Một nghiên cứu mới của trường Y khoa Đại học Pittsburgh, Mỹ (gọi tắt là Pitt), trong một mô hình tiến hóa lặp đi lặp lại, SARS-CoV-2 trốn tránh các phản ứng miễn dịch bằng cách xóa một cách có chọn lọc các đoạn nhỏ trong chuỗi gen của nó.

Trong bản báo cáo khoa học, được công bố trên tạp chí Science ngày 4/2 các nhà nghiên cứu thông báo,  những xóa bỏ này xảy ra trong một phần của trình tự mã hóa cho hình dạng của protein spike (protein dằm) để thâm nhập tế bào, nên các kháng thể trung hòa trước đây không thể bắt được các protein spike của virus.

 

Những kháng thể (xanh lục và đỏ) liên kết với protein spike SARS-CoV-2 trong tế bào (xanh lam) khi không có sự xóa bỏ trong trình tự gen (trái). Sự mất đoạn trong trình tự gen  khiến protein Spike ngừng gắn kết với kháng thể trung hòa (không có màu xanh lá cây) nhưng những kháng thể khác (màu đỏ) vẫn gắn rất tốt (phải). Sự xóa lặp lại tạo ra các biến thể thoát khỏi kháng thể trung hòa.

Do "trình đọc hiệu đính" phân tử, thường bắt lỗi trong quá trình sao chép nhân bản SARS-CoV-2  "mù" trong việc sửa chữa các hiện tượng xóa, điểm bị xóa gắn chặt vào vật liệu di truyền của biến thể virus.

" Trình đọc hiệu đính phân tử không thể sửa chữa những gì không có ở đó", Paul Duprex, Tiến sĩ, Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Vắc xin tại Đại học Pittsburg tác giả cấp cao của công chình nghiên cứu cho biết. "Một khi đã bị xóa, trình tự không thể phục hồi, nếu bị xóa một mẩu trong một phần quan trọng trình tự gen của virus mà kháng thể 'nhìn thấy', thì virus cũng sẽ không bị kháng thể tấn công."

Khi bài báo lần đầu tiên được công bố dạng bản thảo trước khi in tháng 11/2020, các nhà nghiên cứu lập tức theo dõi những diễn biến của mô hình, khi một số biến thể được quan tâm nhanh chóng lan rộng trên toàn cầu. Các biến thể lần đầu tiên xác định ở Vương quốc Anh và Nam Phi đều những biến mất trong trình tự gen này.

Nhóm nghiên cứu Duprex lần đầu tiên phát hiện ra những dấu vết xóa bỏ ở trình tự gen chống lại kháng thể trung hòa này trong một mẫu virus từ một bệnh nhân bị suy giảm miễn dịch, nhiễm SARS-CoV-2 trong 74 ngày và thiệt mạng vì COVID-19.

Trong một thời gian dài, vi rút và hệ thống miễn dịch giao tranh theo kiểu "mèo vờn chuột", tạo rất nhiều cơ hội cho những biến đổi làm xuất hiện các đột biến đáng lo ngại này trong bộ gen của vi rút, đang lây nhiễm trên toàn thế giới.

Tiến sĩ Duprex đã yêu cầu tác giả chính trong nghiên cứu là Kevin McCarthy, Tiến sĩ, trợ lý giáo sư sinh học phân tử và di truyền học phân tử tại Pitt, chuyên gia về vi rút cúm – có hiểu biết bậc thầy về sự trốn tránh miễn dịch xem xét, liệu những vết mất có trong chuỗi gen di truyền virus của bệnh nhân này có thể là một phần của xu hướng đột biến lan rộng hay không.

McCarthy và các đồng nghiệp cùng nghiên cứu cơ sở dữ liệu về trình tự gen SARS-CoV-2, được thu thập trên khắp thế giới kể từ khi virus lần đầu tiên lây nhiễm ở người.

Khi dự án bắt đầu mùa hè năm 2020, SARS-CoV-2 được cho là tương đối ổn định, nhưng McCarthy khi xem xét kỹ lưỡng cơ sở dữ liệu, ông nhận thấy sau nhiều lần xóa các đoạn trong trình tự thì một mô hình đột biết xuất hiện.

