Căn hầm chứa đầy những lá phổi ở Berlin và chiếc kính viễn vọng nhìn vào quá khứ

Những ngày cuối năm, Sébastien Calvignac-Spencer một mình đi xuống tầng hầm của một bảo tàng lịch sử y tế ở Berlin, một căn hầm lưu trữ rất nhiều mẫu vật y tế cũ, nhiều đến nỗi mỗi cơ quan trong cơ thể đều có hẳn một phòng bảo quản riêng chứa trong đó những bộ sưu tập nghệ thuật ghê rợn.

Trong bóng tối nhá nhem, Calvignac-Spencer tiến về căn phòng chứa những lá phổi. Anh và các đồng nghiệp của mình đã khảo sát qua hơn 400 gần 500 mẫu vật được đưa xuống đây trong nhiều thập kỷ. Và cuối cùng, họ cũng đã tìm thấy thứ mà họ đang tìm kiếm.

Đó là lá phổi của một bé gái đã chết từ năm 1912. Cô bé 2 tuổi ấy đã mắc viêm phổi như một biến chứng của bệnh sởi. Lá phổi đã được ướp trong chất hóa học kể từ đó, giữ lạị những manh mối quý giá về nguồn gốc gây ra căn bệnh.

Dự định của Calvignac-Spencer? Anh sẽ khai quật xác chết của những con virus hơn 100 năm tuổi này, giải trình tự gen của chúng để so sánh với những thế hệ virus sởi cháu chắt hiện tại.

Sự khác biệt cuối cùng sẽ cho chúng ta một ống kính viễn vọng để nhìn ngược lại quá khứ hàng ngàn năm, từ ngày đầu tiên virus sởi được hình thành và reo rắc căn bệnh đáng sợ cho giống loài chúng ta.

Calvignac-Spencer là một nhà virus học đang công tác tại Viện Robert Koch, Đức. Trong hơn một năm qua, anh đã dẫn đầu một dự án giải mã bộ gen của những virus sởi cổ xưa. "Đối với những con virus, chúng ta không thể có được hóa thạch của chúng", Calvignac-Spencer nói.

Vì vậy, cách duy nhất để nghiên cứu những loài virus cổ xưa là lục tìm lại các bộ sưu tập mẫu bệnh phẩm đang được lưu trữ rải rác trên thế giới. Sau đó, bằng việc so sánh bộ gen của những con virus cũ và virus hiện đại, các nhà khoa học có thể tạo ra một mô hình toán học để ước tính quá trình tiến hóa và tạo ra thứ mà họ gọi là "cây phát sinh gen" của chủng virus.

Tiếp đến, quá trình tiến hóa này sẽ được kéo ngược trở lại quá khứ, trở thành một chiếc kính viễn vọng giúp chúng ta nhìn vào khoảng thời gian hàng ngàn năm trước khi chủng virus ra đời.

Tại căn hầm tại Bảo tàng Lịch sử Y tế Berlin tại Charité, Calvignac-Spencer đã tìm được lá phổi của một bé gái tử vong từ năm 1912 do biến chứng bệnh sởi. Các mẫu virus có trong đó đã được nhóm của anh giải mã thành công và trở thành bộ gen bệnh sởi lâu đời nhất từng được lắp ráp lại.

Mô phỏng toán học của cây phát sinh gen từ đó đã ước tính được rằng virus sởi đã lây nhiễm trên người ở thời điểm sớm nhất, vào khoảng năm 400 trước Công Nguyên, sớm hơn 1.500 năm so với ước tính di truyền trước đó.

Đây là một phát hiện đột phá, và chỉ có được nhờ vào điều kiện bảo quản tuyệt vời của mẫu bệnh phẩm. Nếu coi mô hình toán học là thân của chiếc kính viễn vọng, những virus sởi hiện đại sẽ là những thị kính, còn mẫu bệnh phẩm chứa những con virus sởi năm 1912 ấy là vật kính.

Chúng ta có thể dễ dàng tìm thấy những "vật kính" trong suốt và có chất lượng tốt ở thời điểm hiện tại. Nhưng với mẫu bệnh phẩm có từ hàng thế kỷ trước, nó cần phải được bảo quản cực kỳ tốt để hạn chế những "quang sai" cho chiếc "vật kính" nhìn vào quá khứ.

Trên thực tế, tất cả các mẫu bệnh phẩm được lưu trữ tại bảo tàng Lịch sử Y tế Berlin đều được bảo quản bằng formalin, một chất hóa học ở dạng lỏng có thể ngăn chặn sự phân hủy bằng cách tạm dừng tất cả các quá trình sinh học. Có điều, formalin cũng gây ra một hiện tượng cản trở việc giải mã gen của virus, đó là chúng khiến những RNA của virus co cụm và dính vào với các phân tử khác.

Để trích xuất RNA của virus sởi, nhóm nghiên cứu sẽ phải phá vỡ các liên kết của nó với các phân tử khác. Cách dễ nhất là sử dụng nhiệt độ. "Bạn có thể đun sôi mẫu phẩm", Calvignac-Spencer giải thích. Chính xác thì bạn đang luộc một phần lá phổi của một bé gái đã chết từ năm 1912, nghe có vẻ rùng rợn.

Nhưng chính xác là bằng cách đó, đun sôi mẫu mô phổi tới 98 độ C trong 15 phút, Calvignac-Spencer cùng với các đồng nghiệp đã có thể trích xuất RNA từ virus sởi và tái cấu trúc bộ gen của chúng.

