CON ÐƯỜNG TÌM RA CẤU TRÚC VIRUS INFLUENZA
Tác giả : THẾ NGỌC (Tổng hợp từ Interne)
Từ hàng thế kỷ nay, các nhà khoa học thế giới đã quan tâm, ý thức
được các triệu chứng và mức độ nguy hiểm của bệnh cúm do virus
Influenza gây ra trong thế kỷ 19 và 20. Trận dịch xảy ra năm
1918-1919 đã làm tử vong khoảng 20 triệu người trên toàn thế giới.
Và con đường nghiên cứu của các nhà bác học về loại cúm này đã kéo
dài từ năm 1930 đến tận ngày nay.
NHỮNG BƯỚC KHỞI ÐẦU
Virus lần đầu tiên được cô lập vào năm 1930 và sự tìm hiểu cấu trúc bắt đầu từ năm 1943 khi virus được nhìn thấy qua kính hiển vi điện tử. Bề mặt bên ngoài của virus chứa 2 glycoprotein, đó là Hemagglutinin và Neuraminidase.
Hemagglutinin (HA) là protein gây ra bệnh cúm gắn kết vào tế bào hồng cầu nhờ sự hiện diện của acid sialic. Ngày nay yếu tố này được đánh giá là yếu tố gây độc chính của virus.
John Skehel (Giám đốc Viện nghiên cứu Y học Quốc gia Mill Hill, London, Anh) bắt đầu nghiên cứu về Hemagglutinin vào đầu thập niên 70 và không lâu sau đó Don Wiley (Giáo sư Sinh - Hóa - Lý thuộc Viện Ðại học Harvard, Mỹ) quyết định nghiên cứu về cấu trúc của protein này. Một trong những yếu tố dẫn đến quyết định trên là việc Brand và Skehel báo cáo vào năm 1972, họ đã thu được các tinh thể từ dạng hòa tan của HA bị cắt rời từ màng virus bằng chất phân hủy protein bromelain. Wiley thu được một ít mẫu tinh thể thật đẹp Hemagglutinin có thể tạo nên cường độ nhiễu xạ trên 3 angstrom. Don Wiley đã xin đến London để làm việc với Skehel và họ bắt đầu hợp tác lâu dài với nhau. Don quay trở lại Harvard, liên hệ với phòng thí nghiệm và cùng nhau tìm ra lời giải cho cấu trúc của HA. Ðấy là một cấu trúc khác thường: Protein là một chất tam phân với 2 vùng phân biệt rõ ràng, một cuống bao gồm ba thành phần xoắn lấy nhau, mở rộng đến 76 angstrom từ màng virus và có một vùng hình cầu ở bên trên. Như vậy nơi nhận tín hiệu của thụ thể ký chủ nằm ở vùng hình cầu bên trên. Ðó là các amino acid bao lên vùng này và sẽ biến đổi để xuất hiện các chủng virus mới gây dịch. Trước thời gian cấu trúc nguyên tử được phát hiện, HA được biết đến là chất trung gian hợp nhất giữa virus và màng tế bào.
Năm 1981, Ian Wilson, Don Wiley và John Skehel đã công bố cấu trúc nguyên tử của Hemagglutinin (HA) với kích thước 3 angstrom, đó là cái nhìn đầu tiên về cấu trúc protein màng virus. Hai năm sau, cấu trúc Neuraminidase (NA) của virus Influenza cũng được Varghese, Laver và Coleman tìm ra với kích thước 2,9 angstrom.
NHÓM NGHIÊN CỨU TÌM ÐỘC TÍNH CỦA VIRUS INFLUENZA
Khảo sát sự biến đổi liên tục của virus Influenza
Chỉ cần một sự thay đổi di truyền nhỏ là virus cúm vô hại sẽ chuyển đổi thành độc gây tử vong cho gia cầm và con người. Virus có 10 gen chìa khóa để tạo lập ra một số chủng loại đặc biệt gây độc cho người. Khám phá này giúp giải thích tại sao lại có sự bùng phát dịch cúm 4 năm trước đây tại Hồng Kông, gây tỷ lệ tử vong cao khác thường (lên đến 6/18) cho những người nhiễm bệnh. Nhà nghiên cứu Yoshihiro Kawaoka thuộc Viện Ðại học Wiscosin - Madison (Mỹ) được sự hỗ trợ của Viện Quốc gia Dị ứng và các Bệnh Nhiễm trùng (NIAID) cho biết: "Chúng tôi đã tìm thấy một số lượng giới hạn chuyển đổi di truyền ở một gen đặc biệt gọi là PB2 có thể tạo ra một hiệu ứng lớn gây độc trên virus. Do influenzavirus biến đổi liên tục và chỉ cần một vài biến đổi nhỏ cũng đủ biến chúng từ virus không gây bệnh thành virus có khả năng gây bệnh cao, nên chúng tôi cho rằng một sự bùng nổ của những chủng mới sẽ có khả năng gây nguy hiểm cho người".
