Đậu mùa và các bệnh do virus khác xuất hiện sớm hơn nhiều so với hoài nghi trước đây.

Bức tranh bác sĩ người Anh Edward Jenner tiêm vaccine đậu mùa lần đầu tiên vào năm 1796. Nguồn: DEA Picture Library/Getty Images/history.com.
Bức tranh bác sĩ người Anh Edward Jenner tiêm vaccine đậu mùa lần đầu tiên vào năm 1796. Nguồn: DEA Picture Library/Getty Images/history.com.

Nạn nhân cuối cùng của bệnh đậu mùa là vào năm 1978, sau khi căn bệnh này giết chết hơn 300 triệu người trong thế kỉ XX. Hai năm sau, vào ngày 8/5/1980, Hội đồng Y tế Thế giới tuyên bố rằng virus variola gây bệnh đậu mùa đã bị tiêu diệt. Nhưng nguồn gốc của chúng vẫn luôn là một ẩn số. Bây giờ, các bằng chứng về di truyền đang bắt đầu khám phá ra thời điểm đầu tiên virus này tấn công loài người.

Phải lùi tận về 600 năm sau Công nguyên, đó thời điểm mà người đầu tiên mang loại virus variola. Đây là nội dung của một nhóm nghiên cứu đã công bố trong tuần này, sau khi nhóm của họ đã thu thập DNA virus trong hài cốt của người cổ xưa sau nhiều năm. Phân tích còn ngụ ý rằng virus đã xuất hiện ở người thậm chí còn sớm hơn: ít nhất là 1.700 năm trước, trong thời kỳ hỗn loạn xung quanh sự sụp đổ của Đế chế La Mã phương Tây, thời điểm mà nhiều dân tộc đang di cư qua lục địa Á-Âu.

Vào năm 2016, các nhà nghiên cứu đã tin rằng đậu mùa xuất hiện ở thế kỷ XVII. “Nhưng chúng tôi đã chỉ ra rằng 1.000 năm trước đó, trong Thời đại Viking, đậu mùa đã khá phổ biến ở châu Âu”. Martin Sikora, một nhà di truyền học tiến hóa tại Đại học Copenhagen và là thành viên của nhóm nghiên cứu nói. Nghiên cứu sử dụng DNA chiết xuất từ một xác ướp người Lithuanian.

Bệnh đậu mùa chỉ là ví dụ mới nhất về một bệnh truyền nhiễm nghiêm trọng xuất hiện bất ngờ và lịch sử bệnh thay đổi một cách đáng kể sau khi các nhà khoa học phân tích DNA cổ trong thập kỷ qua. Đầu năm nay, một nghiên cứu đã cho thấy rằng virus sởi có thể đã lây sang người trong thiên niên kỷ thứ nhất trước Công nguyên. Trước đó, nó được cho là đã xuất hiện ở người vào khoảng thế kỷ thứ IX. Bằng chứng dựa trên trình tự di truyền của virus dường như đã tách hẳn ra với nhóm virus gây nên bệnh dịch gia súc. Năm 2018, chính nhóm của Martin Sikora cũng đã chỉ ra rằng viêm gan B đã lây nhiễm cho con người từ thời đại đồ đồng, khoảng 5.000 năm trước; vào năm 2015, một nhóm nghiên cứu khác đã báo cáo một nguồn gốc sớm tương tự cho bệnh dịch hạch, do vi khuẩn Yersinia pestis (Y. pestis) gây ra. Tất nhiên, không phải tất cả các nghiên cứu di truyền đã di chuyển nguồn gốc bệnh tật sớm hơn theo thời gian. Năm 2014, một nhóm do người Đức dẫn đầu đã báo cáo rằng bệnh lao đã lây nhiễm cho con người dưới 6.000 năm, chứ không phải 12.000 năm như trước đây.

