Covid-19: Các biến thể mới xuất hiện thế nào, nguy hiểm tới đâu?

  • Richard Gray
  • BBC Future
Getty Images

Nguồn hình ảnh, Getty Images

Trong hơn ba tháng, bệnh nhân vật vã với Covid-19.

Khi ông dính virus, hệ miễn dịch của ông đã xấu sẵn rồi - ông đã được cho uống thuốc để điều trị hạch bạch huyết, một dạng ung thư máu vốn làm suy giảm tế bào miễn dịch.

Với việc có ít hàng rào phòng vệ thông thường hơn để kháng các bệnh xâm nhập, virus corona có lẽ khá dễ dàng lây lan trong cơ thể ông.

Gai nhọn bị mất

Khi các bác sĩ cố gắng giúp bệnh nhân lớn tuổi này chiến đấu với virus, họ đã truyền cho ông huyết tương lấy từ những người đã khỏi Covid-19. Bên trong thứ chất lỏng màu nâu sữa này - còn được gọi là huyết tương giúp hồi phục - là các kháng thể kị virus có thể vô hiệu hóa nó.

Trong suốt quá trình 101 ngày điều trị cho ông cụ, các bác sĩ lâm sàng tại Bệnh viện Addenbrookes ở Cambridge, Anh, đã lấy 23 mẫu bệnh phẩm bằng tăm bông.

Mỗi tăm bông được gửi đến phòng thí nghiệm gần đó để phân tích. Nhưng khi các nhà virus học xem xét vật chất di truyền của virus trong các mẫu này, họ nhận thấy một điều đáng kinh ngạc: Covid-19 đang tiến hóa trước mắt họ.

"Chúng tôi đã thấy một số thay đổi khác thường ở virus trong thời gian đó," Ravinda Gupta, chuyên gia tư vấn các bệnh truyền nhiễm tại bệnh viện và là nhà vi sinh vật lâm sàng tại Đại học Cambridge, người đã phân tích mẫu bệnh phẩm, cho biết.

"Chúng tôi đã thấy những đột biến dường như cho thấy virus đang có dấu hiệu thích ứng để tránh kháng thể trong cách điều trị bằng huyết tương. Đây là lần đầu tiên chúng tôi thấy điều thế này xảy ra ở một bệnh nhân trong thời gian thực."

Gần một năm sau khi đại dịch Covid-19 toàn cầu bùng phát, vấn đề đột biến trở nên nghiêm trọng.

Các biến thể mới có khả năng lây lan nhanh hơn đang xuất hiện và dẫn đến câu hỏi không thể tránh khỏi, đó là liệu chúng có làm cho các vaccine vừa được phê duyệt bớt công hiệu hay không.

Cho đến giờ, có rất ít bằng chứng chứng tỏ điều này, nhưng các nhà khoa học đã bắt đầu tìm hiểu cách thức virus Covid-19 sẽ đột biến trong tương lai và liệu họ có thể chặn đứng được nó hay không.

Nguồn hình ảnh, Getty Images

Chụp lại hình ảnh,

Thế giới đang nỗ lực xét nghiệm và định dạng các mẫu chuỗi kết cấu virus gây Covid-19 để xác định sớm các biến thể virus mới, một khi chúng xuất hiện

Trong số các đột biến mà Gupta và các đồng nghiệp xác định được, có tình trạng xảy ra việc xóa bỏ hai axit amin - được gọi là H69 và V70 - trong protein hình gai nhọn bên ngoài virus Covid-19. Protein này đóng vai trò then chốt trong khả năng giúp virus corona lây nhiễm vào tế bào.

Lớp vỏ nhờn bao quanh hầu hết con virus có đầy những chiếc gai này chĩa ra ngoài, khiến nó trông giống như chiếc vương miện khi quan sát qua kính hiển vi điện tử.

Chính hình dáng này mà họ virus corona mới có tên gọi như vậy - corona trong tiếng Latin có nghĩa là vương miện. Những chiếc gai nhọn này cũng là cách thức chính để Covid-19 nhận ra các tế bào mà nó có thể tấn công và giúp virus xâm nhập.

Khi Gupta và nhóm của ông xem xét kỹ hơn việc biến mất các protein gai nhọn mà họ phát hiện ra, họ phát hiện thấy kết quả đáng lo ngại.

"Chúng tôi đã thực hiện một số thí nghiệm lây nhiễm sử dụng virus nhân tạo và chúng cho thấy sự đột biến làm mất H69/V70 đã làm tăng gấp đôi khả năng lây nhiễm," Gupta nói.

