SARS-CoV-2 sẽ tiến hóa thế nào tiếp theo

Biên dịch: SV Khoa Y – ĐHQG.TPHCM Lý Quốc Kiệt

Hiệu đính: Ds. Nguyễn Thị Cẩm Trâm, TS. Nguyễn Thị Thanh Vân

Ngay từ khi bắt đầu đại dịch, các nhà nghiên cứu đã lo lắng về sự thay đổi thứ ba của virus, đây có lẽ là điều đáng lo ngại nhất: SARS-CoV-2 có thể tiến hóa để thoát khỏi sự tấn công của hệ miễn dịch tự nhiên hoặc vaccine. Hiện tại một số biến thể đã xuất hiện những thay đổi trên bề mặt protein gai khiến virus ít bị các kháng thể nhận ra hơn.

Derek Smith một nhà sinh học tiến hóa tại Đại học Cambridge đã làm việc trong nhiều thập kỷ để hình dung sự né tránh miễn dịch của virus cúm trong bản đồ kháng nguyên. Hai biến thể càng xa nhau trên bản đồ của Smith thì kháng thể chống lại biến thể này sẽ càng kém hiệu quả đối với biến thể kia. Trong một nghiên cứu được công bố gần đây, nhóm của Smith cùng với nhóm của David Montefiori tại Đại học Duke, đã áp dụng cách tiếp cận này để lập bản đồ cho các biến thể quan trọng nhất của SARS-CoV-2.

Trên bản đồ này, biến thể Alpha rất gần với chủng virus Vũ Hán ban đầu, có nghĩa là các kháng thể chống lại chủng virus Vũ Hán vẫn có thể vô hiệu hóa chủng Alpha. Có thể thấy biến thể Delta đã trôi đi xa hơn nhiều, nhưng nó cũng không tránh được hoàn toàn hệ miễn dịch của cơ thể. Nhưng biến thể Delta có khả năng lây nhiễm sang những người đã được tiêm chủng đầy đủ hơn so với các biến thể trước đó. Katzourakis nói: “Điều đó cho thấy sự khởi đầu có thể có của một quỹ đạo và đó là điều khiến tôi lo lắng”.

Các biến thể khác đã tiến hóa với khoảng cách kháng nguyên xa hơn chủng gốc so với biến thể Delta. Chủng Beta lần đầu tiên xuất hiện ở Nam Phi có khoảng cách xa nhất với chủng gốc trên bản đồ, tuy nhiên chúng ta vẫn được bảo vệ phần lớn khỏi chủng này nhờ miễn dịch tự nhiên hoặc miễn dịch do vaccin. Điều này cho thấy nỗ lực của chủng Beta nhằm né tránh miễn dịch đi kèm một cái giá khi mà chủng Delta đã vượt xa chủng Beta về khả năng lây nhiễm trên toàn thế giới. Smith cho biết: “Trong trường hợp này, có thể thấy rằng khi một virus thay đổi để có thể thoát khỏi hệ miễn dịch, nó cũng sẽ mất đi một phần các khả năng khác”.

Bản đồ cho thấy, hiện tại virus không di chuyển theo một hướng cụ thể nào. Nếu virus Vũ Hán ban đầu giống như một thị trấn trên bản đồ của Smith thì các biến thể virus đã đi lên các chuyến tàu địa phương để khám phá khu vực xung quanh, nhưng nó vẫn chưa di chuyển đến thành phố tiếp theo.

Dự đoán tương lai

Mặc dù không thể dự đoán chính xác mức độ lây nhiễm, độc lực và khả năng né tránh miễn dịch của virus sẽ tiếp tục phát triển như thế nào trong những tháng tiếp theo, nhưng một số yếu tố rõ ràng sẽ ảnh hưởng đến quỹ đạo của virus.

