Điều gì khiến một số bệnh nhân COVID-19 sau khi đã khỏi bệnh nhiều tuần, thậm chí nhiều tháng vẫn có xét nghiệm PCR dương tính với virus? Đó hiện vẫn là một câu hỏi chưa có lời giải đáp thỏa đáng.
Mặc dù họ có thể bị nhiễm virus thêm một lần nữa, hoặc thậm chí nhiễm một biến chủng hoàn toàn mới của SARS-CoV-2, nhưng phân lập mẫu bệnh phẩm của một số bệnh nhân "tái dương tính" lại không cho thấy bất kỳ một virus sống nào.
Điều đó có nghĩa là xét nghiệm PCR đi tìm RNA của virus đã cho kết quả dương tính giả. Tuổi thọ của RNA trong các xét nghiệm này cũng rất ngắn – hầu hết chúng chỉ tồn tại trong vài phút. Do đó, nhiều khả năng đây cũng không phải là những RNA của virus SARS-CoV-2 cũ còn sót lại.
Vậy điều gì đã khiến xét nghiệm PCR bị sai trong trường hợp này? Một nhóm các nhà nghiên cứu dẫn đầu bởi giáo sư sinh học Rudolf Jaenisch từ Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), bây giờ, đã có lời giải thích.
Trong một nghiên cứu mới đăng trên Kỷ yếu Viện Hàn lâm Khoa học Hoa Kỳ (PNAS), các nhà khoa học cho thấy virus SARS-CoV-2 có thể tích hợp các mảnh RNA của nó vào bộ gen của tế bào người, thông qua một quá trình gọi là phiên mã ngược.
[Đọc thêm: Biến thể đột biến kép từ Ấn Độ là biến thế dễ lây lan nhất hành tinh?]
Một phần RNA của virus sau đó sẽ trở thành một phần của bộ gen chúng ta. Các phần của bộ gen này sẽ được dịch mã thành các mảnh RNA mới. Chính các mảnh RNA được dịch mã này mới là thứ đã lọt vào xét nghiệm PCR và cho kết quả dương tính chứ không phải bản thân RNA của virus ban đầu.
Nhưng điều đó có nghĩa gì? Liệu virus SARS-CoV-2 có thể tích hợp RNA vào bộ gen của chúng ta và tồn tại mãi mãi ở đó? Liệu nó có thể chơi một trò chơi trốn tìm giống với virus HIV, và biến COVID-19 trở thành một căn bệnh không thể chữa khỏi hay không? Hay sự tồn tại của các mảnh RNA virus trong bộ gen sẽ giống với một món quà, đem lại cho chúng ta khả năng miễn dịch vĩnh viễn với căn bệnh?
Các nhà khoa học mới chỉ có một phần câu trả lời cho các câu hỏi đó. Còn lại, họ chỉ có thể suy đoán và tiếp tục theo dõi.
Virus SARS-CoV-2 có thể tích hợp bản thân nó vào bộ gen người
Trong trường hợp bạn ngạc nhiên với điều đó, SARS-CoV-2 không phải là loại virus duy nhất có khả năng làm vậy. Khoảng 8% DNA của chúng ta thực chất là những bản vá do RNA virus tích hợp vào. Đó từng là những virus gây bệnh cho tổ tiên của chúng ta và được di truyền tới ngày nay. Hoặc cũng có thể là một số virus được gọi là retrovirus, có khả năng lẻn vào DNA của con người để tự tái tạo.
Ví dụ, HIV là một loại retrovirus lây nhiễm vào các tế bào miễn dịch của con người. Retrovirus này chèn bộ gen của nó vào bộ gen tế bào, nơi nó có thể nằm im ở đó và chờ đợi. Tại một thời điểm nào đó, DNA của virus được kích hoạt, trở thành khuôn mẫu để sản sinh ra nhiều virus HIV hơn. Lúc bấy giờ, người nhiễm HIV mới phát bệnh khi retrovirus bùng phát và giết chết một số lượng lớn tế bào miễn dịch trong cơ thể.
