Khi thế giới vật lộn với biến thể coronavirus Delta siêu lây nhiễm, các nhà khoa học đang chạy đua để tìm hiểu cơ sở sinh học cho hành vi của nó. Sự thay đổi axit amin có thể làm nền tảng cho khả năng lây nhiễm hung dữ của biến thể coronavirus.
Một loạt các nghiên cứu đã làm nổi bật sự thay đổi axit amin có trong Delta có thể góp phần vào sự lây lan nhanh chóng của nó. Delta có khả năng lây truyền cao hơn ít nhất 40% so với biến thể Alpha được xác định ở Vương quốc Anh vào cuối năm 2020, các nghiên cứu dịch tễ học cho thấy.
Pei-Yong Shi, nhà virus học tại Chi nhánh Y tế Đại học Texas ở Galveston, cho biết: “Dấu hiệu đáng lo ngại của Delta là khả năng lây truyền dường như đang tăng lên liên tục. Chúng tôi nghĩ rằng Alpha là biến thể rất hung dữ, rất giỏi trong việc lây lan, nhưng biến thể này có vẻ còn hơn thế”.
Các nhà nghiên cứu thuộc nhóm của Shi và các nhóm khác đã nghiên cứu một đột biến làm thay đổi một axit amin duy nhất trong protein đột biến SARS-CoV-2, phân tử virus chịu trách nhiệm nhận dạng và xâm nhập vào tế bào. Sự thay đổi, được gọi là P681R và biến dư lượng proline thành arginine, nằm trong vùng được nghiên cứu kỹ lưỡng của protein đột biến được gọi là vị trí phân cắt furin.
Sự hiện diện của chuỗi axit amin ngắn này đã gióng lên hồi chuông cảnh báo khi SARS-CoV-2 lần đầu tiên được xác định ở Trung Quốc, vì nó có liên quan đến khả năng lây nhiễm cao đối với các virus khác như cúm, nhưng trước đây chưa từng được tìm thấy ở các sarbecovirus khác, thuộc họ coronavirus của SARS-CoV-2.
Virus được kích hoạt trước
Để xâm nhập vào tế bào, protein tăng đột biến SARS-CoV-2 phải được cắt hai lần bởi protein vật chủ. Ở virus SARS-CoV-1 gây ra hội chứng hô hấp cấp tính nghiêm trọng (SARS), cả hai vết rạch đều xảy ra sau khi virus đã khóa vào một tế bào. Nhưng với SARS-CoV-2, sự hiện diện của vị trí phân cắt furin có nghĩa là các enzym vật chủ (bao gồm một loại gọi là furin) có thể tạo ra vết cắt đầu tiên khi các hạt virus mới hình thành xuất hiện từ một tế bào bị nhiễm bệnh. Gary Whittaker, một nhà virus học tại Đại học Cornell ở Ithaca, New York, cho biết các hạt virus đã được kích hoạt trước này có thể tiếp tục lây nhiễm các tế bào hiệu quả hơn so với các hạt cần hai lần cắt.
-
- Đột biến cũng có thể làm tăng tốc độ lây lan của SARS-CoV-2 từ tế bào này sang tế bào khác. Ảnh minh hoạ: Pixabay
Delta không phải là biến thể SARS-CoV-2 đầu tiên có khả năng đột biến làm thay đổi vị trí phân cắt furin. Biến thể Alpha có sự thay đổi axit amin khác ở cùng vị trí với Delta. Nhưng bằng chứng hiện có cho thấy tác động của đột biến đặc biệt sâu sắc ở Delta.
Trong một nghiên cứu được báo cáo là bản chưa qua đánh giá ngang hàng vào ngày 13 tháng 8, nhóm của Shi phát hiện ra rằng protein đột biến được cắt hiệu quả hơn nhiều trong các hạt biến thể Delta so với các hạt Alpha, lặp lại kết quả được báo cáo vào tháng 5 bởi nhà virus học Wendy Barclay tại Đại học Hoàng gia London và nhóm của cô, người đã so sánh Delta với một chủng trước đó. Các thí nghiệm tiếp theo của cả hai nhóm cho thấy rằng sự thay đổi P681R là nguyên nhân chính làm cho đột biến xảy ra một cách hiệu quả hơn rất nhiều. Cô Shi nói: “về mặt cơ chế điều này đã thực sự cố định nó”.