Thứ nhất là khả năng miễn dịch cộng đồng hiện đang được xây dựng nhanh chóng trong dân số. Miễn dịch cộng đồng làm giảm khả năng bị nhiễm bệnh của mọi người và có thể cản trở sự nhân lên của virus ngay cả khi họ bị nhiễm. “Điều đó có nghĩa là sẽ có ít đột biến xuất hiện hơn nếu chúng ta tiêm chủng cho nhiều người hơn” Çevik cho biết. Mặt khác bất kỳ biến thể nào có thể né tránh miễn dịch vào thời điểm hiện tại đều có lợi thế lớn hơn so với các biến thể khác.

Trên thực tế, chúng ta có thể đang ở thời điểm bước ngoặc rồi, Holmes nói: Với hơn 2 tỷ người đã được tiêm ít nhất một liều vaccine và hàng trăm triệu người khác đã khỏi bệnh sau COVID-19, các biến thể có khả năng né tránh miễn dịch giờ đây lại có lợi thế hơn những chủng có tính lây nhiễm cao hơn. Katia Kölle một nhà sinh vật học tiến hóa tại Đại học Emory cho biết, điều tương tự đã xảy ra khi chủng cúm H1N1 mới xuất hiện vào năm 2009 và gây ra đại dịch. Một nghiên cứu năm 2015 cho thấy những biến đổi của virus trong 2 năm đầu tiên dường như làm cho virus này có khả năng lây truyền từ người sang người tốt hơn, trong khi đó, những biến đổi sau năm 2011 chủ yếu là để tránh khả năng miễn dịch của con người.

Có lẽ việc tạo ra những ưu thế về khả năng lây nhiễm đang ngày càng khó khăn hơn cho SARS-CoV-2. Jesse Bloom một nhà sinh vật học tiến hóa tại Trung tâm Nghiên cứu Ung thư Fred Hutchinson cho biết: “Có một số giới hạn cơ bản đối với khả năng lây nhiễm của virus và tại một thời điểm nào đó thì SARS-CoV-2 sẽ chạm tới giới hạn đó. “Tôi nghĩ rất khó xác định liệu đây đã là giới hạn hay chưa hay nó vẫn tiếp tục diễn ra.” Nhà virus học tiến hóa Kristian Andersen của Scripps Research đoán rằng virus vẫn còn có thể tiến hóa với khả năng lây nhiễm lớn hơn. Ông nói: “Giới hạn đã biết trong thế giới virus là bệnh sởi có khả năng lây truyền cao hơn khoảng ba lần so với những gì chúng ta có với chủng Delta hiện nay”.

Tác động lên bề mặt protein

Các nhà nghiên cứu đang cố gắng tìm hiểu những thay đổi di truyền nào khiến các biến thể SARS-CoV-2 biến đổi hiệu quả nên đã tập trung vào protein gai – vị trí bám trên bề mặt virus và liên kết với tế bào người. Chủng Alpha, Beta và Delta đều có những đột biến tại ba khu vực quan trọng của protein có thể gây ảnh hưởng đến khả năng lây nhiễm của virus và khả năng vượt qua hệ thống miễn dịch.

Bản đồ kháng nguyên của Smith biểu diễn mức độ khoảng cách mà virus đã được khám phá cho đến thời điểm hiện tại. Nhưng liệu chúng có thể đi xa hơn nữa không thì vẫn là câu hỏi. Nếu các biến thể trên bản đồ giống như những thành phố, thì ranh giới tự nhiên của quốc gia ở đâu và đâu là đại dương? Smith cho biết: Manh mối quan trọng sẽ là nơi một vài biến thể tiếp theo xuất hiện sẽ xuất hiện trên bản đồ. Chủng Beta tiến hóa theo một hướng khác hoàn toàn với chủng gốc và chủng Delta. Drosten nói rằng : “Còn quá sớm để nói được gì, nhưng có lẽ chúng ta sẽ đi đến một viễn cảnh mà thế giới có hai loại của virus này và cả hai loại này đều cần phải được xét đến trong các vaccine”.