Điều này đã thúc đẩy các nhà nghiên cứu lùng sục cơ sở dữ liệu di truyền quốc tế về Covid-19. Và rồi họ nhận thấy có điều gì đó đáng báo động hơn nữa đang diễn ra.

Xét nghiệm không ra

"Chúng tôi muốn xem điều gì đang xảy ra trên toàn thế giới và chúng tôi tình cờ phát hiện ra nhóm có chuỗi [gene với axit amin H69/V70 bị biến mất] đang ngày càng nhiều ở Anh," Gupta nói. "Khi xem xét kỹ hơn, chúng tôi nhận thấy rằng có một biến thể mới, đang gây ra một đợt bùng phát lớn."

Ngay cả khi họ có phát hiện này vào đầu tháng 12 năm ngoái, các chuyên gia bệnh truyền nhiễm ở những vùng khác của xứ Anh (England) đang vật lộn để hiểu tại sao số ca nhiễm gia tăng nhanh chóng ở London và đông nam xứ Anh bất chấp phong tỏa toàn quốc.

Họ bắt đầu nhận thấy điều gì đó kỳ lạ trong kết quả xét nghiệm Covid-19 trên các mẫu.

Công cụ chính để chẩn đoán Covid-19 là xét nghiệm phản ứng chuỗi polymerase (PCR), vốn tìm kiếm dấu vết của vật liệu di truyền của virus trong các mẫu.

Thông thường, việc xét nghiệm nhắm vào ba bộ phận của virus để xác nhận có lây nhiễm.

Nhưng một trong những bộ phận được nhắm vào này ngày càng cho kết quả âm tính trong các mẫu xét nghiệm từ các khu vực có số ca nhiễm tăng nhanh ở Anh, trong khi hai bộ phận còn lại trong xét nghiệm vẫn tiếp tục cho kết quả dương tính.

"Chúng tôi không bỏ sót ca nhiễm nào nhưng thật bất thường khi thu được kết quả là hai thử nghiệm có kết quả dương tính nhưng thử nghiệm thứ ba lại là âm tính," Wendy Barclay, nhà vi trùng học thuộc trường Imperial College London và là thành viên của Nhóm tư vấn về các đe dọa virus hô hấp mới nổi của Anh, nói trên chương trình Today của BBC vào ngày 22/12.

Bộ phận của virus mà xét nghiệm PCR này nhắm đến là một đoạn gene trên protein gai nhọn.

Khi các nhà khoa học đào sâu hơn, họ phát hiện rằng virus trong những mẫu này đã có một đột biến - sự biến mất của các gai nằm ở cùng vị trí với H69 và V70 trong protein mà Gupta đã nhìn thấy - điều này có nghĩa là xét nghiệm PCR đôi khi không thể phát hiện ra nó.

Bên cạnh thay đổi di truyền này, họ cũng phát hiện 16 đột biến khác đã làm thay đổi protein của virus vốn được mã hóa, bao gồm một số đột biến trên protein gai nhọn.

Những gì họ phát hiện được là một dòng virus Covid-19 mới đã có nhiều đột biến trong khoảng thời gian tương đối ngắn.

Họ gọi nó là B117 - biến thể Covid-19 mới của Anh. Nó đã lây lan ra một vùng rộng lớn khắp nước Anh và đã lan sang 50 nước, tính đến giữa tháng Giêng.

Nguồn hình ảnh, Getty Images

Chụp lại hình ảnh,

Các protein mũi gai (đỏ) trên bề mặt virus Covid-19 giúp chúng dễ dàng xâm nhập vào tế bào cơ thể người

Sự xuất hiện của biến thể mới này - ước tính có khả năng lây lan cao hơn virus Covid-19 nguyên thủy đến 50-75% - cùng với những biến thể khác đang được phát hiện như biến thể ở Nam Phi và Brazil, đã khiến mọi người chú ý về cách virus corona biến đổi trong khi đại dịch vẫn hoành hành.

Nó cũng làm dấy lên lo ngại về cách nó có thể tiếp tục thay đổi trong tương lai khi chúng ta cố gắng chiến đấu với nó bằng vaccine.

'Chạy đua vũ trang với virus'

"Đối với tôi, những điều này giống như một cái nhìn thoáng qua về tương lai cuộc chạy đua vũ trang của chúng ta trước virus này, giống như chúng ta đang chạy đua với cúm vậy," Michael Worobey, nhà sinh học tiến hóa virus tại Đại học Arizona, nói.

