Giáo sư sinh học giải thích sự lây lan nhanh chóng của biến chủng COVID-19: Đáp án chỉ là một từ

Thanh Long , Theo Pháp luật & Bạn đọc

23 đột biến của B.1.1.7 không xuất hiện ngẫu nhiên trên bộ gen, mà được tập hợp lại trong gen mã hóa protein gai của virus.

Có thể bạn sẽ tự mình rút ra được đó là từ gì sau khi đọc đến nửa bài báo này, được viết bởi giáo sư sinh học Sarah Otto đến từ Đại học British Columbia. Nửa còn lại là những cảnh báo của bà với thế giới về sự nguy hiểm của COVID-19, khi chúng ngày càng phát triển thành nhiều chủng mới hơn, lây lan nhanh và mạnh hơn.

Bài viết gốc được đăng trên trang The Conversation.

Giáo sư sinh học giải thích sự lây lan nhanh chóng của biến chủng COVID-19: Đáp án chỉ là một từ - Ảnh 1.

Một biến thể mới của virus corona đã tràn qua Vương quốc Anh và được phát hiện ở Hoa Kỳ, Canada cùng nhiều nơi khác trên thế giới. Các nhà khoa học lo ngại rằng những chủng virus mới này có khả năng lây lan dễ dàng hơn so với chủng cũ.

Là một nhà sinh học tiến hóa, tôi đã dành cả sự nghiệp của mình để nghiên cứu cách đột biến và chọn lọc kết hợp với nhau để tạo ra những thay đổi trong quần thể sinh vật theo thời gian. Nhưng thú thật là chưa bao giờ chúng tôi có được nhiều dữ liệu trong thời gian thực như bây giờ, khi nghiên cứu sự tiến hóa của SARS-CoV-2. 

Chỉ tính riêng vào năm ngoái, hơn 380.000 bộ gen của virus này và các biến chủng đã được giải trình tự.

Chúng tôi biết rằng SARS-CoV-2 đã biến đổi khi nó lây lan, tạo ra những khác biệt nhỏ trong bộ gen của nó. Những đột biến này cho phép các nhà khoa học lần ra virus này có quan hệ họ hàng với virus nào trong cây phả hệ.

Các nhà sinh học tiến hóa, bao gồm cả tôi, đã cảnh báo giới khoa học và cả truyền thông không nên phóng đại mối đe dọa do những đột biến trên virus gây ra. Hầu hết các đột biến sẽ không giúp ích gì cho mầm bệnh, giống như việc ngẫu nhiên đá vào một cỗ máy đang hoạt động chưa chắc đã làm cho nó chạy tốt hơn.

Nhưng thỉnh thoảng, một đột biến hoặc một bộ đột biến lại mang lại lợi thế cho virus. Dữ liệu thuyết phục rằng các đột biến có mặt trên biến thể lần đầu tiên xuất hiện ở Vương quốc Anh, được gọi là B.1.1.7, đã làm cho virus SARS-CoV-2 này trở nên khỏe hơn.

Giáo sư sinh học giải thích sự lây lan nhanh chóng của biến chủng COVID-19: Đáp án chỉ là một từ - Ảnh 2.

Khỏe hơn hay cơ hội hơn?

Khi một biến thể virus mới trở nên phổ biến, các nhà khoa học phải xác định lý do đằng sau sự lây lan của nó. Một loại virus mang một đột biến cụ thể có thể nổi lên và chiếm ưu thế trên bản đồ lây nhiễm nếu chúng có một trong số các đặc điểm sau:

- Nhiễm trên những người siêu lây nhiễm

- Được mang đến những địa điểm trước đó chưa từng có dịch bệnh

- Nhiễm được vào một bộ phận dân số mới

Hai ví dụ sau được gọi là "sự kiện người sáng lập": tần suất mắc biến chủng gia tăng nhanh chóng có thể xảy ra nếu nó được đưa vào một nhóm mới và bắt đầu một dịch bệnh tại địa phương. Các sự kiện cơ hội có thể giải thích sự gia tăng tần suất xuất hiện của một số biến thể SARS-CoV-2.

