Đại dịch COVID-19 đang hoành hành khắp thế giới cho chúng ta thấy một thực thể nhỏ bé như virus có thể đem lại sức tàn phá khủng khiếp không thể tưởng tượng nổi. Được khám phá ra từ cuối thế kỉ XIX, virus là nguyên nhân gây ra nhiều bệnh lý nguy hiểm, và những dịch bệnh khiến cả thế giới điêu đứng như cúm, HIV/AIDS, Ebola, SARS … Tuy nhiên, virus không phải hoàn toàn có hại như nhiều người vẫn nghĩ. Ở chiều hướng ngược lại, nhiều loại virus đã được biết tới là những virus có lợi cho sức khỏe. Mặt khác, các nhà khoa học đã và đang khám phá ra nhiều khả năng để “thuần hóa” virus và bắt chúng phục vụ lợi ích của con người.
Liệu pháp Phage
Năm 2016, tại Conecticut, Mỹ, một người đàn ông 76 tuổi phải trải qua một ca phẫu thuật lồng ngực do phình quai động mạch chủ. Mọi thứ diễn ra suôn sẻ cho đến khi ông bị bội nhiễm một loại vi khuẩn gọi là trực khuẩn mủ xanh [Pseudomonas aeruginosa] trong thời gian hậu phẫu. Chủng vi khuẩn này kháng lại mọi loại kháng sinh có tại bệnh viện khi đó, khiến nhiễm trùng trở nên tồi tệ. Một ổ mủ bắt đầu hình thành trong lồng ngực bệnh nhân, kèm theo nguy cơ vết mổ không thể liền được, đe dọa tính mạng người bệnh.
Trong những nỗ lực cuối cùng để cứu sống bệnh nhân, các bác sĩ đã sử dụng một phương pháp điều trị khi đó còn đang được thử nghiệm gọi là “Liệu pháp Phage”. Bệnh nhân được tiêm một hỗn hợp kháng sinh và hàng trăm triệu con thực khuẩn thể tên là OMKO1.
Thực khuẩn thể [Bacteriophage, hay gọi tắt là Phage] là một loại virus chuyên kí sinh trong tế bào vi khuẩn. Chúng là những thực thể sống đông đảo và phổ biến nhất trong sinh quyển. Thực khuẩn thể được tìm thấy ở bất cứ nơi nào có sự hiện của vi khuẩn.
Năm 1939, lần đầu tiên một thực khuẩn thể được quan sát dưới kính hiển vi điện tử. Chúng có phần đầu dạng khối đa giác, bên trong chứa mã di truyền; phần thân với những cái chân để bám vào bề mặt vi khuẩn.
Ý tưởng của liệu pháp này là đưa vi khuẩn vào thế “lưỡng đầu thọ địch”, với địch ở đây là thực khuẩn thể và kháng sinh. Virus sẽ tấn công vào những kênh trao đổi chất trên bề mặt vi khuẩn chuyên làm nhiệm vụ đào thải các chất dư thừa và độc tố ra khỏi tế bào vi khuẩn [Efflux pump]. Áp lực tiến hóa sẽ khiến cho những vi khuẩn muốn sống sót phải “đóng cửa” những kênh trao đổi chất này. Khi ấy, độc tố, trong đó có kháng sinh, không được đào thải ra khỏi tế bào sẽ giết chết vi khuẩn. Nói cách khác, vi khuẩn hoặc chết vì virus, hoặc sẽ chết vì kháng sinh.
Hiệu quả vượt ngoài mong đợi. Bốn tuần sau, bác sĩ không còn thấy sự hiện diện của Pseudomonas aeruginosa trong các mẫu xét nghiệm, và người bệnh dần hồi phục. Ca bệnh này được báo cáo năm 2018, và Paul Turner, nhà sinh vật học tiến hóa thuộc đại học Yale, người trực tiếp tham gia vào quá trình điều trị, cho biết từ đó đến nay, nhóm của ông đã sử dụng liệu pháp Phage cho 13 bệnh nhân. Tất cả đều đã thành công, mặc dù báo cáo kết quả vẫn đang trong thời gian chờ công bố.
