Virus đột biến trong đại dịch cúm năm 1918

Trong nghiên cứu được công bố trên trang Biorxiv.org vào tháng 5/2021, Sébastien Calvignac-Spencer, nhà sinh vật học tiến hóa tại Viện Robert Koch ở Berlin (Đức), và cộng sự đã tìm hiểu lý do khiến các đợt bùng phát sau này của đại dịch cúm năm 1918 giết chết nhiều người hơn đợt dịch đầu tiên vào mùa xuân.

Để trả lời câu hỏi trên, nhóm nghiên cứu tiến hành phân tích sáu lá phổi của các bệnh nhân đã qua đời do dịch cúm trong những năm 1918 và 1919. Chúng được bảo quản trong dung dịch formalin tại các kho lưu trữ mẫu bệnh phẩm ở Đức và Áo. Ba trong số những lá phổi này chứa virus cúm của đại dịch năm 1918, bao gồm hai lá phổi từ những người lính đã chết ở Berlin trong đợt dịch đầu tiên và lá phổi còn lại thuộc về một phụ nữ trẻ qua đời ở Munich, Đức.

Các nhà khoa học tách chiết RNA của virus từ những mẫu phổi có kích thước bằng hạt đậu để tái hiện lại khoảng 60 – 90% bộ gene của virus cúm đã giết chết những người lính ở Berlin.

Những người lính này đã chết trong cùng một ngày, và bộ gene của virus giết chết họ gần như không có sự khác biệt. Tuy nhiên, dạng virus được tìm thấy trong phổi của họ có một số khác biệt về gene so với dạng virus lây nhiễm cho người phụ nữ trẻ đã chết ở Munich, có lẽ là trong một đợt bùng phát dịch sau đó. Sự khác biệt còn nhiều hơn nữa khi nhóm nghiên cứu đem so sánh kết quả phân tích với bộ gene virus cúm của các bệnh nhân ở Alaska và New York (Mỹ) trong đợt bùng phát dịch thứ hai vào cuối năm 1918.

“Chúng tôi nhận thấy virus đã biến đổi gene để trở nên nguy hiểm hơn giữa đợt dịch đầu tiên và các đợt dịch sau đó, bằng cách tiến hóa để vượt qua hệ thống phòng thủ của cơ thể”, Calvignac-Spencer cho biết.

Các đột biến gene có thể đã làm cho virus thích nghi tốt hơn để lây lan giữa người với người thay vì giữa các loài chim – vật chủ tự nhiên của nó. Một đột biến khác có thể đã thay đổi cách thức virus tương tác với protein MxA của con người. Protein này giúp cơ thể điều chỉnh phản ứng miễn dịch đối với mầm bệnh mới.

Mặc dù các nhà khoa học không biết rõ các biến dị di truyền đã thay đổi hành vi của virus như thế nào, nhưng họ dự đoán rằng những thay đổi này đã giúp virus cúm tránh được một trong những cơ chế mà tế bào người sử dụng để tiêu diệt nó.

Ngoài ra, nhóm nghiên cứu cũng nhận thấy sự thay đổi của nucleoprotein, một trong những protein tạo nên bộ máy sao chép của virus. Nucleoprotein hoạt động giống như giá đỡ cho các đoạn gene của virus. Những đoạn gene này quấn quanh nucleoprotein giống như một cầu thang xoắn ốc.

Nucleoprotein của virus cúm trong đợt dịch đầu tiên trông hơi giống với nucleoprotein của virus cúm lây nhiễm cho chim. Điều này khiến các nhà khoa học tin rằng bệnh cúm năm 1918 bắt nguồn từ chim.

“Loại virus cúm gây ra đại dịch năm 1918 vẫn còn tồn tại đến nay, nhưng nó không còn khả năng gây chết người như trước kia. Nguyên nhân một phần là do con người ngày nay là hậu duệ của những người đã sống sót sau khi nhiễm bệnh cách đây hơn 100 năm. Vì vậy họ đã thừa hưởng một số dạng miễn dịch di truyền”, Calvignac-Spencer nhận định.

