Chi tiết bộ gen SARS-CoV-2: Những tên khủng bố chiếm dụng tế bào phổi người

Virus "đơn giản chỉ là một mẩu tin xấu được gói lại trong protein", đó là định nghĩa mà hai nhà sinh vật học Jean và Peter Medawar đã viết năm 1977. "Mẩu tin xấu" mà họ ám chỉ chính là dữ liệu di truyền của những con virus, chứa trong RNA làm nên bộ gen của chúng. Các RNA nằm ở trung tâm hạt virus, và được bảo vệ bởi nhiều lớp protein.

Tháng 1 năm 2020, các nhà khoa học cuối cùng đã giải mã được mẩu tin rất xấu mà họ nhận được từ cuối năm 2019: toàn bộ bộ gen của virus SARS-CoV-2 gây ra đại dịch COVID-19. Mẩu tin này đã được truyền vào cơ thể một người đàn ông 41 tuổi, làm việc tại chợ hải sản Huân Nam ở Vũ Hán, Trung Quốc, một trong những trường hợp mắc COVID-19 đầu tiên trên thế giới.

Giải mã được bộ gen virus chính là bước đầu tiên để hiểu được căn bệnh mà nó gây ra, cách virus xâm nhập cơ thể, nhân lên và gây bệnh. Các nhà khoa học trên khắp thế giới vẫn đang cố gắng đào sâu vào từng ký tự gen để tìm ra điểu yếu của SARS-COV-2, nơi mà một loại thuốc hoặc vắc-xin có thể nhắm vào.

May thay, bây giờ bạn không cần phải là một nhà khoa học mới có thể theo dõi quá trình này. Bài viết dưới đây sẽ giải mã cho bạn toàn bộ mẩu tin xấu mà nhân loại nhận được trong năm 2019. Bạn cũng sẽ nhìn tận mắt thấy những protein mà SARS-CoV-2 đang sử dụng để xâm nhập tế bào người.

Về cơ bản, các protein này như một nhóm những tên khủng bố đến chiếm dụng các công xưởng bên trong tế bào. Có protein sẽ làm nhiệm vụ cảnh giới, có protein bắt cóc và đe dọa con tin, yêu cầu cả nhà máy phải nghe lời chúng, có những protein sẽ ngụy trang để đánh lạc hướng cảnh sát, và có protein mở đường thoát khi chúng làm xong nhiệm vụ:

RNA của SARS-CoV-2

Là một virus, SARS-CoV-2 không thể sống ngoài vật chủ. Nó phải chiếm quyền điều khiển tế bào của chúng ta để nhân lên và lây lan. Khi SAR-CoV-2 tìm thấy một tế bào phù hợp, nó sẽ tiêm một chuỗi RNA chứa toàn bộ bộ gen của mình vào trong tế bào.

Bộ gen của SARS-CoV-2 chứa khoảng 30.000 ký tự. (Trong so sánh, bộ gen của chúng ta chứa hơn 3 tỷ). Các nhà khoa học đã xác định được gen này mã hóa tới 29 protein. Các protein không chỉ bọc xung quanh để bảo vệ RNA, mà chúng còn thực hiện một loạt các công việc từ sao chép các bản sao của virus, cho đến ngăn chặn các phản ứng miễn dịch của cơ thể con người chống lại chúng.

Đây là chuỗi những ký tự đầu tiên trong RNA của SARS-CoV-2:

Ngay khi virus tiêm RNA vào bên trong tế bào, đoạn trình tự này sẽ làm nhiệm vụ tuyển dụng các bào quan - hệ thống máy móc sinh học trong tế bào nhiễm - để đọc các ký tự RNA của virus – bao gồm a, c, g và u – và rồi dịch chúng thành những protein cho virus.

