Đi tìm lời giải cho độc tính của virus corona: Khi nào chúng gây chết người, khi nào chỉ gây cúm?

Virus SARS-CoV-2 đang gây ra đợt bùng phát dịch viêm đường hô hấp cấp Covid-19 ở hơn 100 quốc gia và vùng lãnh thổ trên thế giới. Hiện nó đã lây nhiễm cho hơn 112.000 người và giết chết 3.988 bệnh nhân trong số họ.

Nhưng trước khi Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) tuyên bố tình trạng khẩn cấp toàn cầu PHEIC cho dịch bệnh này, có lẽ đại đa số mọi người đã không biết đến thuật ngữa "virus corona" hay "coronavirus". 

Trên thực tế, ngoài SARS, MERS và giờ là SARS-CoV-2, họ virus corona còn có 4 chủng vô danh được ký hiệu là 229E, NL63, OC43 và HKU1. Đó là 4 chủng corona đang gây ra 1/5 số ca cảm cúm thông thường trên toàn cầu.

*Nếu muốn biết thêm về tình hình dịch bệnh do virus corona mới trên thế giới, thử tham khảo tại đây.

Đi tìm lời giải cho độc tính của virus corona: Khi nào chúng giết người, khi nào gây cảm cúm?

Nhưng tại sao, cùng một gia đình corona mà một số chủng virus như SARS, MERS lại có độc tính rất cao, với tỷ lệ tử vong lần lượt là 10% và 40% khi nhiễm phải? Còn ngược lại, SARS-CoV-2 - mặc dù có khả năng lây nhiễm cao nhưng chỉ giết chết 3% bệnh nhân trong số đó? Những virus 229E, NL63, OC43 và HKU1 thậm chí còn không được biết đến.

Giải phẫu cấu trúc của một virus corona

Virus corona là một loại virus có màng bọc, với ARN đơn chuỗi. Điều có nghĩa là bộ gen của nó chỉ là một chuỗi ARN (chứ không phải DNA) và mỗi hạt virus được bọc trong một lớp vỏ protein.

Về cơ bản, tất cả các virus đều có chung một đặc điểm: Chúng xâm chiếm tế bào đầu tiên, chiếm lấy quá trình điều khiển DNA tế bào, lợi dụng các tài nguyên của nó để nhân lên. Tế bào khi đó phải bất đắc dĩ tạo ra vô số bản sao của virus, và khi số lượng đã đủ lớn, các bản sao virus phá vỡ tế bào ban đầu, thoát ra ngoài và bắt đầu lại một chu trình lây nhiễm theo cấp số nhân cho các tế bào khác.

Một điều đặc biệt trong quá trình sao chép của virus, đó là sau mỗi lần nhân lên như vậy, chúng lại có khả năng phát sinh ra các đột biến mới. Virus corona có bộ gen dài nhất trong số họ virus ARN đơn chuỗi khác. Với khoảng 30.000 ký tự gen, đột biến có thể xảy ra ở bất cứ điểm nào trong số đó.

Khi virus có bộ gen càng dài và sao chép qua càng nhiều vòng, nó càng có nhiều cơ hội phát sinh các đột biến. Kết quả là những virus này tiến hóa rất nhanh. Thông thường, phần lớn các đột biến trên virus chưa gây hại, nhưng một số ít có thể khiến độc lực của nó gia tăng, chẳng hạn như giúp virus lây nhiễm sang các loại tế bào mới, hoặc thậm chí các loài mới.

Trở lại với virus corona, cấu tạo của nó bao gồm 4 protein phần: vỏ bọc nhân (N), vỏ bọc (E), màng(M) và gai (S). Vỏ bọc nhân tạo thành lõi di truyền. Nó lại được bọc trong các protein làm nên vỏ và màng của virus. 

Các protein phát triển đột biến ra bên ngoài màng, tạo thành những chiếc gai dính khắp xung quanh bề mặt virus, khiến nó có hình giống mặt trời và phát quầng sáng dưới kính hiển vi điện tử.