Thử nghiệm trên chủng H5N1 gây dịch tại Hồng Kông
Chủng virus mới H5N1 ở Hồng Kông năm 1997 là chủng đầu tiên được ghi nhận lây trực tiếp từ gà sang người. Giáo sư Kawaoka cùng cộng sự đã thu được những mẫu H5N1 gây nhiễm tại Hồng Kông xuất hiện từ các ổ dịch năm 1997. Thí nghiệm các virus này trên chuột, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy mối tương quan giữa một số chủng H5N1 gây bệnh cho chuột và gây bệnh cho người. Thử nghiệm bằng cách phân chia biến đổi H5N1 thành hai nhóm: Một gây tử vong trên chuột và một tương đối lành tính, GS. Kawaoka nhận thấy chuột là một mô hình tốt để nghiên cứu H5N1 vì virus gây bệnh cho chuột tương tự như gây bệnh cho người. Sau đó ông dùng kỹ thuật biến đổi di truyền để có virus "designer" từ các virus influenza ban đầu.
TỪ VIRUS "TỰ THIẾT KẾ" ÐẾN GEN PB2, SN-1
Tạo ra virus "tự thiết kế"
Các nhà khoa học đã tạo ra những virus "designer" (tự thiết kế) với những đặc tính cần thiết từ virus ban đầu để nghiên cứu cải tiến việc chế tạo vaccin, hoặc để đáp ứng nhanh chóng một loại vaccin cho một chủng virus mới xuất hiện.
GS. Kawaoka tìm ra phương pháp, rồi TS. Robert Webster và TS. Erich Hoffman (thuộc bệnh viện Nhi St Jude?s Research ở Memphis - Tennessee) đã cùng cộng tác để việc thực hiện được đơn giản và rẻ tiền hơn. Phương pháp đòi hỏi đưa các mảnh DNA có lập trình gen của virus vào tế bào động vật. Những tế bào ấy sẽ sao chép virus và các nhà nghiên cứu sẽ trích lấy. Mặc dù hiện nay virus Influenza sử dụng RNA như là một chất liệu di truyền, nhưng các nhà nghiên cứu sẽ dùng DNA vì DNA dễ dàng được tế bào động vật tiếp nhận. Bằng cách tạo ra các chủng di truyền của H5N1 và thử nghiệm để tìm hiểu làm thế nào mà các chủng này gây bệnh trên chuột, GS. Kawaoka đã khám phá ra sự biến đổi nhỏ của một gen gọi là PB2 xuất hiện làm cho virus dễ lây nhiễm và dễ gây tử vong.
Vai trò của gen PB2
Bằng cách tạo ra biến đổi gen có hệ thống từ virus lành tính trở nên độc rồi thử nghiệm để các virus được tạo lập tác động lên chuột, GS. Kawaoka khám phá ra rằng chính gen PB2 từ nhóm virus có độc tính đã làm cho virus trở nên có hiệu lực gây bệnh.
Sau đó, qua việc thử nghiệm các virus chứa những chủng biến đổi của gen PB2, ông tiếp tục xác định một sự thay đổi nhỏ bên trong gen, sự thay đổi chỉ là một đơn vị RNA xuất hiện trở thành chìa khóa cho độc lực của virus.
Hiện chức năng của gen PB2 vẫn chưa hoàn toàn được biết hết, nhưng các nhà khoa học tin rằng chính gen này đã tập hợp một enzyme có tác động mạnh mẽ lên tế bào ký chủ để phân lập ra nhiều virus khác.
Hơn 10 năm trước đây, các nhà nghiên cứu đã phát triển khả năng tự thay đổi của virus Influenza bằng cách đảo nghịch di truyền. Năm 1999, GS. Kawaoka với sự tiếp sức từ NIAID, đã sắp xếp hợp lý kỹ thuật này để gia tăng tính hiệu quả trong việc nghiên cứu các chủng H5N1 virus.
Vai trò của gen SN-1
Mặt khác, TS. Robert G.Webster đã dùng kỹ thuật sao chép ngược gen di truyền để xác định rằng một loại protein gọi là NS-1, gen của virus Influenza H5N1 cũng giữ vai trò quan trọng trong việc làm cho chủng này trở nên độc. GS. Webster đã đưa gen NS-1 từ H5N1 vào một chủng virus cúm lành tính, nhóm virus kết hợp này đã làm cho lợn bị nhiễm bệnh nặng. Với các khảo sát tiếp theo, GS. Webster chỉ ra rằng protein NS-1 của H5N1 sẽ ngăn cản tác động phòng vệ của các phân tử thuộc cơ chế miễn nhiễm gọi là interferone (vì thế gen NS-1 còn được gọi là gen anti-interferone). Một sự thay đổi có liên kết với dây chuyền protein NS-1 của H5N1 xuất hiện sẽ làm tăng độc tính của virus.
HIỆU QUẢ CỦA CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU
Chính từ các kết quả nghiên cứu này, người ta hiểu vì sao H5N1 trở nên mạnh hơn, gây tỷ lệ tử vong cao và giúp cho các cơ quan y tế phát hiện sớm sự bùng nổ dịch bệnh trong tương lai với các chủng độc tính của virus Influenza. Kỹ thuật đảo ngược di truyền còn cho phép sử dụng virus Influenza như một vectơ cho những phần tử bảo vệ chống lại các bệnh khác, vì các virus "tự thiết kế" có thể giúp tạo lập được khả năng tác động của các protein thuộc những tác nhân gây bệnh. Hệ thống này còn có thể được dùng để nhanh chóng sản xuất ra các loại vaccin chứa virus sống trong trường hợp có thêm bệnh dịch mới lan tràn.
Ðến nay, cuộc chiến chống lại virus Influenza type A H5N1 vẫn đang tiếp diễn và đi vào giai đoạn vô cùng quyết liệt.