Di cốt của một người mang mầm bệnh đậu mùa được chôn cất ở Öland, Thụy Điển, giữa 800 và 1050 sau Công nguyên. Ảnh: Ủy ban Di sản Quốc gia Thụy Điển.
Di cốt của một người mang mầm bệnh đậu mùa được chôn cất ở Öland, Thụy Điển, giữa 800 và 1050 sau Công nguyên. Ảnh: Ủy ban Di sản Quốc gia Thụy Điển.

“Những phát hiện này đang làm rung chuyển sự hiểu biết của các nhà nghiên cứu về cách các bệnh đã ảnh hưởng đến dân số loài người trong suốt lịch sử”, Ann Carmichael, nhà sử học bệnh dịch hạch tại Đại học Indiana ở Bloomington nói.

“Nghiên cứu làm thay đổi các mốc thời gian này có thể sẽ dẫn tới việc viết lại lịch sử loài người”, nhà nghiên cứu khảo cổ Søren Sindbæk, ở Đại học Aarhus ở Đan Mạch cho biết về ý nghĩa của việc kết hợp giữa di truyền học với lịch sử và khảo cổ học.

Bằng chứng DNA cho thấy các bệnh như bệnh dịch hạch và viêm gan B có liên quan đến quá trình di cư từ thời tiền sử - điều mà dường như bây giờ cũng đúng với bệnh do virus variola. Bằng chứng DNA cũng đã cung cấp cái nhìn sâu sắc về độc lực của bệnh đậu mùa cổ đại. Ví dụ, công trình mới nhất cho thấy người Viking mang một dòng variola đã tuyệt chủng khác với chủng hiện đại. Liệu việc di cư đã đưa các căn bệnh đến những khu vực mới, hay sự xuất hiện của căn bệnh khiến mọi người phải di chuyển là một câu hỏi mà các nhà khảo cổ học, nhà sử học và nhà di truyền học hy vọng có thể trả lời.

Bộ gene mầm bệnh cổ xưa

Trước cuộc cách mạng trong nghiên cứu DNA cổ, các nhà nghiên cứu đã phải dựa vào việc kiểm tra các bộ xương - hoặc, hiếm hơn là xác ướp - để tìm bằng chứng rõ ràng về bệnh, ví dụ như bệnh phong hoặc bệnh giang mai. Họ cũng tham khảo chéo với các ghi chép lịch sử. Nhưng nhiều bệnh nhiễm trùng không để lại dấu hiệu rõ ràng trên xương. Bên cạnh đó, họ còn dựa trên manh mối gián tiếp về tuổi của một số bệnh, xuất phát từ việc ước tính tuổi và phân bố địa lý của các đột biến bảo vệ ở người. Những người có tế bào hồng cầu thiếu “kháng nguyên Duffy”, được hưởng một số bảo vệ chống lại ký sinh trùng sốt rét Plasmodium vivax.

Từ những năm 1990, các nhà nghiên cứu đã có thể tìm ra các đoạn DNA của mầm bệnh. Và trong thập kỷ qua, các phương pháp giải trình tự DNA thế hệ mới có thể đọc được vô số những đoạn ngắn. Điều này thật sự hữu ích để giải trình tự DNA bị hư hỏng sau hàng trăm hoặc hàng ngàn năm, giúp các nhà nghiên cứu tái tạo lại toàn bộ bộ gene của mầm bệnh cổ xưa. Năm 2011, các nhà khoa học đã công bố bộ gene đầu tiên của Y. pestis , tập hợp từ bốn bộ xương trong một nghĩa địa ở London, nơi hàng ngàn nạn nhân của “Cái chết đen” (bệnh dịch hạch) được chôn cất vào thế kỷ XIV.