Chính đặc điểm này đã được sử dụng để đặt tên cho chúng, virus corona, nghĩa là virus phát quang. Và cũng chính những gai nhô này sẽ làm nhiệm vụ liên kết với các thụ thể trên tế bào vật chủ. Một khi nhận ra đó là các thụ thể đích của tế bào nó có thể và muốn lây nhiễm, virus sẽ xâm nhập vào bên trong.

Cấu tạo của virus corona gồm 4 phần: vỏ bọc nhân (N), vỏ bọc (E), màng(M) và gai (S).

Trong nhóm corona, các virus chủ yếu chỉ lây bệnh cho động vật. Nhưng có 7 chủng virus corona được xác nhận gây bệnh trên người. Chúng bao gồm virus SARS gây ra Hội chứng hô hấp cấp tính nặng, virus MERS gây ra Hội chứng hô hấp Trung Đông, virus corona mới (SARS-CoV-2) gây bệnh phổi nghiêm trọng.

Ngoài ra, 4 chủng virus corona lây nhiễm trên người khác nhưng chỉ gây ra các triệu chứng nhẹ như cảm cúm thông thường, được ký hiệu là 229E, NL63, OC43 và HKU1.

Sự khác biệt chính giữa các chủng virus corona gây bệnh nặng và bệnh nhẹ, đó là các virus corona gây bệnh nặng không chỉ phát triển ở đường hô hấp trên (mũi và cổ họng), mà chúng còn phát triển mạnh xuống cả đường hô hấp dưới (phổi).

Virus SARS có khả năng liên kết với một thụ thể gọi là ACE2 và MERS liên kết với một thụ thể được gọi là DPP4, cả hai thụ thể này đều được tìm thấy trong các tế bào phổi.

Ngoài ra, các thụ thể còn xuất hiện ở một số cơ quan khác, và sự phân phối các thụ thể này giải thích cho diễn biến và triệu chứng của từng căn bệnh. Ví dụ, MERS gây tử vong nhiều hơn SARS và nó có triệu chứng đường tiêu hóa nổi bật hơn.

Chủng virus corona mới 2019-nCoV gây bệnh ở phổi vì có khả năng liên kết với thụ thể ACE2 trong tế bào phổi.

MERS cũng không phải là một căn bệnh truyền nhiễm mạnh, và đây cũng có thể là một đặc điểm liên quan đến thụ thể.

Nhà nghiên cứu virus học Christine Tait-Burkard đến từ Đại học Edinburgh cho biết: "Thụ thể DP4 được biểu hiện [cao] ở phế quản dưới [đường dẫn khí vào phổi], vì vậy bạn cần phải có một số lượng lớn virus MERS xâm nhập mới có thể mắc bệnh. 

Lý do vì đường thở của chúng ta cũng lọc mầm bệnh khá hiệu quả. Bạn cần tiếp xúc lâu dài và mạnh mẽ [để virus ăn được đến phổi], đó là lý do tại sao chúng ta thấy những người làm việc gần gũi với lạc đà là đối tượng dễ bị nhiễm MERS nhất".

Ngược lại, các loại virus đánh chiếm và lây nhiễm đường hô hấp trên sẽ có thể xâm nhập và thoát ra khỏi đó dễ dàng hơn. Đó là các virus có khả năng lan truyền nhanh hơn. Ngoài ra, khoảng nhiệt độ cũng là một yếu tố tạo ra sự khác biệt giữa các virus, bởi đường hô hấp trên của chúng ta thường mát hơn trong phổi, Tait-Burkard cho biết.

Nếu virus đã sinh sôi ổn định hơn ở khoảng nhiệt độ thấp đó, thì nó không đi tiếp vào đường hô hấp dưới nữa. Càng đi sâu vào đường hô hấp virus càng gặp phải những môi trường khắc nghiệt cho sự phát triển của chúng.

Phân tích chủng virus 2019-nCoV cho thấy nó sử dụng thụ thể ACE2, giống với SARS, để xâm nhập vào các tế bào. Quan sát này phù hợp với thực tế là nó ít độc hơn nhiều so với MERS. Tỷ lệ tử vong do virus corona mới gây ra chỉ khoảng 2%, thấp hơn tỷ lệ tử vong của MERS lên tới 40%, mặc dù con số có thể thay đổi khi nhiều trường hợp nhiễm corona mới vẫn đang được phát hiện.