Liệu pháp gen
Chắc hẳn chúng ta đều đã biết về chu trình sống cơ bản của virus. Chúng xâm nhập vào tế bào của vật chủ, đem vật chất di truyền của mình [DNA, RNA] tích hợp vào bộ gen của vật chủ, qua đó điều khiển tế bào nhân bản các thành phần của virus lên hàng nghìn, hàng triệu lần. Những bản sao này sau đó được “lắp ghép” hoàn thiện và phá hủy tế bào, đi tìm vật chủ tiếp theo.
Không một sinh vật nào trên trái đất có thể xâm nhập được vào bộ gen của tế bào như virus. “Siêu năng lực” này từ lâu đã được các nhà khoa học ứng dụng trong công nghệ sinh học, giúp chuyển những đoạn gen mong muốn vào tế bào của các chủng vi khuẩn, hay động thực vật. Ngày nay, khoa học đang từng bước áp dụng công nghệ đó trên con người, để điều trị một số bệnh lý di truyền. Ví dụ, chủng virus AAV [adeno-associated virus] đã được sử dụng để điều trị bệnh ưa chảy máu [Hemophilia], một chứng bệnh di truyền khiến người bệnh không thể hình thành cục máu đông.
Hemophilia là một bệnh di truyền do đột biến gen nằm trên nhiễm sắc thể X của người. Bệnh thường gặp ở nam giới với tỉ lệ mắc khoảng 1/5000 bé trai được sinh ra [số liệu chung trên toàn cầu].
Có hai đột biến thường gặp, là đột biến trên gen tổng hợp yếu tố đông máu số VIII [hemophilia A] hoặc yếu tố đông máu số IX [hemophilia B]. Cả hai chất này đều được tổng hợp ở gan rồi đưa vào máu tuần hoàn đi khắp cơ thể. Ở người mắc hemophilia, do thiếu các yếu tố đông máu này, cơ chế hình thành cục máu đông bị gián đoạn, kết quả là người bệnh dễ gặp tình trạng chảy máu tự phát và khó cầm, nếu không được điều trị, mất máu nhiều có thể đe dọa tử vong.
Virus AAV hiện cũng đang là ứng cử viên sáng giá cho liệu pháp gen nhằm điều trị COVID-19 trong tương lai gần.
♥ Đọc thêm: Những chiến lược hiệu quả nhất để tiêu diệt virus corona [Phân tích khoa học]
Điều khiển trí não bằng ánh sáng
Công nghệ nghe như phim khoa học viễn tưởng này thực sự đang được nghiên cứu với sự trợ giúp đắc lực của virus. Từ lâu người ta đã biết rằng trên màng tế bào của các loài tảo lục có một loại protein rất nhạy cảm với ánh sáng. Sử dụng một kĩ thuật gọi là Optogennetics, các nhà khoa học cấy gen quy định loại protein này của tảo vào tế bào thần kinh động vật [Neuron], với vec- tơ truyền gen, không ai khác chính là virus. Tế bào thần kinh được biến đổi gen sẽ phát sinh khả năng “bật – tắt” dẫn truyền điện [tương ứng với trạng thái hưng phấn và ức chế] khi có sự tác động của ánh sáng. Nói cách khác, chúng ta biến một neuron thành một “công tắc điện” với kích thích là ánh sáng.
Bằng cách nghiên cứu phản ứng của não bộ khi “bật và tắt” các neuron thần kinh ở các vùng khác nhau, các nhà khoa học hy vọng sẽ có những hiểu biết sâu hơn về hoạt động của hệ thần kinh trong những bệnh lý tâm thần như trầm cảm hoặc chứng nghiện. Xa hơn nữa, đó có thể là một biện pháp trị liệu tâm thần mới trong tương lai.