Mỗi năm vaccine cúm phải được cập nhật vì virus cúm biến đổi và thích nghi để né được khả năng miễn dịch đã có trong cộng đồng, Worobey cho biết. Nếu virus có những khả năng tương tự, điều đó có nghĩa là chúng ta sẽ phải áp dụng các chiến thuật tương tự để dồn nó vào chân tường, bằng cách thường xuyên cập nhật vaccine.

Nhiều người tin rằng các công ty dược phẩm nên cập nhật vaccine của họ rồi để nhắm vào các phiên bản đột biến của protein gai nhọn trên Covid-19.

Nhưng liệu các kiểu đột biến mà các nhà khoa học đang thấy xuất hiện ở Covid-19 trên khắp thế giới có thể đem đến bất kỳ manh mối nào về virus sẽ tiếp tục tiến hóa như thế nào hay không?

"Khó mà suy đoán, nhưng điều thú vị là đột nhiên dường như có nhiều đột biến xuất hiện mà có thể liên quan đến khả năng thoát miễn dịch hoặc nhận dạng miễn dịch," Brendan Larsen, nghiên cứu sinh đang làm việc với Worobey ở Arizona, nói.

Mới đây ông đã nhận dạng một biến thể mới của Covid-19 lưu hành ở Arizona mà không có H69/V70, vốn cũng xảy ra trong một số phiên bản virus khác.

Mặc dù vẫn chỉ lây lan ở mức tương đối thấp ở đó cũng như ở các bang khác của Mỹ, nó cho thấy đột biến đặc thù này đang xuất hiện một cách độc lập nhiều nơi trên khắp thế giới, Larsen nói.

Khả năng virus đối phó vaccine

Sự xuất hiện lặp đi lặp lại của các đột biến giống nhau ở các biến thể khác nhau đem đến manh mối về những gì đang xảy ra - vì khi virus đã lây qua hàng triệu người, nó có thể đối mặt với những áp lực tiến hóa tương tự như áp lực khiến nó biến đổi theo những cách cụ thể nào đó.

"Tự thân chúng, về tổng thể có khả năng chúng chỉ có tác động nhỏ," Larson phân tích. "Nhưng khi kết hợp cùng nhau, những đột biến khác nhau này có thể làm cho hệ miễn dịch khó mà nhận ra virus."

Điều này có thể khiến cho nhiều bệnh nhân mắc bệnh hai lần và cũng có nghĩa là vaccine có thể cần phải thay đổi.

"Ngay cả khi chỉ có một tỷ lệ tương đối nhỏ lách được hệ miễn dịch cũng có thể khiến cho việc đạt được miễn dịch bầy đàn trở nên khó khăn hơn," Worobey nói thêm.

Nguồn hình ảnh, Getty Images

Chụp lại hình ảnh,

Hiện có lo ngại rằng Covid-19 có thể tiếp tục tiến hóa, khiến các loại vaccine đã phát triển được trở nên kém công hiệu

Các nhà nghiên cứu ở Illinois gần đây cũng đã xác định được một biến thể mới khác, có tên là 20C-US, vốn có một số đột biến đặc trưng và cụ thể mà có thể làm thay đổi khả năng virus tự tái tạo một khi nó thâm nhập vào tế bào người. Nó cũng có một đột biến gần vị trí protein gai nhọn được cho là rất quan trọng để cho phép virus nhảy từ động vật sang người vào cuối năm 2019.

Chỗ này, được gọi là chỗ cắt furin, cho phép virus chiếm đoạt một enzyme quan trọng hoạt động trong cơ thể người.

Tại chỗ này, enzyme cắt protein gai nhọn, khiến nó mở ra và tiết lộ các chuỗi gene ẩn vốn giúp nó gắn chặt hơn nữa vào các tế bào trong đường hô hấp, bên cạnh các tế bào khác. Một đột biến gần vị trí này có thể làm thay đổi hành vi này hơn nữa, các nhà nghiên cứu cho biết.

Các nhà khoa học thực hiện nghiên cứu này cho biết 20C-US đã lan nhanh ở Mỹ kể từ tháng Sáu và dự báo nó có thể sớm trở thành chủng Covid-19 bao trùm ở Mỹ.

Áp lực chọn lọc

Mới đây, các nhà khoa học tại Đại học Manitoba, Winnipeg, Canada, cũng đã xác định được hai biến thể mới xuất hiện, vốn đang lây lan khắp thế giới và gây ra 'tỷ lệ tử vong cao' so với virus trước đó.