Việc vượt qua hệ thống miễn dịch rất đáng lo ngại vì virus có thể buộc nhân loại phải phát triển liên tục các loại vaccin giống như đối với bệnh cúm. Vaccin chống lại nhiều bệnh khác như bệnh sởi, bại liệt và sốt vàng da vẫn có hiệu quả trong nhiều thập kỷ mà không cần phát thêm, ngay cả trong một số trường hợp hiếm xuất hiện các biến có thể vượt qua hệ miễn dịch. Read nói: “Vào khoảng năm 2000, có một cảnh báo lớn xuất hiện rằng có thể chúng ta cần phải thay thế vaccine viêm gan B bởi vì một biến thể có thể vượt qua hệ miễn dịch đã xuất hiện”. Tuy nhiên biến thể này không lây lan trên toàn thế giới: tuy nó có thể lây nhiễm cho những người tiếp xúc gần với người mắc nó, nhưng dần dần chủng nãy lại tự biến mất. Virus dường như phải đối mặt với sự đánh đổi giữa khả năng lây nhiễm và khả năng vượt qua hệ miễn dịch. Sự đánh đổi như vậy cũng có thể xảy ra đối với SARS-CoV-2.

Một số manh mối về hướng đi tương lai của SARS-CoV-2 có thể đến từ các coronavirus đã xuất hiện từ lâu trong lịch sử loài người trước đây như loại gây cảm lạnh thông thường. Một số được biết là có thể tái lây nhiễm cho người nhưng cho đến nay vẫn chưa rõ đó là do khả năng miễn dịch ở những người đã phục hồi suy yếu hay do virus thay đổi bề mặt để qua mặt hệ miễn dịch. Trong một nghiên cứu được công bố vào tháng 4 trên tạp chí Bệnh học PLOS, Bloom và các nhà nghiên cứu khác đã so sánh khả năng ngăn chặn virus (đã được phân lập tại thời điểm đó hoặc muộn hơn) của huyết thanh người được lấy vào các thời điểm khác nhau trong những thập kỷ qua. Các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng, các mẫu có thể vô hiệu hóa các chủng coronavirus có tên là 229E đã được phân lập xung quanh khoảng thời gian đó, nhưng không phải lúc nào cũng đạt hiệu quả chống lại virus có khoảng thời gian từ 10 năm trở lên. Rõ ràng là virus đã tiến hóa để vượt qua khả năng miễn dịch của con người, nhưng để làm vậy có thể phải mất 10 năm hoặc hơn thế.

Trong một bản pre-print được công bố vào tháng này, các nhà nghiên cứu đã tìm hiểu virus SARS-CoV-2 nhằm tìm ra virus cần thay đổi đến mức độ nào để có thể vượt mặt các kháng thể ở nhóm người được tiêm vaccine và nhóm bệnh nhân đã hồi phục. Kết quả cho thấy, cần phải thay đổi protein gai đến 20 lần thì virus mới có khả năng vượt qua các đáp ứng kháng thể hiện tại hoàn toàn. Một trong những tác giả – nhà virus học Paul Bieniasz thuộc Đại học Rockefeller cho biết, điều này có nghĩa là khả năng vượt qua hệ miễn dịch hoàn toàn của virus là thấp. “Nhưng rất khó để dự đoán liệu điều đó có dễ dàng xảy ra đối với con virus này hay không.”

William Hanage thuộc Trường Y tế Công cộng Harvard T.H.Chan kết luận: “Có vẻ hợp lý rằng việc vượt qua hệ miễn dịch hoàn toàn thực sự là rất khó”. “Tuy nhiên lại có lập luận cho rằng, chọn lọc tự nhiên là ngôi trường đào tạo ra những giải pháp thực thụ, khi ấy virus mới bắt đầu đối diện với áp lực sống còn, bắt buộc chúng phải tiến hóa để vượt qua hệ miễn dịch.”