Cái tên "retrovirus" với "retro" nghĩa là "tua ngược" xuất phát từ việc những virus này có bộ gen RNA hoạt động ngược so với hướng thông thường. Thay vì sử dụng DNA để tạo ra RNA, sau đó đóng vai trò như một sứ giả được gửi đến ribosome để tạo ra protein, những virus này sử dụng RNA của chúng để tạo ra DNA và sau đó tích hợp nó vào bộ gen của tế bào bị nhiễm.
Tuy nhiên, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ Liguo Zhang, một đồng tác giả nghiên cứu mới đến từ Viện Whitehead cho biết: "SARS-CoV-2 không phải là retrovirus, có nghĩa là nó không cần phiên mã ngược để sao chép. Mặc dù vậy, trình tự RNA của các virus không phải retrovirus đã từng được phát hiện trong bộ gen của nhiều loài động vật có xương sống, bao gồm cả con người".
Với suy nghĩ này, tiến sĩ Zhang và giáo sư Jaenisch bắt đầu thiết kế các thí nghiệm để kiểm tra xem liệu sự tích hợp gen virus sang tế bào người này có thể xảy ra với SARS-CoV-2 hay không? Với sự giúp đỡ của Alexsia Richards, cũng là một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại phòng thí nghiệm của Jaenisch, các nhà nghiên cứu đã làm một thí nghiệm.
Họ chủ động lây nhiễm virus SARS-CoV-2 vào tế bào người trong môi trường phòng thí nghiệm và sau đó giải trình tự DNA cho các tế bào bị nhiễm bệnh sau 2 ngày. Mục đích là để xem liệu nó có chứa dấu vết của RNA virus hay không?
Để đảm bảo rằng kết quả của họ có thể được xác nhận bằng các phương pháp khác nhau, họ đã sử dụng tổng cộng 3 kỹ thuật giải trình tự DNA độc lập. Kết quả trong tất cả các mẫu, các nhà nghiên cứu tại MIT đều tìm thấy các đoạn vật liệu di truyền của virus SARS-CoV-2.
Điều đó là bằng chứng thuyết phục cho thấy virus SARS-CoV-2 có thể tích hợp bản thân nó vào bộ gen của chúng ta dù cho chúng không phải retrovirus.
COVID-19 có trở thành một căn bệnh không thể chữa khỏi?
Việc SARS-CoV-2 có thể hành xử giống với một retrovirus và dẫn đến các kết quả xét nghiệm "tái dương tính" sau vài tháng đã đặt ra lo ngại: Liệu COVID-19 có khả năng trở thành một căn bệnh tái phát đi tái phát lại như HIV hay không?
Thật may mắn, các tác giả nghiên cứu mới tại MIT nhấn mạnh rằng họ không tìm thấy toàn bộ RNA của virus SARS-CoV-2 trong tế bào người. Thay vào đó, thứ được phát hiện chỉ là những đoạn RNA rời rạc, không đủ để dịch mã thành một virus sống hoàn thiện.
Điều đó có nghĩa là các đoạn RNA đủ để tạo ra kết quả dương tính giả cho xét nghiệm PCR, nhưng không đủ để dịch mã và tái tạo lại một virus hoàn thiện, như cách mà HIV sinh ra các virus mới sau khi tích hợp vào DNA tế bào miễn dịch.
Thêm vào đó, trình tự mà các đoạn RNA được dịch mã cũng rất lộn xộn, gần như 50% nó được đọc ngược và 50% chúng được đọc xuôi. Nó cho thấy RNA của virus SARS-CoV-2 đã được tích hợp ngẫu nhiên vào bộ gen người, chứ không hề có chủ ý.
"Đó là những gì chúng tôi thấy trong một số mẫu bệnh phẩm", tiến sĩ Zhang cho biết.
Giải thích về việc tại sao virus SARS-CoV-2 lại có thể tích hợp các mảnh RNA của nó vào DNA tế bào người, các nhà khoa học cho biết họ đã tìm thấy dấu hiệu của một đặc điểm di truyền được gọi là retrotransposon, hay "gen nhảy".