Nghĩa là các bào quan đang hoạt động để sản xuất protein cho tế bào, bây giờ, chúng bị đoạn mã đầu tiên của SARS-CoV-2 thôi miên để chuyển sang sản xuất protein cho virus bao gồm:

Chuỗi protein · ORF1ab

Protein virus SARS-CoV-2 đầu tiên được tạo ra bên trong tế bào nhiễm thực sự là một chuỗi gồm 16 protein nối lại với nhau. Hai trong số các protein này hoạt động giống như những lưỡi kéo, cắt các liên kết giữa các protein này và giải phóng chúng để chúng bắt đầu đi thực hiện công việc của mình.

Các nghiên cứu trước đây về họ virus corona đã giúp các nhà khoa học hiểu rõ những protein của SARS-CoV-2 đang làm gì trong tế bào người. Nhưng virus này vẫn có một số protein khác bí ẩn hơn, và một số protein có vẻ như chẳng làm gì cả.

Protein phá hoại tế bào · NSP1

Protein này của SARS-CoV-2 có nhiệm vụ làm chậm quá trình mà các bào quan của tế bào nhiễm sản xuất ra protein của chính tế bào đó. Việc làm chậm này sẽ buộc tế bào nhiễm tăng năng suất sản xuất protein của virus, và ngăn không cho tế bào lắp ráp các protein chống lại virus.

Có thể hiểu tế bào như một nhà máy có nhiều phân xưởng. SARS-CoV-2 sau khi chiếm được một số phân xưởng đầu tiên, sẽ cử NSP1 đi quấy rối các phân xưởng còn lại, trong đó có một phân xưởng tế bào sản xuất vũ khí để chống lại virus. Bằng hoạt động quấy rối này, tế bào ngày càng chuyển nhiều phân xưởng của nó sang sản xuất protein cho virus, mà bỏ bê công việc của chính mình.

Protein bí ẩn · NSP2

Các nhà khoa học không chắc họ biết NSP2 làm gì trong tế bào. Nhưng các protein khác mà nó gắn vào có thể cung cấp một số manh mối. Hai trong số chúng giúp di chuyển các bong bóng chứa đầy phân tử được gọi là túi nội bào (endosome).

Protein tháo, gỡ, cắt · NSP3

NSP3 là một protein lớn đảm nhận hai công việc quan trọng. Một là nó sẽ đi xem có protein virus nào đang bị vướng mắc và sẽ cắt chúng tách ra để đi thực hiện nhiệm vụ. Hai là nó cũng làm thay đổi nhiều protein của tế bào nhiễm bệnh.

Thông thường, một tế bào khỏe mạnh sẽ thường xuyên lọc ra các protein đã già của nó, gắn thẻ chúng để tự hủy. Nhưng virus corona có thể loại bỏ các thẻ này, từ đó khiến tế bào nhiễm mất cân bằng, làm yếu nó và giảm khả năng tế bào phát triển các cơ chế chống lại virus.

Máy tạo bong bóng · NSP4

Kết hợp với các protein khác, NSP4 giúp tạo ra các bong bóng chứa đầy chất lỏng trong tế bào nhiễm bệnh. Bên trong những bong bóng này chính là nơi mà các bộ phận của bản sao virus được lắp ghép và xây dựng.

Protein kéo · NSP5

Protein này chính là một chiếc kéo có nhiệm vụ cắt băng khánh thành, giải phóng các protein NSP khác để chúng đi thực hiện công việc của riêng mình.

Nhà máy bong bóng · NSP6

Protein này phối hợp với NSP3 và NSP4 để tạo ra các bong bóng sản xuất virus.

Trợ lý sao chép · NSP7 và NSP8

Hai protein này giúp NSP12 tạo ra các bản sao mới của bộ gen RNA, cuối cùng sẽ hình thành nên các virus mới.

Protein đánh chiếm trung tâm tế bào · NSP9

Protein này xâm nhập vào các kênh nhỏ trong nhân tế bào nhiễm virus, nơi chứa bộ gen của con người chúng ta. Nó có thể ảnh hưởng đến sự chuyển động của các phân tử trong và ngoài hạt nhân - nhưng NSP9 làm vậy với mục đích gì, chưa một nhà khoa học nào biết.