Tuy nhiên, các ước tính cho thấy chủng virus cúm gây ra đại dịch năm 1918 đã lây nhiễm khoảng 1 tỷ người trên thế giới, khi đó dân số toàn cầu chỉ là 2 tỷ người. Tổng cộng có khoảng 50 triệu đến 100 triệu người đã chết trong ba đợt bùng phát dịch liên tiếp.

“Tương tự virus cúm năm 1918, virus SARS-CoV-2 đã tiến hóa liên tục trong đại dịch Covid-19 hiện nay, và các chủng virus mới gây ra những làn sóng dịch bệnh liên tiếp”, Calvignac-Spencer nói.

Bởi vì khoa học bây giờ đã có nhiều tiến bộ, nên các nhà khoa học hiểu biết về đại dịch Covid-19 tốt hơn nhiều so với đại dịch cúm năm 1918. “Việc phân tích từng đột biến của virus cúm là điều không tưởng vào thời điểm xảy ra đại dịch năm 1918. Các bác sĩ lúc đó thậm chí còn không biết rằng bệnh cúm là do virus gây ra”, Andrew Mehle, nhà nghiên cứu về bệnh cúm tại Đại học Wisconsin ở Madison (Mỹ), cho biết. Mãi đến năm 1932 – 1933, các nhà khoa học Anh bao gồm Wilson Smith, Christopher Andrewes và Patrick Laidlaw lần đầu tiên xác định virus là nguyên nhân gây ra bệnh cúm. Họ phân lập được virus cúm A từ dịch tiết mũi của bệnh nhân, qua đó chứng minh sự lây lan của virus này trên cơ thể người.

Hiện nay với những công cụ hiện đại, các nhà khoa học đang theo dõi sự tiến hóa của virus theo thời gian thực và tìm ra những đột biến khiến virus lây nhiễm sang con người nhanh hơn. “Chúng ta càng tìm hiểu rõ hơn về đại dịch hiện tại thì nó càng giúp chúng ta hiểu nhiều hơn về đại dịch trong quá khứ, thay vì ngược lại”, Calvignac-Spencer nói.

Một bước đột phá trong nghiên cứu của Calvignac-Spencer và cộng sự là họ đã giải trình tự chính xác bộ gene của virus trong mô người được bảo quản trong formalin hơn 100 năm – điều mà cho đến nay vẫn được cho là rất khó.

Cần phải lưu ý rằng các mẫu bệnh phẩm được bảo quản bằng hóa chất không chứa virus nguyên vẹn hoặc có khả năng lây nhiễm sang người. Việc giải trình tự gene chỉ đơn giản là phân tích các mảnh vật chất di truyền còn sót lại của virus.

“Nhờ các kỹ thuật mới, việc phân tích gene của virus trong các mẫu bệnh phẩm đã bảo quản một thời gian dài trở nên dễ dàng hơn nhiều so với những gì chúng tôi mong đợi”, Calvignac-Spencer nói. “Các kỹ thuật tương tự có thể giúp chúng tôi giải mã bộ gene virus từ cơ thể người bệnh bị chôn vùi trong lớp băng vĩnh cửu lên đến 1.000 năm, bởi vì nhiệt độ lạnh giá có thể bảo tồn DNA lâu hơn nữa”.

Trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu dự định sẽ giải trình tự gene của các virus có thể được lưu giữ trong cơ thể của những xác ướp Ai Cập cổ đại, trong đó bao gồm các xác ướp có niên đại lên tới 5.000 năm. “Người Ai Cập cổ đại đã sử dụng các phương pháp để ngăn chặn quá trình phân hủy sinh học, và đó chính xác là những gì chúng tôi muốn. Chúng tôi sẽ thử phân tích DNA của những virus cổ xưa”, Calvignac-Spencer nói.