Đó là các đoạn DNA có thể di chuyển từ vùng này sang vùng khác của bộ gen trong các điều kiện căng thẳng cao, trong thời kỳ ung thư hoặc khi cơ thể bị lão hóa. Gen nhảy cũng là một tác nhân mạnh mẽ của sự thay đổi di truyền.
Một gen nhảy phổ biến trong bộ gen người được gọi là LINE1 retrotransposon. Nó được tạo thành từ sự kết hợp mạnh mẽ của máy cắt DNA và enzyme sao chép ngược, một loại enzyme tạo ra các phân tử DNA từ khuôn mẫu RNA (giống như RNA của SARS-CoV-2 ).
Có thể những gen nhảy này đã "nhảy" ngẫu nhiên sang RNA của virus SARS-CoV-2 sau đó nhảy trở lại DNA của con người và mang theo các bản sao chép ngoài ý muốn của nó. "Có một dấu ấn rất rõ ràng cho việc tích hợp LINE1 xảy ra ở đây. Tại điểm nối của trình tự RNA virus với DNA của tế bào, nó tạo ra sự nhân đôi 20 cặp bazơ", giáo sư Jaenisch cho biết.
RNA của virus "nhảy" sang con người không hẳn chỉ gây hại
Bởi phần lớn thí nghiệm được thực hiện trên các tế bào nuôi cấy, và nghiên cứu chỉ sử dụng một mẫu khá nhỏ từ bệnh phẩm COVID-19 trên người thật, giáo sư Jaenisch nhấn mạnh rằng nhóm nghiên cứu cần thêm thông tin để xác định chính xác mức độ phổ biến của hiện tượng, và xem xét liệu nó có ảnh hưởng thế nào đối với sức khỏe con người.
Ngay cả trong thí nghiệm với tế bào người, chỉ có một tỷ lệ rất nhỏ, cỡ 1% tế bào có DNA nhiễm các mảnh RNA của virus. Tần suất virus SARS-CoV-2 có thể tích hợp RNA của nó sang bệnh nhân COVID-19 vẫn chưa rõ.
Nhưng giáo sư Jaenisch cho biết dù một tỷ lệ nhỏ các tế bào chứa RNA virus có thể rất nhỏ, chúng ta cũng phải cảnh giác bởi số lượng bệnh nhân nhiễm COVID-19 trên toàn cầu lúc này là rất lớn. Đã có hơn 160 triệu người nhiễm virus SARS-CoV-2, và nếu tỷ lệ tích hợp xảy ra chỉ là 1%, vẫn sẽ có 1,6 triệu người đang mang RNA virus trong bộ gen của mình.
Trong tương lai, giáo sư Jaenisch và tiến sĩ Zhang có kế hoạch điều tra xem liệu các mảnh của vật liệu di truyền SARS-CoV-2 có thể được tế bào người sử dụng để tạo thành protein hay không. Đây là một hiệu ứng rất thú vị, bởi nếu DNA của tế bào người có thể dịch RNA của virus thành các protein, nó có thể đem lại khả năng miễn dịch cho chúng ta như một loại vắc-xin.
Các mảnh RNA được tích hợp sẽ trở thành một món quà thay vì một thứ gì đó gây hại. "Nó có thể kích hoạt các phản ứng miễn dịch và cung cấp sự bảo vệ liên tục giúp chúng ta chống lại virus", tiến sĩ Zhang cho biết.
Nhóm nghiên cứu cũng muốn điều tra xem liệu những đoạn DNA tích hợp này có phải là nguyên nhân gây ra các triệu chứng tự miễn lâu dài mà một số bệnh nhân COVID-19 gặp phải hay không?
Giáo sư Jaenisch cho biết: "Tại thời điểm này, chúng tôi chỉ có thể suy đoán. Nhưng có một điều chúng tôi nghĩ rằng chúng tôi đã có thể giải thích từ nghiên cứu này. Đó là nguyên nhân tại sao một số bệnh nhân COVID-19 lại có kết quả xét nghiệm PCR dương tính trong thời gian dài".
Toàn văn nghiên cứu được công bố trên PNAS .
Tham khảo MIT, Sciencealert, Sciencemag