Virus cũng có những mánh khóe của chúng. Ví dụ như, coronavirus rất giỏi trong việc tái tổ hợp giúp các biến thể mới có thể xuất hiện đột ngột bằng cách kết hợp các bộ gen và các đặc tính của hai biến thể khác nhau. Ở lợn, việc tái tổ hợp của một loại coronavirus có tên là virus dịch tả lợn (porcine epidemic diarrhea virus – PEDV) với các chủng đã giảm độc lực từ vaccin của một loại coronavirus khác đã dẫn đến các biến thể độc lực mạnh hơn của PEDV. Korber nói: “Với đặc điểm sinh học của những loại virus này, sự tái tổ hợp có thể là một yếu tố tạo nên sự tiến hóa liên tục của SARS-CoV-2.”

Eugene Koonin một nhà nghiên cứu tại Trung tâm Thông tin Công nghệ Sinh học Quốc gia Hoa Kỳ cho biết, mọi thứ đều còn nhiều biến số, và thật đáng lo ngại khi mà chúng ta đã không thực sự làm tốt trong việc hạn chế sự lây lan của SARS-CoV-2. Một số biến thể nguy hiểm chỉ có thể xuất hiện nếu virus tạo nên được một tổ hợp đột biến rất hiếm gặp, và để làm được điều này chúng phải nhân bản rất, rất, rất nhiều lần!

“Nhưng với tình trạng hàng triệu người trên thế giới bị nhiễm bệnh như thế này, điều này là hoàn toàn có thể.”

Thật vậy Katzourakis cho biết thêm: “20 tháng qua là một lời cảnh báo cho chúng ta, đừng bao giờ đánh giá thấp sự tiến hóa của virus. Nhiều người vẫn thấy chủng Alpha và Delta là quá tệ rồi. Nhưng chúng ta cần xem chúng chỉ như những bước đầu trên một quỹ đạo có khả năng gây thách thức cho khả năng đáp ứng về y tế cộng đồng của chúng ta”.

Nhiễm virus mãn tính có góp phần tạo ra các biến thể mới nguy hiểm không?

Các biến thể mới của SARS-CoV-2 đã gây ra những tác động nghiêm trọng trên toàn cầu, làm tăng số ca mắc và tử vong do COVID-19. Nhưng mỗi loại virus đều có những thay đổi quan trọng riêng khi nó phân chia trong các tế bào của người bị nhiễm. Các nhà nghiên cứu cho biết, bản chất của những đợt lây nhiễm là tốc độ và thời gian virus nhân lên, từ đó có thể xác định khả năng chúng sẽ làm phát sinh những đột biến mới và nguy hiểm hơn.

Sau khi một người bị nhiễm, virus bắt đầu nhân lên với tốc độ chóng mặt, tạo ra hàng tỷ hạt virus trong vòng vài ngày. Bởi vì trong mỗi chu kỳ sao chép đều có những lỗi nhỏ xảy ra, một loạt các bộ gen hơi khác nhau nhanh chóng xuất hiện. Bộ gen của SARS-CoV-2 chỉ kéo dài 30.000 nucleotide và chỉ có ba cách để thay đổi một vị trí bất kỳ, mọi đột biến đều có thể phát sinh ở một cá thể bị nhiễm bệnh.

Phần lớn những thay đổi đó không mang lại lợi ích gì cho virus và thậm chí cơ hội để lây truyền những thay đổi nhỏ này cũng không cao. Một nghiên cứu được xuất bản vào năm 2020 ước tính rằng, khoảng 1000 hạt virus được truyền đi khi một người lây nhiễm cho người khác, nhưng bản tái phân tích của Katia Kölle (thuộc Đại học Emory) và một đồng nghiệp, lại kết luận rằng 99% tất cả các trường hợp lây nhiễm thành công đến từ ba hạt virus trở xuống. Một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science vào tháng 4 của nhà sinh vật học tiến hóa Katrina Lythgoe tại Đại học Oxford thì cho biết, số lượng các hạt virus lây nhiễm chỉ khoảng từ một đến tám.

