Đại dịch cúm 1918 (2/3): QUÁ TRÌNH TÌM KIẾM VÀ HỒI SINH VIRUS

Theo nguồn: https://www.cdc.gov/flu/pandemic-resources/1918-pandemic-h1n1.html

Lần chỉnh sửa cuối: 20/3/2019

Vui lòng ghi rõ nguồn https://cnsh.vnua.edu.vn/ khi đăng lại nội dung này

Qua nhiều thập kỷ, chủng virus cúm 1918 đã không còn tồn tại, chỉ còn lại các ghi chép dịch tễ học về loại virus chết người này gây ra cho nhân loại. Tuy nhiên, mức độ đặc biệt nguy hiểm của loại virus gây ra đại dịch cúm 1918 khiến các nhà khoa học rất lo ngại và đặt ra các câu hỏi như “Tại sao virus cúm 1918 lại gây chết nhiều người như vây?”, “Virus có nguồn gốc từ đâu?” và “Y tế công cộng rút ra những bài học gì để chuẩn bị tương lai?”.

Để giải đáp các câu hỏi trên, nhà bệnh học Johan Hultin (được mệnh danh là virus hunter) đã bắt đầu công trình nghiên cứu của cuộc đời mình cách đây 70 năm.

Tìm kiếm dấu vết virus

Manh mối bắt đầu từ một ngôi làng nhỏ bên đại dương ở Alaska tên là Brevid Mission. Trong khoảng thời gian từ ngày 15-20 tháng 11 năm 1918, đại dịch đã cướp đi tính mạng của 72 trên tổng số 80 người bản địa sống ở đây. Một khu mộ tập thể đã được dùng để chôn cất, khu mộ này sau đó bị lấp dưới lớp băng vĩnh cửu cho đến năm 1951. Lúc này, nhà vi sinh vật học Johan Hultin cùng với các nghiên cứu sinh tại Đại học Iowa đã đến đây để tìm kiếm virus cúm 1918, với niềm tin rằng họ vẫn có thể tìm được dấu vết của virus trong mô của các xác chết chôn vùi dưới lớp băng. Hultin đã lấy mô phổi từ 4 thi thể và mang về Iowa, ông đã tiêm mô phổi vào các quả trứng gà để virus có thể phát triển nhưng thất bại [3]. Lần thử nghiệm đầu tiên khôi phục lại virus cúm 1918 đã không thành công.

Cho đến năm 1997, Hultin đọc được một bài báo với tựa đề “Đặc điểm di truyển của virus cúm Tây Ban Nha 1918” [4] của nhà bệnh học phân tử Jeffery Taubenberger. Bài báo công bố đã tách chiết thành công RNA của virus từ mô phổi của một người lính 21 tuổi, phục vụ trong quân đội Mỹ. Người này trước đó được chuẩn đoán là bị nhiễm cúm và chết năm 1918, mẫu mô phổi của anh ta được quân đội bảo quản để dung cho nghiên cứu. Từ mô này, nhóm của Taubenberger đã giải trình tự được 9 mảnh RNA từ bốn trong số tám đoạn gen của virus. Dựa vào dữ liệu giải trình tự, nhóm nghiên cứu ban đầu tuyên bố rằng virus cúm 1918 là môt loại virus cúm A mới (H1N1), thuộc một phân nhóm virus đến từ người và lợn, khác hẳn ở chim [4]. 

Sau khi đọc nghiên cứu đó, Hultin lúc này đã 72 tuổi quyết định quay lại Brevig Mission 46 năm sau lần lấy mẫu đầu tiên để thu mô phổi của xác một người phụ nữ dưới lớp băng vĩnh cửu và đặt tên là “Lucy”. Ông đã tự bỏ tiền túi 3.200 đô la và 5 ngày đường để quay lại địa điểm cũ. Lucy là một phụ nữ bị béo phì chết lúc khoảng hai mươi mấy tuổi lúc virus cúm 1918 đang hoành hành. Hultin đã lấy phổi của cô, đặt trong dung dịch bảo quản và chuyển thẳng tới chỗ Taubenberger và cộng sự là tiến sĩ Ann Reid, Viện bệnh học Lực lượng Vũ trang Mỹ [3]. Mười ngày sau, Hultin nhận được cuộc gọi báo tin: vật liệu di truyền của virus cúm 1918 được lấy ra từ mô phổi của Lucy.