Việc xóa liên tục này diễn ra ở những điểm giống nhau trong trình tự gen, những điểm mà virus có thể chịu đựng sự thay đổi về hình dạng ban đầu, không làm mất khả năng xâm nhập tế bào và tạo bản sao của chính nó.

McCarthy, lãnh đạo phòng thí nghiệm cấu trúc virus học tại Trung tâm Nghiên cứu vắc xin của Pitt cho biết: “Sự tiến hóa đang lặp lại. Nghiên cứu mô hình lặp đi lặp lại một cách có hệ thống, chúng tôi có thể dự đoán: Nếu điều đó xảy ra một vài lần, hoàn toàn có khả năng xảy ra nhiều lần nữa."

Trong số các trình tự gen của SARS-CoV-2  mà McCarthy xác định là có những sự xóa này, có "biến thể Vương quốc Anh" - tên riêng là B.1.1.7. Đến thời điểm tháng 10/2020, biến thể B.1.1.7 vẫn chưa lan rộng nhưng đã có trong bộ dữ liệu.

Phát hiện này làm gia tăng căng thẳng trong các nhà khoa học và chế tạo vắc xin và không ai biết ý nghĩa của phát hiện này sẽ có tầm quan trọng ra sao. Nhưng những phân tích của McCarthy đã phát hiện được những đột biến này khi tìm kiếm quy luật các mẫu trong chuỗi gen.

Chủng virus, được xác định ở bệnh nhân Pittsburgh còn dễ bị vô hiệu hóa bởi một đám kháng thể có trong huyết tương những bệnh nhân đã khỏi bệnh, điều đó cho thấy đột biến bằng cách xóa đi một đoạn trong trình tự gen của virus không phải là tất cả hoặc không có ý nghĩa. Nhưng đó là nhận biết quan trọng khi thiết kế và phát triển các công cụ để chống lại virus.

"Theo dõi và nhận biết những biến đổi của virus theo nhiều cách khác nhau là cách chúng ta chiến thắng virus đột biến", Duprex nói. "Sự kết hợp những kháng thể khác nhau, sự kết hợp của các kháng thể đơn miền nanobody với những kháng thể đơn miền khac, các loại vắc-xin khác nhau. Trong tình huống khủng hoảng, chúng ta sẽ cần có những giải pháp dự phòng để đối phó với những đột biến mới."

Bản báo cáo khoa học này cho thấy cách mà SARS-CoV-2 có khả năng thoát khỏi các loại vắc-xin và phương pháp điều trị hiện nay, nhưng tại thời điểm này, không thể biết chính xác khi nào nguy cơ này có thể xảy ra. Liệu vắc-xin COVID-19 trên thị trường hiện nay có thể cung cấp mức độ bảo vệ cao trong sáu tháng? Một năm? Năm năm? Cũng chưa thể dự đoán được khả năng lây nhiễm và ủ bệnh của những chủng đột biến này.

McCarthy nói: “Những biến đổi theo cách xóa một đoạn nhỏ trình tự gen này làm giảm hiệu quả của hệ thống miễn dịch cơ thể đến đâu vẫn chưa được xác định, nhưng tại thời điểm, chúng ta phải bắt đầu nghiên cứu cải tiến vắc-xin, hoặc ít nhất là suy nghĩ về ý tưởng đó."

Tham gia vào nghiên cứu còn có tiến sĩ Linda Rennick, tiến sĩ Sham Nambullicủa Pitt; Lindsey Robinson-McCarthy, Tiến sĩ Trường Y Harvard, nhà virus học tại Trung tâm Ung thư UPMC Hillman; Bác sĩ William Bain và bác sĩ Ghady Haidar, của Pitt và UPMC. Nghiên cứu này được tài trợ từ Quỹ Richard King Mellon, Quỹ Gia đình Hillman, Trung tâm Điều trị và Cấy ghép Miễn dịch UPMC.