Điều này có nghĩa là, trừ trường hợp một đột biến phát sinh sớm và tạo cho virus một lợi thế giúp nó nhanh chóng áp đảo cơ thể vật chủ, thì tỷ lệ lây truyền đột biến này rất thấp, điều này cũng gây cản trở cho sự tiến hóa của virus. Kölle giải thích: “Cò một quan điểm chung rằng, đường truyền lây nhiễm hẹp thì sẽ làm chậm quá trình tiến hóa thích nghi của virus ở cấp độ quần thể.”

Jesse Bloom một nhà sinh vật học tiến hóa tại Trung tâm Nghiên cứu Ung thư Fred Hutchinson cho biết, đây có vẻ là một tin tốt cho nhân loại, tuy nhiên lợi thế này đã bị áp chế bởi số lượng lớn ca nhiễm SARS-CoV-2 trên toàn cầu. Bên cạnh đó, virus vẫn có thể có một lối tắt riêng. Ở hầu hết mọi người, hệ thống miễn dịch sẽ hạn chế bệnh nhiễm trong vòng vài ngày, nhưng một số ít sẽ phát triển thành nhiễm trùng mạn tính kéo dài hàng tháng trời. Điều đó cho virus thêm thời gian tích lũy các đột biến và chiếm ưu thế, làm tăng cơ hội lây truyền của chúng. Kölle nói: “Trong một đợt nhiễm trùng cấp tính ngắn, sự tiến hóa của virus “giống như trò roulette hơn (ND: ám chỉ trò chơi may rủi), nhưng trong những ca nhiễm mạn tính, virus sẽ có đủ thời gian chúng cần để thích nghi với môi trường đó”.

Nhiễm virus mạn tính có thể giúp giải thích tại sao biến thể Alpha, lần đầu tiên được nhìn thấy ở Anh vào cuối năm 2020, lại xuất hiện với một loạt các đột biến cùng một lúc. Andrew Rambaut từ Đại học Edinburgh cho biết, theo lý thuyết thì biến thể Alpha có thể đã có những thay đổi đó trước khi đến nước này, nhưng thực tế là phần lớn bộ gen của nó khá giống với các loại virus khác của Anh vào thời điểm đó, cho thấy rằng một chủng virus tại địa phương đã trải qua tiến hóa kéo dài chỉ ở một bệnh nhân. Rambaut nói: “Tôi vẫn tin tưởng rằng nhiễm virus mạn tính là lời giải thích hợp lý nhất cho trường hợp này.”

Phương pháp điều trị COVID-19 cũng có thể góp phần đẩy nhanh sự tiến hóa của virus ở những bệnh nhân mạn tính. Vào tháng 7, các nhà nghiên cứu ở Đức đã công bố dữ liệu về sáu bệnh nhân suy giảm miễn dịch được điều trị bằng kháng thể đơn dòng nhắm mục tiêu SARS-CoV-2. Năm người trong số đó đã mắc phải virus có tên gọi là E484K, một dạng đột biến được biết là giúp virus né tránh hệ thống miễn dịch và virus này đã tái nhiễm trở lại ở cả năm bệnh nhân.

Lythgoe cho rằng, những bệnh nhân không bị nhiễm virus mạn tính nhưng mất nhiều thời gian hơn bình thường để loại bỏ SARS-CoV-2 cũng có thể là yếu tố giúp tạo ra và lây lan các đột biến và số lượng đó còn chiếm nhiều hơn nữa. “Liệu có phải nhiễm virus mạn tính góp phần thúc đẩy sự tiến hóa của các loại virus cấp tính như SARS-CoV-2? Đây thực sự là câu hỏi thú vị đáng được chú ý đến. ”

Nguồn tham khảo: https://www.science.org/news/2021/08/new-sars-cov-2-variants-have-changed-pandemic-what-will-virus-do-next

Bệnh viện Nguyễn Tri Phương - Đa khoa Hạng I Thành phố Hồ Chí Minh

facebook.com/BVNTP