Johan Hultin năm 1951 hồi sinh virus thất bại lần thứ nhất

Johan Hultin năm 1997, quay lại Brevig Mission sau 46 năm để lấy mẫu từ Lucy

Xây dựng genome virus

Tháng 2 năm 1999, tiến sĩ Ann Reid công bố bài báo với tựa đề “Nguồn gốc và sự tiến hóa của gen hemagglutinin của virus cúm “Tây Ban Nha” 1918” [5] là kết quả của nỗ lực các tác giả trong việc giải trình tự gen hemagglutinin “HA” của virus. Những protein bề mặt “HA” này cho phép virus cúm xâm nhập và lây nhiễm sang các tế bào đường hô hấp khỏe mạnh. Trong nghiên cứu này, trình tự đầy đủ gen HA đươc lắp ráp đầy đủ từ trình tự các mảnh RNA từ người lính 21 tuổi, của Lucy và một lính 30 tuổi khác.

Các kết quả xác định trình tự cho thấy rằng tổ tiên của virus cúm 1918 đã lây nhiễm sang người khoảng năm 1900 đến 1915. Gen HA của năm 1918 có một số trình tự nhận biết tế bào của động vật có vú, khác biệt với sự nhận biết gia cầm. Tuy nhiên, các tác giả tin rằng virus này đã lấy gen HA từ virus gia cầm.  

Không giống như các chủng cúm gia cầm hiện đại như virus cúm A gia cầm (H5) và (H7), HA của virus cúm 1918 không sở hữu đột biến “vị trí phân cắt” có thể gây độc lực mạnh, đặc điểm này cho phép virus cúm phát triển trong các mô bên ngoài các tế bào vật chủ bình thường.

Tháng 6 năm 2000, bài báo “Đặc điểm của gen Neuraminidase của virus cúm “Tây Ban Nha” 1918” đã mô tả trình tự của gen Neuraminidase (NA) của virus [6]. Gen Neuraminidase mã hóa cho protein bề mặt cho phép virus cúm thoát khỏi các tế báo bị nhiễm và lây nhiễm sang các tế bào khác.

Trình tự toàn bộ gen NA virus lấy từ “Lucy” và xác định rằng gen NA của virus cúm 1918 nằm trung gian giữa động vật có vú và chim, phân tích phát sinh chủng loại cho thấy nó cũng lây nhiễm sang động vật có vú chỉ ngay trước đại dịch 1918 [6].

Cấu trúc virus cúm 1918 với các protein HA và NA trên bề mặt

Nhìn chung, nghiên cứu phát sinh chủng loại đã chỉ ra nguồn gốc cuối cùng của NA của virus là từ gia cầm trong tự nhiên, nhưng vẫn chưa thể xác định con đường từ lúc dạng virus đầu tiên biến đổi lây từ gia cầm sang người cho đến dạng virus cuối cùng của đại dịch. Nghiên cứu đặc điểm của gen NA, các nhà nghiên cứu không tìm thấy bất cứ đặc điểm nào góp phần vào độc lực của virus [6].

Nối tiếp, hàng loạt các nghiên cứu khác được xuất bản ra các gen còn lại của virus cúm 1918 (có 8 gen tất cả). Khi cả bộ gen của virus 1918 được giải trình tự thì các thông tin cần thiết để tái tạo lại phiên bản sống của virus cúm 1918 đã có đủ. Để chuẩn bị, nhà vi sinh vật Peter Palese và Adolfo Garcia- Sastre tại trường Y Mount Sinai tại New York đã tạo nên các plasmid mang các gen của virus, chúng được đưa đến CDC để quá trình tái tạo chính thức được bắt đầu.

Quá trình hồi sinh virus

Quyết định tái tạo lại virus của đại dịch cúm chết người nhất trong thế kỷ 20 được đưa ra với sự cẩn trọng vấn đề an toàn. Các quan chức chính phủ cấp cao quyết định chọn trụ sở CDC ở Atlanta làm địa điểm tái thiết và tiến hành hai cấp phê duyệt trước khi công cuộc thí nghiệm bắt đầu: thông qua Ủy ban An toàn Sinh học Tổ chức và Ủy ban Sử dụng và Chăm sóc Động vật của CDC. Công việc được thực hiện trong điều kiện sử dụng các biện pháp phòng ngừa nghiêm ngặt, tuân thủ quy tắc về an toàn sinh học, bao gồm các bước An toàn Sinh học cấp 3 (BSL-3) và các phương tiện tân tiến.