Một biến thể có một đột biến gọi là V1176F ở protein gai nhọn, vốn xuất hiện cùng một đột biến khác được gọi là D614G.

Chữ cái đầu tiên trong tên gọi của những biến thể này dùng để chỉ thành phần axit amin đã bị thay thế, con số là để chỉ vị trí của protein, và chữ cái cuối cùng là axit amin mới xuất hiện tại vị trí đó.

Chỉ riêng biến thể D614G đã xuất hiện khá sớm, vào đầu đại dịch, tại Châu Âu và gây ra tình trạng tăng mạnh các ca lây nhiễm ở người.

Việc xuất hiện thêm biến thể V1176F có thể đã làm thay đổi cách lây nhiễm thêm nữa, các nhà nghiên cứu Canada nói, và nó đã xuất hiện một cách độc lập ở một số quốc gia, cho thấy virus đang tiến hóa theo hướng có lợi cho chúng.

Một biến thể khác mà họ xác định đã xuất hiện nhanh chóng ở Úc, có mang đột biến S477N vốn dường như làm tăng khả năng virus gắn chặt vào tế bào người.

Các nhà nghiên cứu cảnh báo rằng hai đột biến mới này "có thể gây ra những lo ngại nghiêm trọng cho về khỏe cộng đồng trong tương lai" nếu chúng tiếp tục lây lan và tạo lợi thế cho virus.

Các dấu hiệu thích ứng này của virus không hoàn toàn gây ngạc nhiên cho giới khoa học.

Ở hầu hết các virus và vi khuẩn gây bệnh, việc sử dụng các phương pháp điều trị và vaccine khiến chúng tiến hóa các cách trốn thoát để chúng có thể tiếp tục lây lan.

Những virus hình thành khả năng kháng điều trị hoặc có khả năng ẩn náu trước hệ miễn dịch sẽ sống sót lâu hơn để tái tạo và do đó lây truyền vật chất di truyền của chúng.

"Tôi không thấy lý do gì mà quá trình chọn lọc tiến hóa này lại khác trong một đại dịch như Sars-CoV-2 [virus Covid-19], so với một đại dịch bị gói gọn về địa lý," Carolyn Williamson, người đứng đầu Khoa vi trùng học thuộc Đại học Cape Town và một trong những nhà nghiên cứu xác định được một biến thể Nam Phi lây lan nhanh chóng hồi tháng 12, nói.

"Ta có thể suy đoán rằng virus đứng trước các áp lực chọn lọc khác nhau ở các vùng khác nhau trên thế giới, cùng với sự lây lan nhanh chóng, khiến cho những đặc tính có lợi hơn cho virus xuất hiện nhanh hơn, nhưng đó chỉ là suy đoán còn hiện thì chúng ta thực sự không biết."

Nguồn hình ảnh, Getty Images

Chụp lại hình ảnh,

Trong số các nỗ lực nhằm phát hiện những biến thể mới Covid-19 càng sớm càng tốt, có biện pháp xét nghiệm mẫu chất thải ở các thành phố, như ở Belo Horizonte của Brazil

Dĩ nhiên, có thể còn có các phiên bản đáng lo ngại khác của Covid-19 đã xuất hiện và lây lan trong các cộng đồng dân cư không có khả năng giải mã trình tự gene, là công tác nghiên cứu cần thiết để phát hiện ra chúng.

Một trong những lý do nước Anh phát hiện biến thể B117 ngay từ đầu là nhờ vào cơ sở xét nghiệm và giải mã gene hàng đầu thế giới.

"Nếu biến thể mới xuất hiện ở một nước không có đủ năng lực giải mã bộ mã gene, thì đó có thể sẽ gây ra vấn đề thực sự," Larson nói.

Nhưng khi các nhà khoa học quan sát virus tiếp tục biến đổi trong những tháng tới, họ sẽ nhận thức sâu sắc về nhiều bi kịch cá nhân ẩn sau cơ sở dữ liệu về bộ gene virus và biểu đồ cho thấy sự lây lan của chúng.

Tính đến nay, đã có hơn hai triệu người mất mạng vì Covid-19. Trong số đó có cụ ông được các đồng nghiệp của Gupta tại bệnh viện Addenbrookes chữa trị sau khi được áp dụng cách điều trị u hạch.

"Ông ấy được chẩn đoán là mắc ung thư giai đoạn cuối, nhưng đã sống được thêm 10 năm để chống chọi với bệnh đó, trước khi Covid-19 xuất hiện," Gupta nói.

Bài tiếng Anh đã đăng trên BBC Future.