Các loại thuốc thế hệ mới từ virus
Có thể bạn sẽ ngạc nhiên, nhưng Liệu pháp Phage được nhắc đến ở phần đầu bài viết này ra đời còn sớm hơn cả thời điểm con người phát hiện ra kháng sinh. Năm 1917, nhà khoa học Pháp tên là Félix d’Herelle khi nghiên cứu về bệnh tiêu chảy trên gia cầm đã phát hiện ra “một vi sinh vật vô hình, có thể giết chết trực khuẩn lỵ”. Ông đã tách chiết thành công vi sinh vật bí ấn đó và vào tháng 8 năm 1919, bệnh nhân đầu tiên đã được chữa bệnh lỵ bằng Liệu pháp Phage thành công.
Liệu pháp Phage khi đó gây được tiếng vang lớn và trở thành niềm hy vọng mới của y học. Tuy nhiên, sự ra đời của kháng sinh, cùng với hai cuộc Chiến tranh Thế giới đã khiến phương pháp sử dụng thực khuẩn thể chữa bệnh dần bị “lép vế”. Kháng sinh thực sự dễ sản xuất, dễ sử dụng và đáng tin cậy hơn Phage.
Ngày nay, Liệu pháp Phage đang dần được phục hưng với sự đột phá về công nghệ. Năng lực tự nhân bản vô hạn của virus khiến chúng không khác gì một liều thuốc có khả năng “tự khuếch đại”. Hãy hình dung bạn chỉ cần mua một lọ thuốc nhỏ, tiêm chúng vào cơ thể và để thuốc … tự sinh sôi.
Một số nhà khoa học đã khám phá ra các chủng virus có thể tiêu hủy tế bào ung thư, gọi là Oncolytic virus. Tuy nhiên, mặc dù các thử nghiệm đang rất thành công trong phòng thí nghiệm, thì việc ứng dụng trên cơ thể người còn cần một khoảng thời gian nữa. Việc “đào tạo” virus tấn công tế bào ung thư cũng gian nan như nuôi dạy … hổ vậy.
Virus tạo nên loài người
Tin hay không tùy bạn, nhưng sự tồn tại của loài người cho đến ngày nay có công trạng không hề nhỏ của các loài virus. Năm 2000, dự án Giải mã bộ gen người cho thấy có đến 8% mã gen người mang dấu tích của các chủng Retrovirus cổ đại. Rất nhiều trong số đó là những gen có lợi, thậm chí là quan trọng.
Một trong những ví dụ điển hình là sự tích hợp của gen Syncytin trên một loài Retrovirus vào mã gen của loài động vật có vú cách đây 60 triệu năm, giúp kích thích sự tiến hóa của bánh nhau. Trước khi sự kiện này diễn ra, động vật phải sử dụng vỏ trứng để ngăn cách phôi thai và cơ thể của mẹ, để tránh kích hoạt các phản ứng từ hệ miễn dịch của mẹ có thể làm hại bào thai. Nếu không có vỏ trứng, phôi thai có nguy cơ bị các tế bào bạch cầu “nuốt chửng”. Tuy nhiên, Syncytin cho phép tạo nên một “hàng rào” giữa bào thai và cơ thể mẹ, trong khi vẫn cho oxy và dưỡng chất trao đổi qua bánh rau. Các loại thú đẻ con đã tiến hóa mạnh mẽ từ đó cho đến nay, trong đó có cả con người.
Hiện tại, virus vẫn có giá trị đối với sức khỏe của con người. Hệ vi sinh đường ruột của người có một quần thể các loài virus định cư ổn định, được gọi là Virome. Virome giữ một vai trò quan trọng khi chúng tấn công các vi khuẩn có hại, bảo vệ đường ruột của chúng ta khỏi tình trạng nhiễm trùng. Một số nghiên cứu còn cho thấy virome bảo vệ đường ruột tránh khỏi những tổn thương do kháng sinh.
♥ Đọc thêm: 5 cách để giữ hệ vi khuẩn đường ruột khỏe mạnh
Từ lâu chúng ta có cái nhìn ác cảm với virus, coi chúng là những thực thể nguy hại và luôn đe dọa sức khỏe con người. Thực tế, chúng là những cỗ máy tí hon, cố gắng tạo ra bản sao của chính mình để tồn tại. Việc điều hướng chúng để ngăn ngừa tác hại, và hơn thế, tạo ra những lợi ích cho sức khỏe, là mục tiêu của khoa học trong thế kỉ này.