Nhưng B.1.1.7 là một ngoại lệ. Nó cho thấy một tín hiệu chọn lọc rất mạnh mẽ. Trong hai tháng qua, B.1.1.7 đã tăng tần suất xuất hiện nhanh hơn so với các biến chủng SARS-CoV-2 khác không phải B.1.1.7. Sự xuất hiện của nó xảy ra hầu như hàng tuần và trong mọi khu vực y tế ở Anh.

Dữ liệu được báo cáo vào ngày 21 tháng 12 năm 2020 đã giúp thuyết phục Thủ tướng Vương quốc Anh Boris Johnson phải phong tỏa phần lớn đất nước, và dẫn đến các lệnh cấm rộng rãi trên toàn thế giới đối với người trở về từ Vương quốc Anh.

Sự lây lan của biến thể B.1.1.7 tại Anh trong tháng 11 và tháng 12 năm 2020.

Sự gia tăng của B.1.1.7 không thể được giải thích bởi một "sự kiện người sáng lập" ở các khu vực mới, vì COVID-19 đã được lưu hành khắp Vương quốc Anh. Một sự kiện sáng lập xảy ra trong một bộ phận dân số mới (ví dụ: sau một hội nghị) cũng không phải là lý do chính đáng trước những hạn chế rộng rãi đối với các cuộc tụ tập đông người vào thời điểm đó.

Chúng ta biết đến biến chủng B.1.1.7 là vì các nhà khoa học đã nỗ lực rất nhiều để chia sẻ và phân tích dữ liệu trong thời gian thực về sự biến đổi của virus SARS-CoV-2. Nhưng kiến ​​thức vô cùng chi tiết mà chúng ta có được về B.1.1.7 cũng có thể chỉ là do may mắn đơn thuần. 

Một trong những đột biến của nó đã làm thay đổi một phần của bộ gen được sử dụng để xét nghiệm COVID-19 ở Anh, cho phép chúng ta vẽ lên một bức tranh về sự lan truyền tiến hóa từ hơn 275.000 trường hợp bệnh nhân được phát hiện.

Khi tiến hóa vào cuộc

Các nhà dịch tễ học đã kết luận rằng B.1.1.7 dễ lây lan hơn, nhưng không có dấu hiệu nào cho thấy nó gây chết nhiều người hơn. Một số nhà nghiên cứu ước tính rằng B.1.1.7 làm tăng số ca mắc mới lây từ một cá thể bị nhiễm bệnh (được gọi là hệ số sinh sản Rt). Rt của B.1.1.7 đã tăng từ 40 đến 80% so với chủng SARS-CoV-2 ban đầu, một nghiên cứu sơ bộ khác cho thấy Rt của nó tăng từ 50-74%.

Sự gia tăng 40-80% có nghĩa là B.1.1.7 không chỉ khỏe hơn một chút mà nó đã khỏe hơn rất nhiều. Nhưng ngay cả khi chọn lọc tự nhiên xảy ra mạnh mẽ như vậy, tiến hóa cũng không xảy ra là tức thì. 

Mô hình toán học của chúng tôi, cũng như của những nhà khoa học khác ở Canada và Hoa Kỳ, cho thấy B.1.1.7 phải mất vài tháng để đạt được mức gia tăng siêu sao của nó, bởi vì chỉ có một phần nhỏ các ca nhiễm COVID-19 ban đầu là mang biến thể mới.

Giáo sư sinh học giải thích sự lây lan nhanh chóng của biến chủng COVID-19: Đáp án chỉ là một từ - Ảnh 4.