Tất nhiên, để có thể nhìn xa nhất vào lịch sử, các nhà sinh học không chỉ cần đến một thấu kính duy nhất. Calvignac-Spencer và các đồng nghiệp cần tìm cho mình càng nhiều mẫu virus để giải trình tự gen để có càng nhiều thấu kính hơn nữa.

Trong một phòng thí nghiệm mà họ đã hợp tác cùng ở Tiệp Khắc, một mẫu virus sởi năm 1960 cũng đã được khai quật và giải trình tự gen. Ngoài ra, nhóm của Calvignac-Spencer cung đã sử dụng tới 127 bộ gen của các chủng virus sởi hiện đại để thêm vào hệ kính viễn vọng xuyên thời gian của mình.

Để hiệu chỉnh thấu kính đồ sộ đó, họ đã so sánh toàn bộ các bộ gen của virus sởi nhận được, với những người anh em họ gần của chúng: Một là rinderpest, chủng virus trong quá khứ đã lây nhiễm và giết chết vô số gia súc nhưng đến nay đã bị diệt trừ. Hai là peste des petits reminants, một chủng virus hiện vẫn lây nhiễm cho những con cừu và dê.

Từ đó, cây phát sinh gen được dựng lên, cùng với chiếc kính viễn vọng đã cho phép chúng ta nhìn vào quá khứ.

Từ hệ thấu kính của mình, Calvignac-Spencer đã mô phỏng lại được quá trình tiến hóa của virus sởi. Theo đó, sởi và rinderpest đã phân nhánh từ cùng một virus tổ tiên ở khoảng 2.400 năm về trước. Rinderpest tiếp tục lây nhiễm các loài động vật, trong khi đó, sởi đã mất thêm một khoảng thời gian nữa để chuyển từ động vật sang con người.

Khoảng thời gian sởi phát tán trong quần thể người có lẽ trùng với khoảng thời gian các thành phố lớn của chúng ta bắt đầu xuất hiện. Đó là bởi đặc thù của căn bệnh này, bất cứ một ai sống sót sau khi mắc sởi đều miễn dịch với căn bệnh.

Nếu sởi chỉ lưu hành trong các cộng đồng nhỏ, nó hoặc sẽ gây ra cái chết cho những người mắc bệnh, hoặc đã khiến họ miễn nhiễm đến suốt đời. Kết quả là virus cuối cùng cũng biến mất.

Chỉ khi được lưu hành trong một thành phố đủ lớn, có mật độ dân cư dày đặc với những đứa trẻ dễ mắc bệnh liên tục được sinh ra, bệnh sởi mới có thể duy trì chuỗi lây truyền của nó, nhà dịch tễ học Ottar Bjornstad, đến từ Đại học bang Pennsylvania cho biết.

Các nhà khoa học ước tính rằng, để sởi có thể sống sót và lưu hành, một thành phố phải có quy mô lên tới hơn 250.000 cho tới nửa triệu người. Và đó là khoảng thời gian 2.300 năm trước, khi các thành phố ở Bắc Phi, Ấn Độ, Trung Quốc và Châu Âu đạt được tới quy mô đó.

Đây cũng có thể là thời điểm bệnh sởi chuyển sang lây nhiễm cho con người, Calvignac-Spencer và nhóm nghiên cứu kết luận.

Với một mô hình toán học sử dụng dữ liệu gen của những mẫu virus trong quá khứ, "bạn thực sự có thể có cho mình một cái nhìn thoáng qua vào dòng lịch sử", Sophie Gryseels, một nhà virus học tại Đại học  KU Leuven, Bỉ cho biết.

Trước đây, Gryseels cũng đã sử dụng các kỹ thuật tương tự để nghiên cứu lịch sử tiến hóa của HIV, bắt đầu từ một mẫu virus phân lập được vào năm 1966.

Trong kỹ thuật này, việc tìm ra các mẫu virus càng lâu đời, chúng ta sẽ càng có một cái nhìn chính xác hơn vào quá khứ. Trước khi Calvignac-Spencer và nhóm nghiên cứu của mình tìm ra được mẫu virus sởi năm 1921, các nhà khoa học mới chỉ có được bộ gen của 3 mẫu virus sởi trên 30 năm tuổi. Mẫu virus cũ nhất là họ có được là vào năm 1954, chính là mẫu virus được dùng để điều chế vắc-xin sởi.

Sử dụng "hệ thấu kính" cũ này, một nhóm các nhà khoa học Nhật Bản dự đoán rằng bệnh sởi đã không hề xuất hiện hoặc chí ít là chưa lây nhiễm trên người cho đến trước thời Trung Cổ, cụ thể là khoảng thế kỷ 11-12 sau Công Nguyên.

Tuy nhiên, cho đến nay, công việc của Calvignac-Spencer đã cho thấy cột mốc đó đã được đánh dấu từ hơn 1.500 năm trước, cụ thể là năm 345 trước Công Nguyên.

Có điều, khả năng virus đầu tiên xuất hiện trên người, sau đó nhảy sang động vật và quay ngược trở lại con người vào thời Trung Cổ vẫn chưa không được loại trừ. Calvignac-Spencer và nhóm của mình vì vậy vẫn đang tìm kiếm các "thấu kính" mới cho mình để tiếp tục tìm ra sự thật.

Trong căn hầm ở Bảo tàng Lịch sử Y tế Berlin tại Charité, họ đang tiếp tục dán những miếng giấy nhớ màu cam lên những hộp mẫu phẩm mà mình định nghiên cứu. "Đó là một kho báu", Calvignac-Spencer nói. "[Căn hầm ấy] chính là chiếc cửa sổ mở vào quá khứ mà chúng ta có được ở thời đại này".

Tham khảo Science, Atlantic