Nghiên cứu giải mã những bí mật ẩn giấu ở vùng đất băng vĩnh cửu

Gần đây, các nhà khoa học từ Đại học Liên bang Đông Bắc (NEFU) ở Yakutsk (Siberia) và Trung tâm Nghiên cứu virus và công nghệ sinh học nhà nước Vector của Nga đã khởi động dự án nghiên cứu các virus cổ xưa trong xác động vật từ lớp băng vĩnh cửu tan chảy.

Đối tượng đầu tiên để lấy vật liệu sinh học là xác ngựa được tìm thấy ở vùng Verkhoyansk vào năm 2009. Đối tượng này có niên đại cách đây 4.450 năm, và giá trị khoa học chính của phát hiện này là ở chỗ: các nhà khoa học đã giải mã được bộ gen của một loài động vật cổ đại.

Các nhà khoa học nghiên cứu các mô mềm của voi ma mút và các loài động vật khác thời tiền sử - nai sừng tấm, chó, chim linh miêu, các loài gặm nhấm khác nhau được lưu trữ trong các tủ đông đặc biệt tại Bảo tàng Voi ma mút Yakutsk thuộc Đại học Liên bang Đông Bắc (NEFU). Các chuyên gia hy vọng rằng, các phương pháp hiện đại về giải trình tự toàn bộ bộ gen sẽ cung cấp dữ liệu về sự đa dạng sinh học của vi sinh vật trong mỗi mẫu.

"Nếu các axit nucleic không bị phá hủy, chúng tôi có thể thu thập dữ liệu về thành phần của chúng và xác định xem thành phần đã thay đổi như thế nào trong quá trình tiến hóa. Chúng tôi sẽ có thể xác định những xu hướng quan trọng trong tình hình hiện tại, và sẽ có kha năng đánh giá về tiềm năng dịch tễ học của các tác nhân lây nhiễm đang tồn tại", nhà nghiên cứu Olesya Okhlopkova từ Khoa Nghiên cứu Môi trường và Sinh học của Trung tâm Vector cho hay. 

Các nhà khoa học lưu ý rằng, mục tiêu của họ không phải là "hồi sinh" các vi khuẩn cổ xưa, ngược lại, họ đang cố gắng tách các mầm bệnh cổ xưa từ lớp băng vĩnh cửu để nghiên cứu chúng tốt hơn, đánh giá mức độ nguy hiểm đối với con người và đề xuất các phương pháp chống lại chúng.

Những bí mật ẩn giấu ở vùng đất băng vĩnh cửu

Do hiện tượng ấm lên toàn cầu, lớp băng vĩnh cửu ở Bắc Cực đang tan chảy với tốc độ rất nhanh. Theo các chuyên gia, quá trình này có thể làm hồi sinh những mầm bệnh chết chóc vốn đã vắng bóng hàng nghìn năm, bao gồm những vi khuẩn và virus chưa xác định có trong mô của các động vật hóa thạch được ướp xác và các bong bóng khí trong lớp băng.

Sau Hội nghị lần thứ 25 các Bên tham gia Công ước khung của Liên hợp quốc về biến đổi khí hậu (COP 25) tại Madrid vào tháng 12 năm 2019, các nhà khoa học từ 12 quốc gia đã viết bức thư ngỏ gửi tới WHO. Vào năm 2020, bức thư ngỏ đã được công bố trên tạp chí "Infection, Genetics and Evolution". Các chuyên gia kêu gọi các tổ chức quốc tế và chính phủ các nước phát triển chương trình đặc biệt để nghiên cứu các mầm bệnh cổ xưa bị chôn vùi trong lớp băng vĩnh cửu.

Các nhà nghiên cứu lưu ý, trong những năm gần đây, ở vùng Bắc Cực của Nga, các chuyên gia ghi nhận các bệnh như viêm não do ve gây ra, bệnh brucellosis, bệnh sốt rét, bệnh leptospirosis, bệnh dại và bệnh than đang gia tăng trong gia súc gia cầm và động vật hoang dã. Nhiều bệnh nhiễm virus và vi khuẩn có thể lây lan sang người từ động vật bị nhiễm bệnh.