Đối với nhiều quốc gia, như Hoa Kỳ và Canada, nơi số ca nhiễm COVID-19 đang gia tăng một cách bấp bênh (trên dưới năng lực của hệ thống y tế), một biến thể làm tăng khả năng lây truyền lên 40-80% có nguy cơ đẩy số ca mắc vượt quá ngưỡng chịu đựng. Nó có thể dẫn đến tăng trưởng theo cấp số nhân và làm quá tải dịch vụ chăm sóc y tế vốn đã mỏng manh.

May mắn là những quá trình tiến hóa này một thời gian, và chúng ta có thể có vài tuần để chuẩn bị.

Nhiều biến thể hơn

Một điều ngạc nhiên đối với các nhà nghiên cứu là B.1.1.7 mang một số lượng đột biến mới đáng chú ý. Trong khoảng một năm qua, B.1.1.7 đã tích lũy 30-35 thay đổi trong bộ gen. Tới bây giờ, B.1.1.7 không đột biến ở một tốc độ nhanh hơn, nhưng nó dường như đã trải qua một đợt biến đổi nhanh chóng trong quá khứ gần.

Virus này có thể đã nhiễm vào một người bị suy giảm miễn dịch. Những người có hệ thống miễn dịch yếu hơn, họ bị nhiễm bệnh kéo dài, các đợt nhân lên của virus trong cơ thể họ vì vậy xảy ra nhiều lần và chỉ đáp ứng miễn dịch một phần cho phép virus liên tục phát triển.

Giáo sư sinh học giải thích sự lây lan nhanh chóng của biến chủng COVID-19: Đáp án chỉ là một từ - Ảnh 5.

Mỗi dấu chấm đại diện cho một bộ gen virus SARS-CoV-2, với các nhánh kết nối các virus có liên quan với tổ tiên của chúng. Trung tâm vòng tròn đại diện cho virus ban đầu. Các virus xa trung tâm nhất mang nhiều đột biến nhất. Nổi bật màu vàng là ba biến thể mới.

Các báo cáo nghiên cứu sơ bộ chưa được xác minh khác đã mô tả 2 biến thể đáng quan tâm khác của SARS-CoV-2: một có nguồn gốc từ Nam Phi (B.1.351) và một từ Brazil (P1). Cả hai biến thể đều cho thấy tiền sử đột biến dư thừa gần đây và tần suất gia tăng nhanh chóng trong các quần thể địa phương.

Các nhà khoa học hiện đang thu thập dữ liệu cần thiết để xác nhận có phải các biến chủng virus SARS-CoV-2 này cũng đang tiến hóa để theo chọn lọc tự nhiên để có khả năng truyền tải cao hơn, chứ không phải các đột biến chỉ ngẫu nhiên xuất hiện như là một nguyên nhân.

Đột biến nào cho phép virus lây lan mạnh hơn?

Chọn lọc tự nhiên đóng hai vai trò chính yếu trong sự phát triển của các biến thể SARS-CoV-2. Đầu tiên hãy xem xét vai trò bên trong những biến chủng virus phát sinh số lượng lớn đột biến. 23 đột biến của B.1.1.7 và 21 đột biến của P1 không được sắp xếp ngẫu nhiên trên bộ gen mà được tập hợp lại trong gen mã hóa protein gai của virus.

Một đột biến trong protein gai, được gọi là N501Y, phát sinh độc lập trong cả ba biến thể, cũng như ở những bệnh nhân suy giảm miễn dịch được nghiên cứu ở Hoa Kỳ và Anh. Những đột biến khác xảy ra trên protein gai (ví dụ: E484K, del69-70) được tìm thấy ở hai trong ba biến thể.

Giáo sư sinh học giải thích sự lây lan nhanh chóng của biến chủng COVID-19: Đáp án chỉ là một từ - Ảnh 6.

23 đột biến của B.1.1.7 không được sắp xếp ngẫu nhiên trên bộ gen mà được tập hợp lại trong gen mã hóa protein gai của virus.

