Vì sao biến chủng của virus SARS-CoV-2 xuất hiện ngày càng nhiều và qua mặt hệ miễn dịch?

Các biến thể mới của SARS-CoV-2 đã 2 lần "trốn tránh" các biện pháp bảo vệ biên giới của New Zealand để lây lan vào cộng đồng. Trong đợt bùng phát gần đây nhất, do số trường hợp nhiễm dòng biến thể B.1.1.7 trong cộng đồng gia tăng, thành phố Auckland (New Zealand) đã phải nâng mức cảnh báo dịch bệnh lên mức độ 3, ra lệnh đóng cửa trong 3 ngày.

Mặc dù sự đột biến của virus SARS-CoV-2 diễn ra kể từ khi bắt đầu đại dịch nhưng phải đến giữa tháng 12/2020, các biến thể với đặc tính nguy hiểm mới xuất hiện. Nguyên nhân dẫn tới điều này là do sự gia tăng liên tục theo cấp số nhân của các trường hợp mắc bệnh trên toàn cầu. Mỗi trường hợp mắc Covid-19 đều tạo cơ hội cho virus đột biến và nếu số lượng nhiễm bệnh tiếp tục tăng, càng nhiều biến thể mới có khả năng xuất hiện.

Đột biến gen xảy ra trong quá trình sao chép

Mã di truyền của virus SARS-CoV-2 là một chuỗi RNA gồm khoảng 30.000 kí tự (hoặc các chữ cái). Khi virus xâm nhập vào tế bào cơ thể người, nó sẽ chiếm quyền điều khiển để tạo ra hàng nghìn bản sao của chính nó, nhưng quá trình sao chép không hoàn hảo.

Tình trạng lỗi gen hay đột biến gen xảy ra trung bình vài tuần một lần trong bất kỳ chuỗi lây truyền nào. Hầu hết là những thay đổi trong một kí tự duy nhất và không dẫn đến sự khác biệt đáng chú ý. Cũng có một số trường hợp thay đổi hình thức vật lý của virus, với các tác động có thể ảnh hưởng đến cách hoạt động của biến thể mới.

Chúng ta biết về các biến thể này nhờ sự nỗ lực sắp xếp thứ tự và chia sẻ cởi mở từ các quốc gia. Các biến thể phát sinh gần đây - được gọi là B.1.1.7 (được xác định lần đầu tiên ở Anh), B.1.351 (được xác định ở Nam Phi) và P.1 (được xác định ở Brazil) - tất cả đều có một số lượng lớn các đột biến có làm thay đổi tính chất vật lý của virus.

Một số thay đổi này nằm ở bên ngoài của virus, trong các protein gai mà nó sử dụng để lây nhiễm tế bào. Những thay đổi như vậy cũng có thể làm suy yếu khả năng của hệ thống miễn dịch của con người trong việc phát hiện các phiên bản mới của virus, khiến việc phát hiện virus gặp khó khăn hơn.

Lý do rõ ràng nhất khiến các biến thể mới xuất hiện gần đây là số ca mắc bệnh trên toàn cầu tăng ồ ạt trong quý cuối cùng của năm 2020. Có khoảng 35 triệu ca được ghi nhận trên toàn thế giới trong 9 tháng đầu năm 2020, nhưng chỉ mất 2 tháng để tăng gấp đôi.

Virus đang hình thành sự ứng phó với khả năng miễn dịch đã bắt đầu hình thành trong cộng đồng

Nguyên nhân thứ hai là do virus đang phải hình thành sự ứng phó với khả năng miễn dịch đã bắt đầu hình thành trong cộng đồng. Hệ thống miễn dịch của chúng ta đóng một vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy các đột biến tồn tại và lây lan.

Hệ thống miễn dịch không ngừng cố gắng xác định và tiêu diệt virus. Virus chỉ có thể lây nhiễm sang người mới nếu nó thoát khỏi sự phát hiện. Các đột biến thường xảy ra ngẫu nhiên, những đột biến dẫn đến một biến thể dễ lây truyền hoặc những biến thể thoát khỏi hệ thống miễn dịch của cơ thể lại thường được ưu tiên lựa chọn và có nhiều khả năng tồn tại hơn.

Các đột biến đặc trưng như B.1.1.7, B.1.351 và P.1 đã được chứng minh là lây lan nhanh hơn (đặc biệt là B.1.1.7) và bằng chứng ban đầu chỉ ra sự khác biệt trong đáp ứng miễn dịch của các biến thể này.