Một trong những ví dụ điển hình mà các nhà khoa học đã nhắc đến là dịch bệnh than đã bùng phát ở khu tự trị Yamalo-Nenets của Nga vào tháng 7-8 /2016. Vào mùa hè nóng nực bất thường, lớp băng vĩnh cửu rất sâu đã tan chảy với tốc độ nhanh hơn bình thường, những con tuần lộc hấp thụ chất bẩn nhiễm vi khuẩn cùng với cây cối. Sau đó khoảng hai nghìn con tuần lộc đã chết, 72 người phải nhập viện, một đứa trẻ tử vong.

Một số mầm bệnh chết người có khả năng kháng thuốc cực cao. Ví dụ, DNA của virus đậu mùa được phát hiện trong hài cốt những người đã chết cách đây 300 năm ở Yakutia, cũng như trong những vết mụn mủ trên xác ướp của Pharaoh Ramses V ở Ai Cập có niên đại cách đây khoảng 3.200 năm.

Mặc dù tất cả các nỗ lực để phân lập một loại virus có khả năng sống sót từ các bộ hài cốt cổ đại chưa mang lại kết quả, nhưng, các nhà sinh học có thể tái tạo lại các mầm bệnh cổ xưa bằng cách tái tạo lại chuỗi RNA hoặc DNA. Ví dụ, vào năm 2005, họ đã tái tạo virus gây đại dịch cúm Tây Ban Nha trên cơ sở bộ hài cốt của một người đàn ông được chôn cất ở Alaska vào năm 1918.

Năm 2006, các nhà nghiên cứu Pháp từ Viện Gustave Roussy đã tái tạo lại một mầm bệnh cổ xưa vài trăm nghìn năm tuổi chưa được biết đến từ các yếu tố virus nội sinh - chuỗi DNA có nguồn gốc virus.

Các nhà khoa học đã đưa nó vào môi trường nuôi cấy tế bào mô người. Kết quả là nó không chỉ xâm nhập vào tế bào mà còn kết hợp với DNA. Các hạt virus (virion) được phục hồi đã lây nhiễm lên các tế bào tươi, và quá trình này bắt đầu diễn ra theo chu kỳ. Loại virus này được đặt tên là Phoenix - Phượng hoàng.

Trên thực tế, sự "hồi sinh" đầu tiên của các virus cổ đại đã xảy ra một cách tình cờ. Năm 2014, các nhà sinh học tiến hóa người Pháp, hai vợ chồng Jean-Michel Claverie và Chantal Abergel từ Đại học Aix- Marseille đã phát hiện một loại virus cổ xưa trong mẫu băng vĩnh cửu 30.000 năm tuổi từ Siberia. Nó được đặt tên là Pithovirus sibericum.

Hai nhà khoa học nghi ngờ ở đó có nhiễm trùng bởi vì các trùng biến hình amip đã chết trong mẫu đã rã đông. Trong kính hiển vi họ đã nhìn thấy một mầm bệnh thời tiền sử thuộc nhóm virus DNA khổng lồ, có kích thước không thua kém vi khuẩn. Đây là loại virus lớn nhất được biết đến hiện nay: chiều dài 1,5 micromet và đường kính 0,5 micromet.

Năm 2015, các nhà khoa học Pháp đã phát hiện một loại virus khổng lồ khác, Mollivirus sibericum, trong cùng mẫu băng vĩnh cửu. Amip bị nhiễm virus này biến thành một loại nhà máy sản xuất nó, đảm bảo sự lây lan của bệnh nhiễm trùng theo cấp số nhân.

Mặc dù những virus khổng lồ cổ xưa này chỉ lây nhiễm lên vi sinh vật, nhưng, khả năng tái sinh của chúng sau hàng thiên niên kỷ là đáng báo động. Các nhà khoa học không loại trừ rằng, trong lớp băng vĩnh cửu có những mầm bệnh truyền nhiễm gây nguy hiểm cho con người.

Không phải ngẫu nhiên mà virus cổ xưa được phát hiện ở Siberia có tên pithovirus: đây là chiếc hộp (tiếng Hy Lạp: pithos) do thần Zeus tặng cho người phụ nữ đầu tiên của thế gian Pandora. Khi Pandora mở pithos do thần Zeus tặng, từ đó thả ra tất cả các tai ương của thế giới.