Phát hiện 13 đột biến trên Omicron chống lại quy luật tiến hóa tự nhiên

Trong khi các y tá và bác sĩ trên toàn cầu vật lộn với làn sóng Covid-19 lây nhiễm kỷ lục do chủng Omicron, các nhà sinh học tiến hóa đang đặt ra câu hỏi về cách biến thể này bùng phát nhanh chóng.

Khi biến thể Omicron xuất hiện ở miền nam châu Phi vào tháng 11/2021, các nhà khoa học đã rất ngạc nhiên bởi cấu tạo gen của nó. Omicron có số lượng đột biến so với chủng ban đầu nhiều kỷ lục, lên tới 53.

Trong một nghiên cứu công khai tuần trước, một đội ngũ nhà khoa học quốc tế tiếp tục công bố những khám phá mới về chủng này. Họ phát hiện ra Omicron có 13 đột biến rất hiếm khi được tìm thấy ở các dòng virus corona khác.

Về mặt lý thuyết, các đột biến này lẽ ra phải gây hại cho Omicron, nhưng khi chúng kết hợp lại cùng nhau, chúng lại tạo ra một số đặc điểm có lợi cho Omicron.

Giờ đây, các nhà nghiên cứu đang cố gắng tìm ra cách Omicron đi ngược lại các quy luật tiến hóa bình thường và sử dụng những đột biến này để trở thành siêu biến chủng áp đảo toàn cầu trong thời gian ngắn.

Tiến sĩ Darren Martin, một chuyên gia về virus tại Đại học Cape Town, người đã thực hiện nghiên cứu mới, cho biết: "Có một bí ẩn ở đây mà ai đó cần phải tìm ra".

Đột biến là một phần của virus corona. Mỗi khi virus nhân lên trong tế bào, sẽ xảy ra trường hợp tế bào đó sẽ tạo ra một bản sao có sự khác biệt với bản ban đầu. Một số đột biến khiến virus mới yếu hơn và không cạnh tranh được với các virus khác, nhưng ngược lại, một số có thể có lợi cho virus khi nó có thể làm mầm bệnh bám chặt hơn vào tế bào hoặc làm virus nhân lên nhanh hơn. Những virus thừa hưởng đặc tính này có thể áp đảo những chủng khác.

Trong phần lớn năm 2020, các nhà khoa học nhận thấy rằng các virus SARS-CoV-2 có các đột biến nhưng quá trình biến đổi diễn ra tương đối chậm cho tới cuối năm. Sự xuất hiện của Alpha, Beta, Delta đã gây ra làn sóng bùng nổ toàn cầu. Cuối năm 2021, Omicron xuất hiện với lượng đột biến tăng gấp đôi các chủng khác.

Ngay sau khi Omicron xuất hiện, chuyên gia Martin và các đồng nghiệp đã so sánh 53 đột biến của nó với các chủng SARS-CoV-2. Nó sở hữu một số đột biến giống như Delta hay các chủng khác, cho thấy chúng đã sống sót qua quy trình chọn lọc tự nhiên.

Nhưng khi quan sát protein "đột biến" trên bề mặt của Omicron - bộ phận cho phép nó bám vào các tế bào - các nhà khoa học phát hiện ra những đặc điểm khác biệt.

Phần gai của Omicron có 30 đột biến, trong đó 13 đột biến được mô tả là rất hiếm gặp ở các virus corona khác. Một số thậm chí chưa bao giờ xuất hiện trong hàng triệu mẫu virus SARS-CoV-2 do các nhà khoa học giải trình tự gen trong 2 năm qua.

Đi ngược quy luật tiến hóa

Nếu một đột biến được xem là có lợi cho virus, hoặc trung tính, thì nó thường sẽ xuất hiện nhiều trong các mẫu gen được giải trình tự. Tuy nhiên, nếu nó hiếm khi xuất hiện, đó là dấu hiệu nó có thể gây hại cho virus, ngăn virus nhân lên vì vậy nó mới không xuất hiện nhiều. Tuy nhiên, Omicron lại đi ngược logic này.

Theo nghiên cứu, 13 đột biến lạ nếu đứng riêng rẽ có thể gây hại cho virus, nhưng chúng lại tạo ra 3 cụm, mỗi cụm thay đổi một phần nhỏ của protein và mỗi cụm đều đóng vai trò trong việc tạo ra đặc tính khác biệt của Omicron.

Hai cụm trong số đó làm thay đổi phần gai ở đỉnh virus, khiến cho kháng thể con người khó bám vào virus và đẩy nó ra khỏi tế bào. Vì vậy, Omicron có khả năng lây lan nhanh ngay cả khi con người có kháng thể từ tiêm chủng hoặc từ việc mắc bệnh trước đó.

Trong khi đó, cụm còn lại gồm các đột biến ở gần gốc virus tại vùng dung hợp. Nó bắt đầu hoạt động sau khi đầu của gai đã nối vào tế bào, cho phép virus phân phối gen bên trong vật chủ mới.

Thông thường, virus corona sử dụng vùng dung hợp để hợp nhất với màng tế bào. Các gen của chúng sau đó có thể trôi vào sâu trong tế bào. Nhưng cơ chế của Omicron khác biệt, thay vì hợp nhất với màng tế bào, toàn bộ virus lại chui thẳng vào tế bào và tạo ra một bong bóng bên trong.

Một khi virus chui vào trong tế bào, bong bóng có thể vỡ ra và giải phóng các gen. Cách thức xâm nhập này có thể giải thích vì sao Omicron gây ra triệu chứng bệnh nhẹ hơn Delta. Các tế bào ở đường thở trên có thể dễ dàng "nuốt" Omicron vào trong dưới dạng bong bóng. Nhưng sâu trong phổi, nơi Covid-19 có thể gây ra tổn thương đe dọa tính mạng, SARS-CoV-2 phải kết hợp với các tế bào, điều mà biến chủng Omicron không làm tốt.

Ba cụm đột biến ở gai protein được xem là "chìa khóa" khiến Omicron dễ lây lan, nhưng điều gây thắc mắc là chúng rất hiếm gặp trong các virus corona trước đó. 

Chuyên gia Martin nghi ngờ, nguyên nhân khiến 3 cụm đột biến này thách thức quy luật tự nhiên là do hiện tượng "tương tác gen", một hiện tượng tiến hóa có thể gây ra các đột biến có hại nhưng lại trở nên có lợi khi chúng kết hợp với nhau.

Omicron đã biến 13 đột biến bất lợi thành có lợi dường như nhờ vào những điều kiện bất thường. Một khả năng được nêu ra là, Omicron có thể được "ươm" một thời gian dài trong cơ thể người có hệ miễn dịch đặc biệt suy yếu, ví dụ bệnh nhân có HIV.

Người bị suy giảm miễn dịch không tạo ra nhiều kháng thể, nên virus tồn tại thời gian dài trong cơ thể và nhân lên trong thời gian đó, làm gia tăng rủi ro sản sinh đột biến. Trong kịch bản này, cơ thể cá nhân đó trở thành "vườn ươm" của Omicron.