Một dấu hiệu khác cho thấy khả năng miễn dịch đóng một vai trò lớn trong việc hình thành các biến chủng của virus là các biến thể B.1.351 và P.1 trở nên nổi bật ở những khu vực có nhiều đợt Covid-19, nơi dân số phát triển mức độ miễn dịch cao hơn.

P.1 được xác định ở Brazil, nơi có tới 70% dân số bị nhiễm trong đợt đầu tiên. B.1.351 nhanh chóng trở thành chủng vi khuẩn nổi trội ở khu vực Eastern Cape của Nam Phi, nơi cũng bị ảnh hưởng nặng nề tương tự.

Các biến thể mới có thể lây nhiễm cho nhiều người hơn so với loại virus "hoang dã" ban đầu, chỉ có thể lây nhiễm cho những người chưa từng bị nhiễm trước đây.

Đây là một trong những lý do tại sao trong lịch sử, khả năng miễn dịch của cộng đồng đối với một loại virus mới không xảy ra thông qua "việc để lây nhiễm tự nhiên" mà chỉ thông qua việc tiêm phòng.

Phần cuối của câu chuyện, thực tế là 2 trong số các biến thể này (B.1.1.7 và P.1) khác nhau tới 25 đột biến so với trình tự gen của virus SARS-CoV-2 được biết đến gần nhất. Điều này rất bất thường vì hầu hết các chuỗi virus mà chúng ta thấy chỉ nằm trong một vài đột biến của những chuỗi khác.

Sự gia tăng nhanh chóng về tính đa dạng như vậy đã được quan sát thấy trong các trường hợp nhiễm Covid-19 mãn tính ở các vật chủ bị suy giảm miễn dịch. Hầu hết mọi người đều bị bệnh trong 1-2 tuần, nhưng có một số ít người phải chiến đấu với căn bệnh này trong nhiều tháng. Trong thời gian đó, virus tiếp tục phát triển, đôi khi rất nhanh bởi hệ thống miễn dịch suy yếu tạo ra đủ loại thách thức đối với virus nhưng không tiêu diệt được nó.

Loại lây nhiễm này tạo ra một "sân tập" cho virus, vì nó liên tục thích nghi.

Sẽ có những biến chủng mới không?

Miễn là virus còn xung quanh, nó sẽ tiếp tục đột biến. Với khả năng bảo vệ bằng vắc-xin và khả năng miễn dịch tự nhiên ở số lượng người ngày càng tăng, virus sẽ gặp áp lực lớn hơn trong việc "né tránh" khả năng phòng vệ miễn dịch của chúng ta.

Tỷ lệ đột biến mới rất khác nhau giữa các loại virus. Tỷ lệ đột biến tổng thể của SARS-CoV-2 bằng khoảng một nửa so với virus cúm và chậm hơn nhiều so với HIV. Nhưng tỷ lệ đột biến tổng thể không cho chúng ta biết tất cả. Điều thực sự quan trọng là tỷ lệ đột biến làm thay đổi tính chất vật lý của virus.

Về cơ bản, virus ban đầu chỉ có một số đột biến và có thể có những thay đổi dễ dàng hơn nữa có thể khiến nó thích nghi tốt hơn với con người. Một khi virus đã qua giai đoạn thích ứng ban đầu này, sẽ có ít cơ hội để thay đổi dễ dàng, cải thiện thể chất và các biến thể mới có thể ít xuất hiện hơn.

Các biến thể đã được đặc trưng cho đến nay có thể chỉ là một tập hợp nhỏ của những biến thể đang được lưu hành. Không phải ngẫu nhiên mà chúng được biết đến từ các quốc gia có chương trình giải trình gen toàn diện (nổi bật là Anh).

Cách tốt nhất để bảo vệ chống lại tất cả các biến thể hiện tại và ngăn ngừa sự xuất hiện của các biến thể khác là giảm số ca mắc bệnh thông qua các biện pháp kiểm soát liên tục và tiêm chủng.

Tác giả: David Welch (Giảng viên cao cấp, Đại học Auckland); Jemma Geoghegan (Giảng viên chính và Nhà khoa học liên kết tại ESR, Đại học Otago); Joep de Ligt (nhà khoa học đầu ngành Genomics & Tin sinh học, ESR) và Nigel French (Giáo sư An toàn Thực phẩm và Thú y Công cộng, Đại học Massey).

Theo SCMP