Ngoài protein gai, ba biến thể được quan tâm có chung một đột biến bổ sung xóa một phần nhỏ của "protein không cấu trúc 6" (NSP6). Chúng tôi chưa biết hành động xóa này của nó có tác dụng gì, nhưng trong một loại virus corona liên quan, NSP6 đánh lừa hệ thống phòng thủ tế bào và có thể thúc đẩy sự lây nhiễm.

NSP6 cũng chiếm quyền điều khiển hệ thống này để giúp sao chép bộ gen của virus. Dù bằng cách nào, hành động xóa này cũng có thể làm thay đổi khả năng virus xâm chiếm và nhân lên trong tế bào của chúng ta.

Lây truyền dễ dàng hơn

Sự phát triển song song của các đột biến giống nhau ở các quốc gia khác nhau, và ở các bệnh nhân suy giảm miễn dịch khác nhau cho thấy: Virus SARS-CoV-2 bây giờ đang có một lợi thế chọn lọc tự nhiên để trốn tránh hệ thống miễn dịch của các cá nhân đã nhiễm biến chủng của nó. Đối với N501Y, điều này đã được chứng minh bởi các thí nghiệm trên chuột.

Nhưng điều gì khiến virus có khả năng lây truyền cao hơn từ cá nhân này sang cá nhân khác? Đây là một câu hỏi còn chưa có câu trả lời bởi vì nhiều đột biến phát sinh cùng một lúc hiện được nhóm lại với nhau trong các biến thể này, và có thể là bất kỳ một hoặc sự kết hợp nào của chúng cũng dẫn đến lợi thế lây truyền đó.

Vậy để nói, một số biến thể này đã tự phát sinh trước đó và không dẫn đến sự lây lan nhanh chóng. Một nghiên cứu cho thấy rằng N501Y chỉ có một lợi thế lây truyền yếu, và nó chỉ sinh sôi và lan truyền nhanh khi kết hợp với bộ đột biến được quan sát trong B.1.1.7.

Giáo sư sinh học giải thích sự lây lan nhanh chóng của biến chủng COVID-19: Đáp án chỉ là một từ - Ảnh 7.

Trong khi câu chuyện tiến hóa của COVID vẫn đang được viết, một thông điệp quan trọng cần nói lúc này là: Lợi thế lây truyền 40-80% của B.1.1.7, và có khả năng của cả các biến thể khác như B.1.351 và P1, sẽ khiến các biến chủng COVID-19 này xuất hiện áp đảo tại nhiều quốc gia trong vài tháng tới.

Chúng ta đang trong cuộc chạy đua chống lại sự tiến hóa của virus. Vì vậy, chúng ta phải triển khai vắc-xin càng nhanh càng tốt, ngăn chặn dòng chảy của các biến thể bằng cách hạn chế tương tác và đi lại, đồng thời ngăn chặn sự lây lan bằng các hoạt động như tăng cường giám sát và truy vết tiếp xúc.

***

Và nếu bạn vẫn chưa rút ra một từ để giải thích tại sao các biến chủng COVID-19 lại lây lan mạnh hơn, thì từ đó chính là: Tiến hóa. Như giáo sư Sarah Otto nói, "Chúng ta đang trong cuộc chạy đua chống lại sự tiến hóa của virus".

Giống với những gì xảy ra với vi khuẩn kháng kháng sinh trước đây, cuộc chiến của chúng ta với sự tiến hóa của mềm bệnh có thể sẽ giống như một trò chơi nhảy cừu. Khi con người tìm ra một phương pháp để chống lại mầm bệnh, mầm bệnh cũng sẽ tiến hóa để chống lại nó, khiến chúng ta lại phải đi tìm một phương pháp mới. 

Vậy nên, điều mà các nhà khoa học lo lắng lúc này là liệu các biến chủng của SARS-CoV-2 có thể tiến hóa để kháng lại vắc-xin của con người hay không? Chúng ta sẽ cần thêm các nghiên cứu mới và chờ đợi thời gian trả lời câu hỏi vô cùng quan trọng này.

Tham khảo Theconversation