• ADCC (Antibody-Dependent Cellular Cytotoxicity): kháng thể gắn mầm bệnh, tế bào NK nhận diện qua FcγRIII và tiêu diệt.
• Opsonization: kháng thể phủ bề mặt vi sinh vật, đại thực bào nhận diện qua FcγR và thực bào.
• Complement activation: qua con đường cổ điển (C1q binding) hoặc lectin, tạo màng tấn công (MAC).

Đo lường và đánh giá khả năng kháng bệnh

Đánh giá nồng độ kháng thể huyết thanh qua ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay) cho titre IgG/IgM cụ thể. Neutralization assay xác định khả năng kháng thể ngăn chặn xâm nhập tế bào của virus. Đối với đáp ứng tế bào, proliferation assay (CFSE) và cytotoxicity assay (Cr⁵¹ release) đo lường phân chia và giết tế bào mục tiêu.

Sinh học phân tử sử dụng qPCR định lượng tải lượng mầm bệnh (viral load, bacterial burden) và RT-qPCR đánh giá biểu hiện cytokine (IL-6, TNF-α). Flow cytometry phân tích đa tham số (surface markers, intracellular cytokine staining) cho phép đánh giá tỷ lệ lympho T nhớ (CD45RO⁺), tế bào T điều hòa (CD4⁺CD25⁺FoxP3⁺) và mức độ hoạt hóa (CD69, HLA-DR).

Phương pháp	Đo lường	Ứng dụng
ELISA	Kháng thể IgG/IgM	Vaccine response
Neutralization assay	Kháng thể trung hòa	Virus infection
qPCR	Tải lượng mầm bệnh	Đánh giá điều trị
Flow cytometry	Lymphocyte subsets	Miễn dịch học lâm sàng

Ứng dụng trong chọn giống và y học

Trong nông nghiệp, marker-assisted selection (MAS) sử dụng SNPs liên kết với gene R để tạo ra giống cây kháng sâu bệnh, giảm sử dụng thuốc trừ sâu. Ví dụ gene Xa21 ở lúa kháng bệnh bạc lá (Xanthomonas oryzae) đã được chuyển gen thành công giúp năng suất tăng hơn 20%.

Trong y học, vaccine vectored (adenovirus, mRNA) và vaccine bất hoạt kích thích đáp ứng kháng thể và tế bào T, bảo vệ trước các bệnh truyền nhiễm như COVID-19 (WHO COVID-19). Liệu pháp CAR-T (chimeric antigen receptor T cells) trong ung thư thiết kế tế bào T mang receptor nhận diện kháng nguyên CD19, đạt tỷ lệ thuyên giảm >80% ở bệnh nhân ALL kháng trị.

• MAS cho cây trồng: marker SSR, SNP.
• CAR-T và liệu pháp tế bào: CD19, BCMA.
• Kháng thể đơn dòng: trastuzumab, pembrolizumab (checkpoint inhibitor).

Ảnh hưởng của môi trường và dinh dưỡng

Thiếu vi chất như kẽm (Zn) làm giảm hoạt tính thymulin và lympho T; thiếu selen (Se) làm giảm hoạt động glutathione peroxidase, tăng stress oxy hóa; thiếu vitamin D ức chế biểu hiện cathelicidin và defensin, gia tăng nguy cơ nhiễm khuẩn đường hô hấp (WHO Nutrition).

Ô nhiễm không khí (PM2.5, ozone) kích hoạt viêm mạn tính qua NF-κB, giảm chức năng đại thực bào phế nang. Stress tâm lý làm tăng cortisol, ức chế IL-2 và giảm proliferative capacity của lympho T. Microbiome ruột sản xuất SCFA (butyrate, propionate) kích thích tế bào T điều hòa và cân bằng miễn dịch qua receptor GPR43.

Thách thức và hạn chế

Đa dạng sinh học của mầm bệnh và khả năng né tránh miễn dịch (antigenic drift/shift ở virus influenza, biểu hiện protein đột biến ở vi khuẩn) làm giảm hiệu quả vaccine và liệu pháp kháng thể. Kháng kháng sinh và kháng kháng thể (allelic variation) dẫn đến thất bại điều trị.

Biến thể gen người (HLA haplotype) ảnh hưởng đến đáp ứng vaccine, dẫn đến hiệu quả khác nhau trong quần thể. An toàn của liệu pháp miễn dịch (cytokine release syndrome, off-target toxicity) đòi hỏi cơ chế kiểm soát chặt chẽ.

Xu hướng nghiên cứu tương lai

Công nghệ single-cell RNA-seq phân tích tín hiệu miễn dịch riêng lẻ, xác định tế bào chủ chốt (Tfh, TRM) và tạo bản đồ miễn dịch (immunome) để thiết kế vaccine cá thể. Multi-omics tích hợp transcriptomics, proteomics và epigenomics cho phép hiểu sâu cơ chế kháng bệnh.

Trí tuệ nhân tạo và mô hình toán học (in silico immunology) dự báo epitope, tối ưu thiết kế vaccine đa giá trị (multivalent) và phổ rộng (universal vaccine). Công nghệ nanoparticle delivery và self-amplifying RNA hứa hẹn tăng hiệu quả truyền mRNA và giảm liều vaccine cần thiết.

• Single-cell sequencing: 10x Genomics.
• AI-driven epitope prediction: NetMHCpan.
• Nanoparticle platforms: lipid nanoparticles (LNPs).

Tài liệu tham khảo

• Janeway, C. A. Jr. et al. Immunobiology: The Immune System in Health and Disease. Garland Science, 2017.
• Medzhitov, R. & Janeway, C. Innate Immune Recognition. Annu Rev Immunol. 2000;18:697–743.
• WHO. COVID-19 Vaccine Tracker. https://www.who.int/emergencies/diseases/novel-coronavirus-2019
• Sadelain, M. et al. CAR T Cell Therapy. Immunity. 2017;46(2):183–192.
• Kumar, H. et al. Role of Nutrition in Immune System Function. Nutrients. 2016;8(6):329.