Eske Willerslev, nhà di truyền học tiến hóa tại Đại học Cambridge, Vương quốc Anh, người đã nghiên cứu về bệnh đậu mùa cho biết, hiện nay nhóm ông thường xuyên sàng lọc hài cốt người cổ đại để tìm mầm bệnh đã biết. Lúc đầu, nghiên cứu này chỉ là một phần của dự án để lập biểu đồ di cư Viking cuối thiên niên kỷ đầu tiên trước Công nguyên, nhưng giờ đây đã phát triển thành một phân tích lớn hơn nhiều. Họ đã sàng lọc DNA được thu thập từ 1.867 cá nhân sống ở Âu Á và châu Mỹ từ 32.000 đến 150 năm trước. Kết quả, họ đã tìm thấy các đoạn DNA giống như các chủng variola hiện đại ở 26 mẫu; 13 mẫu trong số đó được trích xuất nhiều DNA variola hơn thông qua phương pháp chụp nhắm mục tiêu, một kỹ thuật sử dụng DNA tổng hợp trong phòng thí nghiệm để chọn ra các sợi tương tự từ xương hoặc răng.

Mười một trong số những cá thể này sống vào khoảng 600 đến 1050 sau Công nguyên, vào thời đại Viking. Họ đến từ Scandinavia, Nga và Vương quốc Anh ngày nay. Một cá thể được khai quật từ một ngôi mộ tập thể ở Oxford, Anh và được cho là đã chết trong cuộc thảm sát Ngày St Brice năm 1002. Bốn cá thể thời Viking đã cung cấp đủ DNA virus cho các nhà nghiên cứu để tái tạo lại gần như hoàn chỉnh bộ gene variola dùng so sánh với các chuỗi variola hiện đại. Đáng ngạc nhiên, dòng lây nhiễm các mẫu thời Viking không phải là tổ tiên trực tiếp của các dòng thế kỷ mười chín và hai mươi. “Đây là một sự tiến hóa riêng biệt và nó đã chết ở một thời điểm nào đó. Theo như chúng ta biết, chúng không còn tồn tại nữa”, Sikora nói.

Các nhà nghiên cứu đã theo dõi cây tiến hóa này bằng cách sử dụng phương pháp gọi là “đồng hồ phân tử”. Họ đã đo mức độ khác nhau của dòng cổ xưa và hiện đại, sử dụng tốc độ tích lũy của sự khác biệt di truyền để tính thời gian trôi qua, dựa trên thời điểm từ khi các dòng tách ra. Phân tích này cho thấy tổ tiên chung gần đây nhất của các con virus này đã tồn tại cách đây 1.700 năm.

Nguồn biểu đồ: B. Mühlemann, M. Sikora & T. Jones/ref. 1
Nguồn biểu đồ: B. Mühlemann, M. Sikora & T. Jones/ref. 1

“Mốc thời gian trên cũng không có nghĩa đó là thời điểm đầu tiên virus lây sang người”, Terry Jones, một nhà sinh học tính toán có trụ sở tại Bệnh viện Charité ở Berlin và Đại học Cambridge, người đã làm việc cho dự án này, nói.”Nó chỉ đơn giản là sự kết hợp dữ liệu của tất cả các mẫu đã được khám phá cho đến nay”. Willerslev nói rằng nhóm của ông đã sàng lọc đủ các cá thể từ Thời đại Đồ đồng, Đồ đá mới và Thời đại đồ đá (khoảng 15000 đến 1200 năm trước Công nguyên ) mà không tìm thấy variola. Điều này có thể đưa thêm bằng chứng rằng bệnh đậu mùa khó xảy ra 3000-4000 năm trước.

Các nhà nghiên cứu khác đã phỏng đoán rằng variola đã lây nhiễm cho con người trước cả mốc thời gian trên (1700 năm trước). Ghi chép lịch sử cho thấy rằng một bệnh giống như đậu mùa đã gắn bó với con người trong hơn 3.000 năm, và thậm chí có thể đã giết chết pharaoh trẻ tuổi Rameses V trong thế kỷ thứ mười hai trước Công nguyên. Mặc dù điều trên là chưa chắc chắn, nhưng một dự án của Ai Cập để phân tích DNA của xác ướp hoàng gia dự kiến ​​sẽ được báo cáo vào năm 2022.

