'Vi rút ma cà rồng' & tương lai thuốc diệt vi rút

Lần đầu tiên các nhà khoa học phát hiện vi rút có thể "cắn cổ" vi rút khác để "quá giang" đi vào tế bào vật chủ. Khám phá này vừa khiến con người tiếp tục kinh ngạc về thế giới sinh học, vừa gợi mở một tương lai mới trong việc điều chế thuốc diệt vi rút.

"Có bao giờ quý vị tự hỏi chính con vi rút khiến quý vị bị cúm cũng có thể mắc bệnh không? Quý vị sẽ thấy được an ủi nếu biết câu trả lời là có. Và hay hơn nữa là có chuyện quả báo ở đây: thủ phạm gây bệnh cho vi rút hóa ra lại là một con vi rút khác" - Ivan Erill, giáo sư khoa học sinh học Đại học Maryland ở hạt Baltimore County (UMBC), mở đầu dí dỏm cho bài viết trên The Conversation về phát hiện mới của ông và đồng sự: vi rút "ma cà rồng".

Vết cắn vi rút

Theo Erill, vi rút mắc "bệnh" ở đây ý nói nó không thể hoạt động như bình thường. Khi vi rút xâm nhập vật chủ, nó có thể bắt đầu nhân lên ngay lập tức hoặc ở trạng thái không hoạt động (đối với vật chủ không thích hợp). 

Và khi một vi rút khác xâm nhập vật chủ đã có vi rút không hoạt động từ trước, điều gì sẽ xảy ra? Đó là một cuộc chiến giành quyền kiểm soát vật chủ mà một trong hai bên có thể giành thắng lợi.

Với những nhà tin sinh học (bioinformatician) chuyên nghiên cứu sự tiến hóa của vi rút như Erill, chuyện này không có gì lạ. Trên thực tế, trong một vật chủ thường có nhiều loại vi rút cùng ký sinh. Tuy nhiên, Erill và cộng sự lần đầu tiên đã quan sát được cách thức chúng tác động lẫn nhau - một cách thức đầy "ma quái và độc đáo".

Đó là tháng 3-2020, một nhóm sinh viên UMBC do giáo sư Tagide deCarvallo dẫn đầu đã phân lập được hai bacteriophage (thực khuẩn thể, vi rút có khả năng ký sinh vào vi khuẩn và tiêu diệt vi khuẩn) từ vi khuẩn Streptomyces Scabiei trong mẫu đất. 

Với sự trợ giúp của kính hiển vi điện tử đặc biệt, lần đầu tiên các nhà khoa học đã được chứng kiến "khoảnh khắc kỳ lạ" nhưng cũng đầy phấn khích, có thể so với việc một nhiếp ảnh gia động vật hoang dã bắt được một hành vi chưa từng thấy của con vật: mỗi con vi rút đều có một vi rút khác nhỏ hơn, bám vào vị trí cổ (phần dài) của nó. 

Vì tất cả thực khuẩn thể quan sát được đều có cảnh dính díu này, deCarvallo cho rằng "rõ ràng không phải là ngẫu nhiên".

Nữ giáo sư này biết rằng thế giới vi rút có nhiều điều độc đáo và kỳ lạ, nhưng việc một loại vi rút gắn vào một loại vi rút khác là chuyện chưa từng thấy. Bà và đồng nghiệp đã cố tìm hiểu sự "gắn kết" lạ lùng này nghĩa là gì. Kết quả vừa được công bố trên Tập san của Hiệp hội sinh thái và vi sinh quốc tế (Journal of the International Society for Microbial Ecology) hồi tháng 11.

Để nghiên cứu, các nhà khoa học gọi vi rút nhỏ là MiniFlayer, còn vi rút bị bám vào là MindFlayer. MiniFlayer bị mất khả năng tạo ra bản sao của chính nó do không thể đưa mã di truyền của mình vào mã di truyền của vật chủ, vì thế nó sẽ không thể tồn tại trong vật chủ. 

Thay vì chấp nhận số phận và cứ thế nằm im, nó đã tiến hóa - "một cách thông minh và sáng tạo như trong phim kinh dị", theo lời Erill - để có thể bám lấy một vi rút khác ngay khi có thể. 

Cụ thể, nhóm của deCarvalho thấy MiniFlayer chủ động tấn công MindFlayer, và sau khi đã "quá giang" vào tế bào vật chủ, MiniFlayer sẽ lợi dụng cơ chế di truyền của MindFlayer để tiếp tục tồn tại và sinh sản.

DeCarvalho so sánh quan hệ này như chuyện "đi quá giang", nhưng Erill thích mô tả toàn bộ quá trình này giống như ma cà rồng cắm phập răng vào cổ con mồi. Tại sao lại là cắn chứ không phải siết cổ hay ôm? Erill giải thích: khi phân tích riêng lẻ các MindFlayer, các nhà khoa học đã tìm thấy "vết sờn" giống như "vết cắn" tại vị trí "cổ" của chúng.

Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu "vẫn chưa biết MiniFlayer khuất phục "người trợ giúp" của nó như thế nào và liệu MindFlayer có phát triển các biện pháp đối phó hay không" - Erill viết trên The Conversation. Điều đó còn cần thêm gian để nghiên cứu.

DeCarvalho lưu ý chưa rõ MiniFlayer chỉ quá giang tới khi vào được tế bào thì "xuống xe" hay là có truyền mã di truyền của nó vào "kẻ cho đi nhờ" hay không. "Hy vọng có ai tiếp nối công trình của chúng tôi và giải được câu hỏi thực sự lý thú này" - bà nói. 

Các tác giả cũng hy vọng có thể cộng tác với các nhóm nghiên cứu có dạng kính hiển vi điện tử khác để hiểu rõ hơn những gì đang xảy ra.

Tương lai thuốc diệt vi rút

Theo The Washington Post, hậu trường về chuyện gắn kết kỳ lạ của hai con vi rút vừa lý thú về mặt sinh học, vừa gợi mở những nghiên cứu sâu hơn, có thể sẽ tác động sâu sắc đến sự phát triển các liệu pháp chống vi rút mới.

Ngày nay, việc điều trị các bệnh do vi rút còn phức tạp bởi các triệu chứng lâm sàng thường xuất hiện muộn tại thời điểm hầu hết các vi rút đã nhân lên. Cơ chế hoạt động của thuốc chống vi rút hiện nay bao gồm ức chế sự gắn kết của vi rút với vật chủ, ngăn chặn sự sao chép mã di truyền và ngăn chặn việc sản xuất protein - tập trung ngăn vi rút nhân bản. 

Hiện nay, rất ít loại thuốc có đủ tính chọn lọc để ngăn chặn sự nhân lên của vi rút mà không làm tổn thương tế bào vật chủ. Mặt khác, do vi rút tồn tại bên trong tế bào nên các nhà nghiên cứu thường rất khó để phát triển các loại thuốc chống vi rút, bao gồm cả vắc xin.

Giới khoa học đã biết đến liệu pháp thể thực khuẩn, được xem là "vũ khí mới" trong tương lai, nhằm thay thế thuốc kháng sinh chống lại các vi khuẩn kháng thuốc. Họ đang tìm kiếm điều tương tự đối với vi rút.

Chính Erill cũng cho rằng nghiên cứu sâu hơn về các loại "vi rút ma cà rồng" này có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về cách các loại vi rút tương tác với nhau và những hiểu biết mới có thể giúp phát triển các phương pháp điều trị bệnh do vi rút hiệu quả hơn.

"Nếu đại dịch vừa rồi đã dạy chúng ta điều gì thì đó là việc cung cấp thuốc chống vi rút của chúng ta khá hạn chế. Nghiên cứu về bản chất phức tạp, đan xen và đôi khi mang tính săn mồi của vi rút (như khả năng MiniFlayer đối với MindFlayer) có khả năng mở ra những hướng tiềm năng cho liệu pháp chống vi rút" - Erill kết thúc bài viết trên The Conversation.

Vi rút "thực" vi rút

Năm 1992, Bernard La Scola và Christelle Desnues dẫn đầu một nhóm các nhà khoa học của Đại học Địa Trung Hải nghiên cứu một con amip (amoeba) lấy từ tháp làm mát ở Bradford (Anh) và phát hiện một thực thể lớn, khiến họ tưởng đó là vi khuẩn thay vì vi rút (vốn nhỏ hơn vi khuẩn từ 10 - 100 lần).

Phải hơn 10 năm sau, năm 2003, La Scola và các cộng sự mới kết luận thuyết phục được thứ họ tìm thấy là vi rút, một kiểu vi rút "khổng lồ" (khoảng 400 nanomet, so với kích thước phổ biến của vi rút là 20-300 nanomet).

La Scola tiếp tục tìm kiếm vi rút khổng lồ, lúc này được gọi là vi rút mama. Khi phân tích amip từ một tháp giải nhiệt khác ở Paris, họ cũng thấy vi rút mama. Tiếp tục soi vi rút mama dưới kính hiển vi điện tử, các nhà khoa học đã rất bất ngờ khi tìm thấy các vi rút khác có kích thước nhỏ hơn (khoảng 50 nanomet).

Nhóm La Scola phân loại chúng thành một dòng vi rút khác - virophage (tương tự theo cách gọi bacteriophage), tức vi rút "ăn" vi rút. Năm 2015, đến lượt các nhà khoa học của Đại học Michigan khi nghiên cứu một giọt nước từ hồ Ontario, đã tìm thấy 3 virophage ẩn mình trong con vi rút khổng lồ bên trong tảo.

Các virophage chủ yếu được tìm thấy trong nhóm sinh vật nguyên sinh (như đơn bào, amip, nấm mốc, sinh vật phù du…). Bên trong sinh vật nguyên sinh có cả một thế giới vi rút khổng lồ và bên trong vi rút khổng lồ dường như có cả một thế giới vi rút nhỏ hơn. Có lẽ chúng đã luôn thế, chỉ là trước đây khoa học chưa biết mà tìm.