Tìm ra những manh mối khoa học xung quanh chủng Coronavirus mới tại Vũ Hán - Kỳ 1

Bình luận Mỹ Tâm - Thiện Đức • 13:08, 06/02/20

Các chuyên gia Y tế và Dịch tễ học hàng đầu thế giới đều có chung nhận định: Chủng Coronavirus mới có tốc độ lây truyền rất nhanh; tỷ lệ tử vong cao, nó đang là một thách thức và hiểm họa thực sự cho sức khỏe cộng đồng, không chỉ ở Trung Quốc, mà trên toàn thế giới...

Sự bùng nổ bất ngờ của dịch Coronavirus mới ở Vũ Hán (2019-nCoV) đã khiến toàn bộ tỉnh Hồ Bắc, Trung Quốc và ba thành phố lớn thuộc tỉnh Chiết Giang bị cách ly. Nhiều quốc gia và vùng lãnh thổ khác cũng đã báo cáo về sự xuất hiện của chủng virus chết người này. Song hành với động thái đối phó và phòng ngừa dịch bệnh, hiện các nước đang gấp rút đưa người dân của họ rời khỏi Trung Quốc, đồng thời đặt các lệnh hạn chế cho các chuyến bay đến vùng dịch bệnh. Những nguy cơ và mối lo ngại thực sự đến từ nạn dịch Coronavirus có lẽ không chỉ dừng lại ở đó...

Những phân tích bước đầu...

Những kiến ​​thức hiện tại về nguồn gốc virus, thời gian lây truyền từ người sang người và quản lý lâm sàng đối với những người bị nhiễm dựa trên thông tin hạn chế đến từ Trung Quốc là có những lỗ hổng lớn. Tuy nhiên, những phát hiện mà các nhà khoa học công bố gần đây về loại virus này có thể được tóm tắt như sau:

Ảnh: Bài báo của Lancet cho thấy virus mới có lẽ được hình thành không phải bằng con đường tái tổ hợp tự nhiên (Natural recombination).

 

Hầu hết các bài báo đã báo cáo rằng 2019-nCoV chỉ có 88% liên quan gần với virus Coronavirus ở dơi; chỉ 79% với SARS và chỉ 50% với MERS. Giáo sư Roujian Lu từ Phòng thí nghiệm an toàn sinh học trọng điểm Trung Quốc, Viện phòng chống và kiểm soát dịch bệnh quốc gia, Trung tâm kiểm soát và phòng ngừa dịch bệnh Trung Quốc, và các đồng tác giả của ông đã bình luận trong một bài báo ngày 30 tháng 1 tại Lancet rằng: “sự tái tổ hợp có thể không là lý do cho sự xuất hiện của virus này”. 

Ngày 27 tháng 1 năm 2020, nghiên cứu của 5 nhà khoa học Hy Lạp đã phân tích mối quan hệ di truyền của 2019-nCoV và phát hiện ra rằng: “Coronavirus mới xuất hiện một dòng nhánh mới - vì gần một nửa bộ gen không có mối liên hệ di truyền với các virus khác trong phân loài sarbecovirus”,  và có một phân đoạn chưa từng thấy trước đây ở coronavirus. Tất cả điều này chỉ ra rằng 2019-nCoV là một chủng Coronavirus hoàn toàn mới. Các tác giả của công trình nghiên cứu đã bác bỏ giả thuyết ban đầu rằng: 2019-nCoV bắt nguồn từ các đột biến ngẫu nhiên tự nhiên giữa các loại Coronavirus khác nhau. (Theo Paraskevis và cộng sự). Bài viết này là một bản phác thảo được cung cấp bởi bioRxiv và chưa được bình duyệt. 

Những manh mối về Coronavirus Vũ Hán

Sự tương đồng rất cao về vật liệu di truyền trong trình tự gen ở bệnh nhân cho thấy chủng virus trên đã có sự lây truyền sang người gần đây.

2019-nCoV là một loại virus RNA - Virus RNA có tỷ lệ đột biến tự nhiên cao. Nghiên cứu đăng trên Lancet của Lu và cộng sự tuyên bố: “Đây là một loại virus RNA điển hình, tốc độ tiến hóa trung bình của Coronavirus là khoảng 10-4 thay thế nucleotide mỗi vị trí mỗi năm, với các đột biến phát sinh trong mỗi chu kỳ sao chép. Do đó, điều đáng chú ý là các trình tự gen của 2019-nCoV từ các bệnh nhân khác nhau được mô tả ở đây gần như giống hệt nhau, với độ giống nhau lớn hơn 99,9%. Phát hiện này cho thấy 2019-nCoV có nguồn gốc từ một nguồn trong một khoảng thời gian rất ngắn và được phát hiện tương đối nhanh.