Các nhà nghiên cứu cũng đang bắt đầu tham gia nghiên cứu các thay đổi của P681R và khả năng lây nhiễm rất cao của Delta. Nhóm của Shi phát hiện ra rằng, trong các tế bào biểu mô đường thở của con người được nuôi cấy bị nhiễm với số lượng hạt virus Delta và Alpha bằng nhau, Delta nhanh chóng vượt qua biến thể Alpha, đúng như các mô hình dịch tễ học diễn ra trên toàn cầu. Nhưng lợi thế của Delta đã biến mất khi các nhà nghiên cứu loại bỏ sự thay đổi P681R.
Đột biến cũng có thể làm tăng tốc độ lây lan của SARS-CoV-2 từ tế bào này sang tế bào khác. Một nhóm nghiên cứu do Kei Sato, nhà virus học tại Đại học Tokyo, đã phát hiện ra rằng các protein đột biến mang P681R thay đổi kết hợp với màng sinh chất của các tế bào không bị nhiễm. Đây là một bước quan trọng trong quá trình lây nhiễm và nhanh hơn gần ba lần so với các protein đột biến thiếu sự thay đổi.
Whittaker nói: “Tôi nghĩ rằng virus đang thành công trong việc tăng số lượng và tốc độ. Nó trở thành một loại virus có khả năng lây lan mạnh mẽ và nguy hiểm. Nó có khả năng lây truyền trong cộng đồng và đi qua các tế bào nhanh hơn rất nhiều".
Nhiều hơn một đột biến
Mặc dù các bằng chứng đang được xây dựng cho thấy sự thay đổi P681R là một tính năng quan trọng của Delta, các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng nó không phải là đột biến duy nhất gây ra sự lây lan nhanh chóng của biến thể. Delta mang nhiều đột biến khác đối với protein đột biến, cũng như đối với các loại protein khác mà chưa được nghiên cứu kĩ, điều này khá quan trọng. “Thật đơn giản khi nói đó chỉ là sự thay đổi 681 này. Tôi nghĩ đó là tổng hợp của tất cả mọi thứ”,
Teresa Aydillo-Gomez, nhà virus học tại Trường Y Icahn tại Mount Sinai ở Thành phố New York, nói.
Các nhà khoa học cho biết bối cảnh, cả dịch tễ học và di truyền, cũng có thể có vai trò trong sự trỗi dậy của Delta. Một trong những họ hàng của Delta - biến thể được gọi là Kappa, giống như Delta, được xác định lần đầu tiên ở Ấn Độ, mang nhiều đột biến giống nhau, bao gồm cả P681R, nhưng tác động của nó không quá tàn khốc như Delta.
Trong một bản báo cáo chưa qua đánh giá ngang hàng được đăng vào ngày 17 tháng 8, các nhà nghiên cứu dẫn đầu bởi nhà sinh học cấu trúc Bing Chen tại Trường Y Harvard ở Boston, Massachusetts, cho thấy rằng protein tăng đột biến của Kappa bị phân cắt ít thường xuyên hơn và hợp nhất với màng tế bào kém hiệu quả hơn nhiều so với Delta. Các nhà nghiên cứu nói rằng phát hiện này đặt ra câu hỏi về vai trò của P681R.
Các nhà nghiên cứu ở Uganda đã xác định sự thay đổi P681R trong một biến thể đã lan truyền rộng rãi ở nước này vào đầu năm 2021, nhưng điều đó không bao giờ thành công như Delta đã làm, mặc dù nó hiển thị nhiều đặc tính giống nhau trong các nghiên cứu phòng thí nghiệm dựa trên tế bào. Nhóm của Whittaker đã đưa sự thay đổi P681R vào một protein đột biến từ virus coronavirus đang lan truyền ở Vũ Hán, Trung Quốc vào thời điểm bắt đầu của đại dịch và không tìm thấy sự gia tăng khả năng lây nhiễm của nó. “Cần nhiều hơn một đột biến để tạo ra sự khác biệt”, ông nói thêm.
Whittaker và các nhà khoa học khác nói rằng bất kể vai trò của nó đối với sự thống trị của Delta là gì, đột biến này đã nhấn mạnh tầm quan trọng của việc hiểu được những thay đổi trong vị trí phân cắt furin của coronavirus. Whittaker không mong đợi P681R là đột biến vị trí phân cắt furin cuối cùng gây ra mối lo ngại. “Tôi đang tiếp tục theo dõi xem điều gì sẽ xảy ra tiếp theo”, ông nói.
Ngọc Mai