Các nhà khoa học không tham gia vào nghiên cứu đã rất ấn tượng bởi công trình variola này. “Bài báo mới này cho thấy có những chủng mà chúng ta hoàn toàn không biết gì”, Michael Worobey, một nhà sinh vật học tiến hóa tại Đại học Arizona ở Tucson. Nhưng Hendrik Poinar, nhà nghiên cứu sinh vật học tại Đại học McMaster ở Hamilton, Canada, người đã nghiên cứu về bệnh đậu mùa năm 2016, nói rằng sự khác biệt lớn giữa chủng variola thời Viking và chủng hiện đại khiến người Viking có thể không mắc bệnh đậu mùa như chúng ta đang nghĩ (tức là có thể gây ra bệnh khác).

“Điều đó có thể đúng”, Jones nói. “Việc bất hoạt gene tích lũy trong virus đã khiến nó trở nên độc hại hơn. Chúng tôi không thể chắc chắn, nhưng có một lập luận tốt là: Trước thế kỷ XVII, bệnh đậu mùa là một bệnh địa phương và nhẹ”, ông nói.

Viết lại lịch sử

Các nghiên cứu về mầm bệnh cổ đại như bệnh dịch hạch, viêm gan B và bệnh đậu mùa đã chứng minh rằng có thể phát hiện mầm bệnh trong các di hài không có dấu hiệu bệnh. Điều đó mang đến một bức tranh toàn diện hơn về tác động của mầm bệnh trong thế giới cổ xưa.

Sự phân bố các kiểu gene mầm bệnh và cách chúng thay đổi theo thời gian có thể làm sáng tỏ cách thức con người di chuyển trong quá khứ. Chẳng hạn, việc phát hiện ra Y. pestis trong những chiếc răng được bảo tồn của những người chăn gia súc Yamnaya từ thảo nguyên Đông Âu di cư đến châu Âu, đã đưa ra giả thuyết rằng: Những kẻ xâm lược này đã đẩy nhanh sự suy tàn của các xã hội canh tác đá mới sau 3500 năm trước Công nguyên bằng cách lây lan bệnh dịch. “Nhưng đây vẫn là một ý tưởng gây tranh cãi bởi vì có bằng chứng khảo cổ học cho thấy sự suy giảm đã diễn ra 1.000 năm trước khi người Yamnaya đến”, Detlef Gronenborn, một nhà khảo cổ học tại Viện nghiên cứu khảo cổ Leibniz ở Mainz, Đức cho biết.

Nhưng bởi vì chỉ có khoảng 200 bộ gene gây bệnh cổ xưa hoàn chỉnh đã được giải trình tự với chỉ một số ít cho mỗi mầm bệnh, các kết luận hiện nay vẫn đang bị hạn chế. Ngay cả trong đại dịch hiện nay, với hàng chục ngàn bộ gene SARS-CoV-2 được phân tích, các nhà nghiên cứu đôi khi vẫn đưa ra kết luận sai lầm về con đường mà virus đã đi trong quá trình lây lan. Poinar nói, “Các nhà nghiên cứu càng quay ngược thời gian và các mẫu càng thưa thớt, nguy cơ suy luận quá mức càng lớn”.

Các nhà nghiên cứu nói rằng các cuộc điều tra về lịch sử tiến hóa của virus cũng có thể hữu ích trong việc bảo vệ con người trong tương lai. Nhưng họ có một câu hỏi lớn đang cần được trả lời. Năm 2011 xác nhận rằng Y. pestis dẫn đến “cái chết đen” đã gây lên một làn sóng tranh cãi. Và mặc dù hai loại khá giống nhau (do Y. pestis và variola): Vậy tại sao bệnh dịch hạch gây chết người nhiều hơn ở thời kì tiền hiện đại so với hiện đại? Các bệnh lý đi cùng (đồng bệnh lý) và điều kiện sống có thể giải thích một phần, nhưng chưa thỏa đáng. “Đó là một câu hỏi lịch sử, không phải là một câu hỏi di truyền”, Carmichael nói.

Nguồn: Nature doi: 10.1038 / d41586-020-02083-0