HIỂM HỌA TIẾN HÓA: Các biến thể mới đã thay đổi cục diện của đại dịch. Virus sẽ làm gì tiếp theo? (Phần 1)

Edward Holmes – một chuyên gia nghiên cứu về tiến hóa của virus tại Đại học Sydney, vốn không thích đưa ra dự đoán, nhưng vào cuối năm ngoái, ông đã đưa ra một vài dự đoán về việc SARS-CoV-2 sẽ biến chuyển như thế nào. Từ tháng 5/2020 (5 tháng sau đại dịch), ông bắt đầu nói về các dự đoán trong các bài diễn thuyết của mình. Theo ông, virus có thể sẽ tiến hoá để vượt qua khả năng miễn dịch của loài người, nhưng theo thời gian, mức độ nghiêm trọng của bệnh sẽ giảm dần và khả năng lây nhiễm cũng sẽ ít thay đổi. Nói tóm lại, có vẻ như quá trình tiến hóa sẽ không đóng vai trò quan trọng trong tương lai gần của đại dịch. “Mọi chuyện diễn ra trong một năm qua đã chứng minh rằng các dự đoán của tôi là sai lầm” Holmes cho biết.

SARS-CoV-2 đã tiến hóa để vượt qua các kháng thể của con người tốt hơn. Tuy nhiên nó cũng trở nên độc hại hơn và dễ lây lan hơn, khiến nhiều người mắc bệnh hơn. Điều này ảnh hưởng rất lớn đến diễn biến của đại dịch. Hiện tại, chủng Delta đang lây lan là một trong bốn “biến thể đáng quan tâm” được Tổ chức Y tế Thế giới xác nhận, là một biến thể rất khác với chủng gốc xuất hiện ở Vũ Hán (TQ) vào cuối năm 2019, và đã khiến nhiều quốc gia buộc phải thay đổi chính sách chống dịch. Các chính phủ đang cố gắng đẩy nhanh các chương trình tiêm chủng, đồng thời kéo dài hoặc thậm chí tuyên truyền trở lại việc đeo khẩu trang và các biện pháp y tế công cộng khác.

Aris Katzourakis, nhà tiến hóa sinh học tại Đại học Oxford, cho hay, giai đoạn hỗn loạn nhất trong quá trình tiến hóa của SARS-CoV-2 có thể vẫn còn ở phía trước. Hiện tại, đã có đủ miễn dịch trong dân số để gây áp lực, buộc virus phải thích nghi hơn nữa. Bên cạnh đó, phần lớn trên thế giới vẫn còn quá tải ca nhiễm, mở ra nhiều cơ hội cho virus nhân rộng và tạo ra các đột biến mới. Tuy nhiên, việc dự đoán những yếu tố đáng lo ngại đó sẽ diễn biến như thế nào trong tương lai cũng khó khăn không khác gì cách đây một năm rưỡi. Suy cho cùng, sự tiến hóa được thúc đẩy bởi những đột biến ngẫu nhiên, không thể đoán trước được.

Tuy vậy kinh nghiệm từ các chủng virus khác mang lại cho các nhà sinh học về tiến hoá một vài manh mối về cái đích SARS-CoV-2 muốn hướng đến. Các đợt bùng phát trong quá khứ cho thấy coronavirus thậm chí còn có thể lây nhiễm nhiều hơn so chủng Delta hiện nay. Read cho biết : “Tôi nghĩ mọi người đều mong đợi rằng loại virus này sẽ tiếp tục thích nghi với con người và chúng ta thích ứng với chúng ngày càng tốt hơn”. Tuy nhiên, con virus này không những không “hiền hòa” hơn với chúng ta, mà chúng còn ngày càng trở nên nguy hiểm chết người, tương tự một số loại virus từng xuất hiện trước đây (như virus cúm năm 1918). Mặc dù các vaccine COVID-19 cho đến nay vẫn ổn, nhưng lịch sử cho thấy rằng, virus vẫn có thể phát triển thêm để làm mất tác dụng bảo vệ của vaccine. Mặc dù một nghiên cứu gần đây về một loại corona virus khác cho thấy, phải mất nhiều năm điều này mới xảy ra, cho phép chúng ta có nhiều thời gian hơn để thay đổi vaccine nhằm thích nghi với sự thay đổi.

Giải thích các sự kiện trong quá khứ

Holmes đã tải một trong những bộ gen SARS-CoV-2 đầu tiên lên internet vào ngày 10/1/2020. Kể từ đó, hơn 2 triệu bộ gen đã được giải mã và công bố, phác hoạ một bức tranh chi tiết về một loại virus đang biến đổi liên tục. Holmes cho biết thêm: “Tôi không nghĩ rằng chúng ta từng theo dõi một quá trình tiến hóa nào ở mức độ chính xác như thế này cả”.

Việc hiểu được dòng đột biến vô tận rất phức tạp. Mỗi đột biến chỉ là một sự tinh chỉnh trong quá trình tạo ra protein. Những đột biến nào sẽ lây lan phụ thuộc vào cách các virus mang các protein đã được tinh chỉnh đó di chuyển trong thế giới thực.