Protein ngụy trang di truyền · NSP10

Tế bào người có protein kháng virus. Các protein này sẽ đi tuần tra để tìm diệt RNA virus. Một khi tìm thấy RNA virus, nó sẽ cắt tan RNA này. Trong bối cảnh đó, NSP10 hoạt động với NSP16 để ngụy trang cho các gen virus, giúp chúng không bị tấn công.

Máy sao chép · NSP12

Protein này tập hợp các ký tự di truyền vào bộ gen cho virus mới. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện thuốc Remdesivir có thể can thiệp vào protein NSP12 của các chủng virus corona khác. Do vậy, họ đang thử nghiệm để xem loại thuốc này có thể làm chậm quá trình sao chép của SARS-CoV-2 hay không.

Khi tế bào nhiễm SARS-CoV-2 đọc bộ gen của virus, nó sẽ đọc cho NSP12, bắt đầu bằng chuỗi:

Sau đó, tiếp tục là một ký tự c và tiếp tục:

Một trình tự khác, NSP11, trùng lặp với một phần của RNA. Nhưng các nhà khoa học không rõ liệu protein nhỏ được mã hóa bởi gen này có chức năng nào hay không.

RNA giải xoắn · NSP13

Thông thường, RNA virus sẽ quấn thành các vòng xoắn phức tạp. Các nhà khoa học nghi ngờ rằng NSP13 sẽ gỡ rối cho nó để các protein khác có thể đọc được trình tự của RNA và tạo ra các bản sao mới.

Trình soát chính tả · NSP14

Trong khi NSP12 sao chép bộ gen của SARS-CoV-2, đôi khi nó vô tình thêm một ký tự sai vào bản sao virus mới. NSP14 sẽ cắt bỏ các lỗi này, để NSP12 tiếp tục thêm các ký tự chính xác vào.

Protein dọn dẹp · NSP15

Các nhà nghiên cứu nghi ngờ rằng protein này đã giúp loại bỏ các RNA virus trôi nổi, chưa được lắp ráp thành bản sao virus hoàn chỉnh để giấu nó khỏi hệ thống phòng thủ của tế bào nhiễm. 

Nó giống như việc dọn dẹp một công xưởng bừa bộn đang sản xuất chui vũ khí. NSP15 sẽ không để lại bất kỳ đống thuốc nổ và đầu đạn nào dang dở trên sàn, để người bảo vệ của công xưởng không phát hiện ra hoạt động sản xuất vũ khí của nó.

Một protein ngụy trang khác · NSP16

NSP16 hoạt động với NSP10 để giúp RNA virus trốn khỏi các protein bảo vệ tế bào, đang làm nhiệm vụ tìm và băm nhỏ mọi RNA virus mà nó thấy.

Protein gai · S

Protein gai là một trong bốn protein cấu trúc - S, E, M và N - tạo thành lớp vỏ ngoài của virus corona, bảo vệ nhân RNA bên trong. Protein này cũng giúp lắp ráp và phát hành các bản sao mới của virus.

Các protein S xếp chồng lên nhau theo các bộ ba, và chính bộ ba này đã tạo ra hình gai nhô ra khỏi bề mặt virus. Những chiếc gai có hình vương miện giúp virus corona có được tên của chúng.

Một phần của chiếc gai có thể mở rộng và gắn vào một protein có tên là ACE2 (phần màu vàng trong bên dưới), trong phổi người. Virus sau đó mới có thể xâm nhập vào trong tế bào.

Chuỗi di truyền mã hóa cho protein gai của SARS-CoV-2 có chèn một đoạn 12 ký tự: ccucggcgggca. Nó là một đột biến giúp các gai liên kết chặt chẽ với tế bào của con người - một bước quan trọng trong quá trình tiến hóa của virus corona từ một chủng gây bệnh cho dơi và các loài khác sang lây nhiễm và gây bệnh trên người.