Một bài báo ngày 31 tháng 1 của Jon Cohen trên Science cho biết: “Virus lưu hành trong quần thể người càng lâu, thì nó càng phải phát triển đột biến để tạo các chủng khác nhau ở người nhiễm bệnh, và cho rằng các trình tự gen của 2019-nCoV được phân tích cho đến nay khác nhau tối đa bảy nucleotide, điều này cho thấy nó đã lây truyền cho người rất gần đây. Nhưng loài động vật gây lây truyền virus cho người vẫn còn là một bí ẩn”.

Dơi hay chợ Hoa Nam không phải là 'toàn bộ câu chuyện'...

Giáo sư Lu và cộng sự cũng thảo luận về vật chủ tự nhiên của virus. Một giả thuyết ban đầu là virus đã truyền sang người từ những con dơi được bán ở chợ hải sản Hoa Nam ở Vũ Hán. Điều này có thực sự đáng tin cậy?

Lu và cộng sự viết: “Thứ nhất là, vụ dịch được báo cáo lần đầu tiên vào cuối tháng 12 năm 2019 - khi mà hầu hết các loài dơi ở Vũ Hán đang ngủ đông. Thứ hai, không có con dơi nào được bán hoặc tìm thấy ở chợ hải sản Hoa Nam, trong khi các động vật không phải là hải sản khác nhau có sẵn để mua (bao gồm cả động vật có vú). Thứ ba, trình tự gen của 2019-nCoV và chủng gần với nó là SL-CoVZC45 và SL-CoVZXC21 (đều ở dơi) giống nhau chưa đến 90%. Do đó, SL-CoVZC45 và SL-CoVZXC21 không phải là nguồn gốc  trực tiếp của 2019-nCoV”.

Các tác giả chỉ ra rằng: Trong khi 2019-nCoV gây ra bùng phát dịch ở Vũ Hán - giả thuyết ban đầu được lây truyền bởi dơi, nó có thể đã được truyền sang người thông qua các cơ chế khác chưa được biết đến. Tạp chí The Science cho biết: “Chợ Hoa Nam đóng vai trò ban đầu trong việc lan truyền 2019-nCoV, nhưng liệu đó có phải là nguồn gốc của vụ dịch hay không - điều này vẫn chưa chắc chắn. Nhiều trường hợp nhiễm 2019-nCoV đầu tiên, có liên quan đến chợ Vũ Hán, khởi đầu là 27 trong số 41 trường hợp trong một báo cáo và 26/47 trong một báo cáo khác. Tuy nhiên, có tới 45% - kể cả những người mắc bệnh sớm nhất - thì không liên quan. Điều này làm tăng khả năng rằng: từ đầu vụ dịch, việc lây truyền cho người đã xảy ra ở những nơi khác?

Mặt khác, Protein gai (S-protein) của virus, để bám vào tế bào ký chủ, có 4 thể đột biến nhưng không ảnh hưởng đến ái lực ( * ) với receptor (protein trên bề mặt của tế bào ký chủ).

Mỗi virus phải có một thụ thể (receptor) để liên kết với các tế bào người, chúng chỉ có thể sống bên trong tế bào người và phải dựa vào tế bào người để nhân lên. Nếu không có những khả năng này, thì virus lưu hành trong máu hoặc dịch mô sẽ dễ dàng bị hệ thống miễn dịch của con người tiêu diệt. 

Virus xâm nhập tế bào người thông qua các kênh protein đặc hiệu trên bề mặt. Sự liên kết của các protein trên bề mặt virus với tế bào của con người tương tự như các chìa khóa được sử dụng để mở ổ khóa vậy.

Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng: Có một số thụ thể mà các Coronavirus khác nhau có thể gắn vào, chẳng hạn như enzyme chuyển đổi angiotensin 2 (ACE2) đối với SARS-CoV. Các thụ thể ACE2 hiện diện rất nhiều trong mô người, đặc biệt là dọc theo lớp biểu mô của phổi và ruột non, chúng cung cấp các đường xâm nhập vào các tế bào cho SARS-CoV.

Theo bài viết của Lu và cộng sự trên tạp chí Lancet, có một sự tương đồng về cấu trúc giữa miền liên kết với thụ thể của SARS-CoV và 2019-nCoV; S-protein của 2019-nCoV chịu trách nhiệm liên kết với các thụ thể tế bào và rất quan trọng trong việc giúp virus gắn vào mô của ký chủ. Mô hình hóa bằng thuật toán trên máy tính biểu diễn cấu hình 3D của phân tử của Lu và cộng sự cho thấy: mặc dù có sự hiện diện của các đột biến axit amin trong miền liên kết với thụ thể 2019-nCoV, nhưng chủng virus 2019-nCoV vẫn có thể sử dụng thụ thể ACE2 để xâm nhập vào tế bào ký chủ. 