Phần lớn các đột biến không mang lại lợi ích gì cho virus và  rất khó để xác định những đột biến có lợi cho virus. Có những dạng rõ ràng như đột biến làm thay đổi một phần của protein gai trên bề mặt của virus, phần đảm nhiệm chức năng bám vào tế bào người. Ngoài ra những thay đổi ở những nơi khác trong bộ gen cũng rất quan trọng,  nhưng cũng rất khó để nhận biết. Chức năng của một số gien thậm chí còn không rõ ràng chứ đừng nói đến việc thay đổi trình tự của chúng có thể có ý nghĩa như thế nào. Tác động của bất kỳ thay đổi nào đối với khả năng hoạt động của virus cũng phụ thuộc vào những thay đổi trước đó của virus. Điều đó có nghĩa là các nhà khoa học cần dữ liệu trên thực tế để xem những biến thể nào tăng lên. Sau đó, các nhà khoa học mới có thể tiến hành nghiên cứu trên các tế bào nuôi cấy và trên động vật nhằm lý giải sự thành công trong đột biến của virus.

Sự thay đổi đáng kinh ngạc nhất trong SARS-CoV-2 cho đến nay là khả năng lây lan giữa người với người. Vào thời điểm đầu của đại dịch, SARS-CoV-2 có một chủng đột biến được gọi là D614G khiến nó có khả năng lây nhiễm cao hơn một chút. Chủng này đã lan rộng khắp thế giới và hầu như tất cả các virus hiện tại đều có nguồn gốc từ nó. Sau đó vào cuối năm 2020, các nhà khoa học đã xác định được một biến thể mới được gọi là Alpha tìm thấy ở những bệnh nhân ở Kent (Anh) có khả năng lây nhiễm cao hơn khoảng 50%. Chủng Delta lần đầu tiên được phát hiện ở Ấn Độ và hiện đang lan rộng toàn thế giới và có khả năng lây nhiễm nhiều hơn từ 40% đến 60% so với chủng Alpha.

Kiểm soát kẻ địch

Các biến thể SARS-CoV-2 bắt đầu xuất hiện vào năm 2020. Chủng Alpha tăng mạnh ở nhiều quốc gia vào đầu năm 2021 sau đó phần lớn bị thay thế bởi chủng Delta. Hai biến thể khác đáng quan tâm là Beta và Gamma chiếm tỷ lệ thấp hơn.

Hình. Tỉ lệ phần trăm của các biến chủng.

Holmes cho biết “Tôi đã đánh giá thấp mức độ lây nhiễm mà virus có thể gây ra”. Ông cho biết:  “Loại virus này đã tăng mức độ lây nhiễm lên ba lần trong một năm và tôi nghĩ đó là điều bất ngờ lớn nhất đối với tôi”.

Bette Korber và các đồng nghiệp tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos đã đề xuất rằng đột biến ban đầu D614G cần được kiểm soát vì nó giúp virus lây lan tốt hơn. Cô ấy nói rằng sự hoài nghi về khả năng tiến hóa của virus vẫn phổ biến trong những ngày đầu của đại dịch. Một số nhà nghiên cứu còn cho rằng lợi thế của D614G chỉ là sự may mắn. Korber nói: “Phần lớn các nhà khoa học không tin rằng loại virus này có thể tiến hóa dù đại dịch đã trở nên nghiêm trọng hơn vào đầu năm 2020”.

Dù sao thì đây cũng là lần đầu tiên các nhà nghiên cứu chứng kiến một loại virus hoàn toàn mới lạ mà lại lây lan rộng rãi và tiến hóa nhanh đến như vậy ở người. Jeremy Farrar, người đứng đầu Wellcome Trust cho biết: “Chúng tôi đã quen với việc đối phó với các mầm bệnh tồn tại trong nhân loại qua nhiều thế kỷ và quá trình tiến hóa của chúng phải kéo dài rất rất nhiều năm”. Katzourakis đồng ý với quan điểm đó và cho rằng: “Có thể chính điều này đã tác động đến cách suy nghĩ và cách chúng ta ưu tiên xử lý vấn đề”.

Một vấn đề thực tế khác là những yếu tố có lợi cho virus trong thế giới thực không phải lúc nào cũng xuất hiện trong mô hình nuôi cấy tế bào hoặc trên động vật. Christian Drosten, một nhà virus học tại Bệnh viện Đại học Charité ở Berlin cho biết: “Chỉ với các dữ liệu trong phòng thí nghiệm thì khó có thể nhận thấy bất cứ điều gì đáng quan ngại từ chủng Alpha”. Alpha dường như có khả năng liên kết mạnh hơn với thụ thể ACE2 trên người (thụ thể đích của virus này trên bề mặt tế bào), một phần nhờ một đột biến trong protein gai có tên là N501Y. Ngoài ra, chúng còn có khả năng tốt hơn chống lại các interferon  -các phân tử của hệ thống phòng thủ miễn dịch chống lại virus của cơ thể. Những thay đổi đó có thể làm giảm lượng virus cần để có khả năng lây nhiễm. Ở chủng Delta, một trong những thay đổi quan trọng nhất có thể là gần vị trí phân cắt furin ở gai – vị trí phân cắt protein của enzym người, đây được xem là một bước quan trọng cho phép virus xâm nhập vào tế bào người. Một đột biến được gọi là P681R trong vùng đó làm cho quá trình phân cắt trở nên hiệu quả hơn, điều này có thể cho phép virus xâm nhập vào nhiều tế bào nhanh hơn và dẫn đến tải lượng virus lớn ở những người mắc bệnh. Vào tháng 7, các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã công bố bản in trước của nghiên cứu, cho thấy chủng Delta có thể làm mức độ virus trong các mẫu bệnh phẩm cao gấp 1000 lần so với các biến thể trước đó. Ngày càng nhiều chứng cứ cho thấy những người bị nhiễm không chỉ lây lan virus hiệu quả hơn mà còn nhanh hơn, cho phép biến thể này lây lan nhanh chóng.