Một số nhóm khoa học hiện đang thiết kế các loại vắc-xin có thể ngăn chặn các protein gai này dính vào tế bào người. Nếu không thể dính vào, virus đơn giản là không thể xâm nhập vào phổi chúng ta.

Kẻ mở lối thoát · ORF3a

Bộ gen SARS-CoV-2 cũng mã hóa một nhóm các protein được gọi là protein phụ kiện. Chúng giúp thay đổi môi trường bên trong tế bào nhiễm, để giúp virus dễ dàng sao chép và nhân lên hơn.

Protein ORF3a chọc một lỗ trên màng tế bào nhiễm bệnh, giúp virus mới sau khi sao chép xong dễ dàng thoát ra ngoài. Nó cũng gây viêm, một trong những triệu chứng nguy hiểm nhất của COVID-19.

Mã ORF3b cũng có đoạn trùng lặp trên RNA, nhưng các nhà khoa học không chắc liệu SARS-CoV-2 có sử dụng gen này để tạo ra protein hay không.

Protein vỏ · E

Protein vỏ là một protein cấu trúc giúp hình thành bong bóng dầu của virus. Nhưng một khi virus xâm nhập tế bào nhiễm, protein này cũng đảm nhận thêm một công việc của mình. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra protein vỏ E bám vào các protein giúp bật và tắt gen của con người, làm thay đổi mô hình hoạt động gen của tế bào chúng ta.

Protein màng · M

 Đây là một protein cấu trúc khác tạo thành một phần của lớp vỏ ngoài virus SARS-CoV-2.

Trình chặn tín hiệu · ORF6

Protein phụ kiện này chặn các tín hiệu mà tế bào nhiễm gửi đến hệ thống miễn dịch. Nó cũng chặn một số protein chống virus của tế bào, các loại virus khác như bại liệt và cúm cũng có trình chặn tín hiệu này.

Trình giải phóng virus · ORF7a

Khi các virus SARS-CoV-2 mới được sao chép xong và cố gắng thoát khỏi một tế bào nhiễm, tế bào có thể bẫy chúng bằng các protein gọi là tetherin. Một số nghiên cứu cho thấy ORF7a đã chặn nguồn cung cấp tetherin của tế bào bị nhiễm, cho phép nhiều virus hơn thoát ra.

Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra protein này có thể kích hoạt tế bào nhiễm tự tử - do đó làm chết các tế bào và mô phổi.

ORF7b cũng có đoạn RNA trùng lặp, nhưng hiện không rõ gen này có làm gì hay không.  

Protein bí ẩn · ORF8

Đoạn gen mã hóa protein phụ kiện này của SARS-CoV-2 khác biệt đáng kể so với các virus corona khác. Các nhà nghiên cứu đang tranh luận về công dụng của nó với virus.

Protein Nucleocapsid · N

Protein N bảo vệ RNA virus, giữ cho nó ổn định bên trong virus. Nhiều protein N liên kết với nhau theo hình xoắn ốc dài, quấn và cuộn RNA:

Các protein phụ kiện ORF9b và ORF9c có đoạn trùng lặp RNA. ORF9b chặn interferon, một phân tử quan trọng giúp tế bào chống lại virus, nhưng hiện không rõ liệu ORF9c có công dụng gì hay không.

Protein bí ẩn · ORF10

Các virus corona họ hàng gần của SARS-CoV-2 không có phần gen mã hóa protein phụ kiện nhỏ bé này, vì vậy, khó có thể biết nó đóng vai trò gì.

Dòng kết thúc

Bộ gen của virus corona kết thúc với một đoạn RNA có nhiệm vụ tắt bộ máy tạo protein của tế bào. Sau đó, nó kèm theo một chuỗi lặp lại toàn ký tự aaaaaaaaaaaaa:

Tham khảo Nytimes