Tuy nhiên, bản thân các thụ thể không phải là yếu tố duy nhất quyết định độc lực và loại bệnh mà virus gây ra. Ví dụ, một chủng virus corona khác ký hiệu là NL63 liên kết với cùng một thụ thể giống như SARS, nhưng nó lại chỉ gây nhiễm trùng đường hô hấp trên, trong khi SARS chủ yếu lây vào đường hô hấp dưới.

"Tại sao lại như vậy, chúng ta không biết", Stanley Perlman, một nhà vi sinh vật học đến từ Đại học Iowa cho biết. Có một điều khó hiểu khác là thụ thể ACE2 có mặt phổ biến cả ở trong các tế bào tim, nhưng SARS không lây nhiễm ở đó. Nhà nghiên cứu sinh học phân tử Burtram Fielding tại Đại học Western Cape ở Nam Phi nhận định "đó là một dấu hiệu rõ ràng cho thấy còn có các thụ thể khác, hoặc đồng thụ thể, cũng có liên quan" tới quá trình lây nhiễm và gây bệnh của virus corona.

Virus liên kết với một thụ thể như chúng ta đã biết chỉ là bước đầu tiên trong quá trình xâm nhập tế bào của chúng. Khi virus đã gắn được với tế bào vật chủ, chúng bắt đầu biến đổi cùng nhau và các protein khác của virus có thể liên kết với các thụ thể khác của tế bào vật chủ.

Cuộc tổng tiến công của hệ thống miễn dịch

Chúng ta biết rằng, khi một thực thể ngoại lai xâm nhập vào cơ thể (bất kể nó là virus, vi khuẩn, nấm, các mầm bệnh khác hay thậm chí là tạng ghép), nó sẽ kích hoạt hệ thống miễn dịch tấn công lại thực thể xâm nhập.

Cuộc tổng động viên của hệ thống miễn dịch bắt đầu khi một tế bào phát hiện ra kẻ xâm lược và giải phóng ra các protein được gọi là interferon. Interferon có thể chặn đứng các thực thể ngoại lai bằng nhiều cách, đối với trường hợp của virus, nó ức chế quá trình sao chép và nhân lên của chúng. Đối với vi khuẩn và các tế bào lạ Interferon có thể gây chết tế bào.

Hệ thống miễn dịch sẽ phát hiện và loại bỏ bất kỳ phần tử ngoại lai nào xâm chiếm cơ thể, bao gồm cà virus.

Thật không may, cuộc tổng tiến công của hệ miễn dịch đôi khi xảy ra thái quá và gây hại cho chính vật chủ. "Có rất nhiều căn bệnh được gây ra bởi chính phản ứng của miễn dịch gây viêm của cơ thể, song song với những kẻ phá hoại như virus", giáo sư Weiss nói.

"Điều đó cũng sẽ xác định mức độ độc hại của chính chủng virus đó: Nó gây ra bao nhiêu phản ứng miễn dịch gây hại, trái ngược với một mức độ bảo vệ?".

Khía cạnh này cũng là lý do tại sao các điều kiện y tế tiềm ẩn, hay còn gọi là bệnh nền trở nên rất quan trọng. Hầu hết những người đã chết vì virus corona mới cho đến nay đều đã bị mắc các bệnh mãn tính từ trước, như bệnh tự miễn, hoặc nhiễm trùng thứ phát. Các bệnh nền này dễ biến chứng hơn nhiều khi cơ thể một lần nữa phải bận rộn đối phó với chủng virus mới, theo Tait-Burkard.

"Đó là lý do tại sao một điều quan trọng cần lưu ý khi điều trị cho những bệnh nhân này là phải điều trị bệnh đi kèm cho họ và dùng kháng sinh để ngăn chặn nhiễm trùng thứ phát", ông nói.