Trong một phòng thí nghiệm BSL3 tân tiến, tất cả nhân viên phải đeo mặt nạ phòng độc lọc không khí (PAPR), găng tay hai lớp, đồ tẩy tế bào chết, bao giày, áo choàng phẫu thuật, và họ phải tắm trước khi ra khỏi phòng thí nghiệm, luồng không khí trong phòng thí nghiệm phải được kiểm soát và lọc 1 chiều để nó không thể vô tình thoát ra khỏi phòng thí nghiệm.

Giám đốc CDC, tiến sĩ Julie Gerberding quyết định cấp quyền hạn và vị trí chịu trách nhiệm chính cho tiến sĩ Terrence Tumpey, một nhà vi sinh vật học của Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ. Tiến sĩ Tumpey bắt đầu công việc tái tạo vào mùa hè 2005. Sử dụng phương pháp di truyền ngược, tiến sĩ Tumpey đã lấy plasmid do tiến sĩ Palese tạo ra cho mỗi đoạn trong tám đoạn gen của virus 1918 và đưa chúng vào tế bào thận của người. Sau đó, các plasmid đã sử dụng bộ máy của tế bào chủ tổng hợp các protein của virus. Và rồi, virus 1918 xuất hiện trong quá trình nuôi cấy tế bào thận, tiến sĩ Tumpey biết mình đã làm nên lịch sử: tái sinh một loại virus đã tuyệt chủng là tiền đề để giải mã sự chết người của virus này.

Tháng 8/2005, các cuộc nghiên cứu chính thức bắt đầu. Để đánh giá khả năng gây bệnh của virus 1918, người ta thực hiện các nghiên cứu trên động vật. Những con chuột sẽ bị lây nhiễm virus 1918 để từ đó các nhà khoa học có thể thu thập và ghi lại các thông số thực tế; sau đó, các thông số ấy sẽ được đưa ra so sánh với các thông số từ những con chuột bị nhiễm các loại virus cúm khác nhau (virus tái tổ hợp) (ví dụ so sánh virus cúm 1918 và virus cúm A (H1N1).

Loại virus 1918 được tái tạo lại hoàn toàn vượt trội về khả năng sinh sôi. Bốn ngày sau khi lây nhiễm, số lượng virus 1918 được tìm thấy trong mô phổi của những con chuột bị nhiễm bệnh cao hơn 39.000 lần so với loại virus khác [11]. Hơn nữa, virus 1918 có khả năng gây chết rất cao, hơn ít nhất 100 lần so với một trong những loại virus tái tổ hợp khác được thử nghiệm [11]. Gen HA của virus 1918 đã đóng một vai trò lớn trong độc lực này.

Bốn ngày sau khi nhiễm, những con chuột gặp phải các biến chứng về phổi tương tự như các nạn nhân của đại dịch năm xưa (lá phổi đầy chất lỏng, viêm phổi nặng và viêm mô phổi [11]. Các nhà khoa học đã làm thí nghiệm so sánh độc lực của virus cúm 1918 với virus cúm gia cầm hiện đại. Người ta cấy một quả trứng gà 10 ngày tuổi đã thụ tinh với virus 1918, phôi trong trứng gà đã chết nhanh chóng, tương tự như do virus cúm gia cầm H1N1 đương thời gây ra [11].

Công trình do Tiến sĩ Tumpey và các đồng nghiệp tại CDC Mỹ thực hiện đã xác định các đặc tính góp phần tạo nên độc lực của virus 1918. Các gen virus HA và PB1 của virus đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong khả năng lây nhiễm và gây chết người của nó.

Qua các thí nghiệm tái tạo các dạng virus cúm khác nhau nhờ tái tổ hợp một số gen, chúng ta có thể thấy “Sự kết hợp của cả tám gen đã tạo nên một loại virus có độc lực nguy hiểm.” [11]. Loại virus 1918 vô cùng đặc biệt - một sản phẩm chết chóc độc nhất vô nhị của tự nhiên lây nhiễm ở động vật và người. Nó là dấu hiệu cho thấy khả năng của tự nhiên có thể tạo ra các đại dịch nguy hiểm trong tương lai.

Người dịch: Trần Thị Minh Hiền, Trần Khánh Linh

Biên tập: NQT