Vào ngày 21 tháng 1 năm 2020, Xintian Xu và cộng sự từ Phòng thí nghiệm trọng điểm về virus học và miễn dịch học phân tử, Viện Pasteur của Thượng Hải, Trung tâm Khoa học An toàn sinh học, Viện Hàn lâm  Khoa học Trung Quốc tại Thượng Hải, Trung Quốc, đã xuất bản một bài báo có tựa đề “Tiến hóa của Coronavirus mới từ vụ dịch Vũ Hán và mô hình S-protein của nó trong nguy cơ lây truyền của con người” trong tạp chí Khoa học đời sống Trung Quốc. Bài viết này đã cung cấp một phân tích chính xác hơn về S-protein của 2019-nCoV ở Vũ Hán. 

Protein S được biết là thường có các trình tự axit amin thay đổi nhất so với các miền gen khác từ Coronavirus. Tuy nhiên, dẫu có khoảng cách di truyền đáng kể giữa Vũ Hán CoV và SARS-CoV gây nhiễm ở người và tỷ lệ tương đồng thấp của S-protein Vũ Hán CoV so với SARS-CoV, thì S-protein của Vũ Hán CoV vẫn có một vài chuỗi trình tự trong miền liên kết với thụ thể (RBD) có tính tương đồng cao với SARS-CoV. Từng axit amin tại các vị trí 442, 472, 479, 487 và 491 trong S-protein của SARS-CoV đã được báo cáo là ở thụ thể phức hợp bề mặt và được coi là rất quan trọng đối với các loài lây truyền từ người sang người như SARS-CoV. Vì vậy, chúng tôi rất ngạc nhiên, mặc dù thay thế bốn trong năm axit amin bề mặt quan trọng, S-protein của Vũ Hán CoV đã được tìm thấy có ái lực gắn kết đáng kể với ACE2 của con người. Từng axit amin thay thế tại các vị trí 438, 472, 479 và 487 trong S-protein của Vũ Hán CoV không làm thay đổi cấu trúc xác nhận. S-protein của Vũ Hán CoV và S-protein của SARS-CoV có chia sẻ cấu trúc 3-D gần như giống hệt nhau trong miền liên kết với thụ thể (RBD), bởi vậy duy trì các thuộc tính van der Waals và tĩnh điện tương tự trong tương tác bề mặt. Cho nên, Vũ Hán CoV vẫn có thể gây ra rủi ro đáng kể cho sức khỏe cộng đồng, đặc biệt là việc lây truyền qua người thông qua con đường kết hợp  S-protein - protein ACE2.

Như chúng ta đã biết, 2019-nCoV là một loại virus khác với SARS. Điều này được hiểu rằng S-protein của chúng rất khác nhau. Sẽ không có gì ngạc nhiên nếu trình tự gen, cấu trúc protein và thậm chí chức năng của S-protein 2019-nCoV khác với của virus SARS. Nhưng làm thế nào virus mới này có thể thông minh đến mức đột biến chính xác tại các vị trí được chọn, trong khi vẫn giữ được mối liên kết của nó với thụ thể ACE2 của con người? Làm thế nào để virus thay đổi chỉ bốn axit amin của S-protein? Virus có biết cách sử dụng Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR) - một kỹ thuật chỉnh sửa bộ gen - để đảm bảo điều này sẽ xảy ra không?

Mỹ Tâm - Thiện Đức (biên dịch)

Tài liệu tham khảo

Lu R, Zhao X, Li J, et al. Genomic characterisation and epidemiology of 2019 novel coronavirus: implications for virus origins and receptor binding. The Lancet 2020. Online Full Text

Paraskevis D., Kostaki E.G., Magiorkinis G., et al. Full-genome evolutionary analysis of the novel corona virus (2019-nCoV) rejects the hypothesis of emergence as a result of a recent recombination event. bioRxiv 2020.01.26.920249. Online Full Text

Huang C, Wang Y, Li X, et al. Clinical features of patients infected with 2019 novel coronavirus in Wuhan, China. The Lancet, 2020. Online Full Text

Cohen Jon. Mining coronavirus genomes for clues to the outbreak’s origins. Science 2020. Online Full Text

Pradhan P, Pandey AK, Mishra A, et al. Uncanny similarity of unique inserts in the 2019-nCoV spike protein to HIV-1 gp120 and Gag. bioRxiv 2020.01.30.927871. Online Full Text

Xu X, Chen P, Wang J, et al. Evolution of the novel coronavirus from the ongoing Wuhan outbreak and modeling of its spike protein for risk of human transmission, In Journal of SCIENCE CHINA Life Sciences. 2020 Online Full Text

Chu CM, Cheng VC, Hung IF, et al. HKU/UCH SARS Study Group. Role of lopinavir/ritonavir in the treatment of SARS: initial virological and clinical findings. Thorax. 2004 Mar;59(3):252-6. Online Full Text

US CDC: Interim Clinical Guidance for Management of Patients with Confirmed 2019 Novel Coronavirus (2019-nCoV) Infection https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/hcp/clinical-guidance-management-patients.html

Bởi Yuhong Dong ngày 3 tháng 2 năm 2020 Cập nhật: ngày 3 tháng 2 năm 2020.