Thế nhưng, trong khi hệ thống miễn dịch có thể phát hiện và đánh đuổi những kẻ xâm lược, virus cũng có những chiến lược của nó để đối phó. Những virus corona mang trên mình một số protein phụ, về cơ bản phát triển để giúp nó lẩn trốn dưới radar của hệ miễn dịch.

Và mỗi chủng corona dường như lại có các chiến lược ngụy trang khác nhau. 

Đôi khi, phản ứng thái quá của hệ miễn dịch cũng gây bất lợi cho vật chủ, khiến họ bị bệnh.

"Mặc dù các virus này có họ hàng gần gũi với nhau, nhưng các protein phụ của chúng lại khác nhau", giáo sư Weiss nói. Ông cho rằng virus đã tiến hóa để sở hữu các protein phụ có khả năng vô hiệu nhiều phần trong hệ thống miễn dịch của chúng ta.

Một số nhà nghiên cứu cho rằng các chủng virus corona chủ yếu khu trú ở loài dơi, vì hệ thống miễn dịch của dơi không "nóng nảy" như ở con người. Dơi không tạo ra các phản ứng miễn dịch thái quá khiến nó an toàn và không mắc bệnh gì ngay cả khi mang virus corona, Tait-Burkard nói.

Thay vì tạo ra các phản ứng miễn dịch cực đoan với virus corona, dơi duy trì chúng ở một mức độ thấp liên tục, điều này có thể góp phần vào sự tiến hóa của virus. 

"Những con dơi biểu hiện interferon một cách liên tục và đều đặn", Tait-Burkard nói. Điều này đã cho những con virus một môi trường để tập luyện, thích nghi với phản ứng miễn dịch. Từ đó virus học được khả năng ẩn náu. Dơi chứa rất nhiều virus có thể lây sang con người một cách âm thầm mà không bị phát hiện.

Tuy nhiên, các protein phụ mà virus đã phát triển trong quá trình sống trên cơ thể dơi vẫn chưa được hiểu rõ. "Bạn có thể triệt tiêu các protein này mà không làm ảnh hưởng đến khả năng phát triển của chúng", Perlman nói.

"Bạn có thể sẽ nghĩ rằng: nếu bạn có một loại protein là chìa khóa để chống lại phản ứng miễn dịch, thì khi bạn lấy nó ra khỏi virus, phản ứng miễn dịch sẽ phải chiến thắng, nhưng sự thật không nhất thiết xảy ra theo hướng đó".

Một số nhà nghiên cứu tin rằng protein phụ ảnh hưởng đến mức độ gây chết người của virus corona. Đã có những nghiên cứu với SARS, trong đó, việc loại bỏ một protein phụ không làm thay đổi hiệu quả sao chép của virus, nhưng nó khiến virus giảm độc tính và ít gây bệnh hơn.

*Tham khảo thêm thông tin của Bác sĩ Trần Văn Phúc để hiểu đúng về họ virus corona mà không hoảng loạn.

Tait-Burkard thì nói rằng virus corona có một số khả năng tự sửa các lỗi di truyền, nhưng nó đã bỏ qua một số khu vực nhất định trong bộ gen của mình. Do đó, có hai vùng gen của virus cho phép các đột biến xảy ra ở tần suất cao: đó là những phần mã hóa protein nhô ra bên ngoài vỏ và các protein phụ của nó.

"Trong hai vùng gen đó, virus corona cho phép rất nhiều lỗi sai xảy ra trong quá trình sao chép. Điều này [thật không may cho chúng ta, và lại là may mắn cho virus vì nó] đã thúc đẩy quá trình tiến hóa của chúng.

Các virus corona vì thế rất dễ liên kết với các thụ thể mới để lây nhiễm các tế bào mới. Nó cũng dễ phát triển để trốn tránh hệ miễn dịch của những loài khác nhau", Tait-Burkard nói. "Vì vậy, virus corona rất dễ nhảy từ loài này sang loài khác, bao gồm cả con người".

>>Bạn đã hiểu đúng về virus corona? Cùng làm bài trắc nghiệm để kiểm tra nhé:

Tham khảo Scientificamerican