Đánh đổi chết người

Các biến thể mới của SARS-CoV-2 cũng có thể gây ra tình trạng bệnh nặng hơn. Ví dụ, một nghiên cứu ở Scotland cho thấy nhiễm chủng Delta có nguy cơ dẫn đến nhập viện cao gấp đôi so với chủng Alpha.

Đây không phải là lần đầu tiên một căn bệnh nguy hiểm mới xuất hiện và trở nên nghiêm trọng một cách nhanh chóng. Lone Simonsen, nhà dịch tễ học tại Đại học Roskilde, người đã nghiên cứu các đại dịch trong quá khứ nhận thấy rằng đại dịch cúm năm 1918–1919 dường như đã gây ra nhiều bệnh nghiêm trọng hơn theo thời gian. “Dữ liệu của chúng tôi từ Đan Mạch cho thấy, số ca tử vong tăng gấp sáu lần trong đợt thứ hai.”

Quan niệm cho rằng virus có xu hướng tiến hóa theo thời gian sẽ trở nên ít nguy hiểm hơn, cho phép vật chủ sống lâu hơn và lây lan virus rộng rãi hơn khá phổ biến. Tuy nhiên Holmes cho rằng suy nghĩ kiểu này là quá đơn giản.

Hai trong số những virus được nghiên cứu sâu nhất về sự tiến hóa là virus myxoma và virus gây bệnh xuất huyết ở thỏ, lần lượt được phóng thích ở Úc vào năm 1960 và 1996, nhằm làm giảm quần thể thỏ ở châu Âu vốn đang phá hủy đất trồng trọt, tàn phá hệ sinh thái. Ban đầu, virus Myxoma giết chết hơn 99% số thỏ bị nhiễm bệnh, nhưng sau đó các chủng gây bệnh ít tiến hóa hơn, có thể là do virus đã giết quá nhiều thỏ nên giảm cơ hội lây truyền. Ngoài ra, bản thân loài thỏ cũng tiến hóa để ít bị nhiễm bệnh hơn. Ngược lại, virus gây bệnh xuất huyết ở thỏ trở nên nguy hiểm hơn theo thời gian, có thể là do virus lây lan qua loài ruồi xanh ăn xác thỏ, và thỏ chết càng nhiều thì càng dễ lây lan.

Một vài các yếu tố khác cũng có thể làm giảm sự hạn chế tử vong. Ví dụ, nếu một biến thể virus tăng sinh nhanh hơn các biến thể khác trong vật chủ, biến thể đó sẽ chiếm ưu thế kể cả khi nó khiến vật chủ ốm nặng hơn và giảm khả năng lây truyền. Và một giả định về các bệnh đường hô hấp ở người có thể không phải lúc nào cũng đúng: rằng một loại virus nhẹ hơn (ví dụ như loại virus không khiến bệnh nhân ốm liệt giường) có thể giúp người bị nhiễm dễ dàng lây lan virus thêm trong cộng đồng. Đối với SARS-CoV-2, hầu hết sự lây nhiễm xảy ra sớm trong giai đoạn virus đang nhân lên ở đường hô hấp trên, trong khi đó, tình trạng bệnh tiến triển nặng sẽ diễn ra sau khi virus nhiễm xuống đường hô hấp dưới. Nhờ đó mà một biến thể khiến vật chủ ốm nặng hơn vẫn có thể lây lan nhanh như bình thường.

(Hết phần 1)

Biên dịch: SV Khoa Y – ĐHQG.TPHCM Lý Quốc Kiệt

Hiệu đính: Ds. Nguyễn Thị Cẩm Trâm, TS. Nguyễn Thị Thanh Vân

Nguồn:

Kai Kupferschmidt, 19/8/2021, EVOLVING THREAT: New variants have changed the face of the pandemic. What will the virus do next?, Science

Ngày truy cập 20/9/2021, <https://www.science.org/news/2021/08/new-sars-cov-2-variants-have-changed-pandemic-what-will-virus-do-next?fbclid=IwAR1BuBM__a3eaWwzngEqfdtuyHveOBPg9VlevilsIkwlxN7ISPJnPgiNI6o&>

image from freepik.com