Virút làm cho cuộc sống con người trở nên tươi đẹp hơn?

Virút hay siêu vi, siêu khuẩn hay siêu vi trùng, tác nhân truyền nhiễm có bên trong tế bào sống của một sinh vật khác. Kể từ khi được phát hiện lần đầu vào năm 1892, đến nay con người đã phát hiện thấy trên 5.000 loại virút khác nhau. Không chỉ gây bệnh, virút còn có những giá trị ít biết dưới đây.

1. Virút tạo nên... con người?

Trong phim khoa học viễn tưởng Ma trận (The Matrix), nhân vật Smith đã so sánh nhân loại với virút, một căn bệnh của hành tinh, điều này không phải là không có cơ sở. Hơn 45 triệu năm về trước, một động vật có vú bị nhiễm retrovirus.

Bằng cách chuyển mã RNA thành DNA, các retroviruses như HIV có thể lẻn các hướng dẫn vào bộ gen của chủ thể. Bất kỳ khi nào tế bào chủ thể tự sao chép, virút cũng sao chép theo. Retrovirus cổ đại này đã lây nhiễm vào một dòng tế bào mầm và do đó có thể lây lan sang con cái của tổ tiên linh trưởng.

Virút gây bệnh nhưng cũng là tác nhân giúp con người tiến hóa

Cách đây 17 năm, một nhóm các nhà khoa học Boston đã phát hiện ra một gen lạ ở người. Gen này được gọi là syncytin, mã hóa cho một protein chỉ được tạo ra bởi các tế bào trong nhau thai Hai sự kiện trên đều có liên quan đến syncytin có nguồn gốc từ virút. Trong khi virút sử dụng gen này để hội nhập với một tế bào chủ, một bào thai đang phát triển lại sử dụng gen để liên kết một số tế bào nhau thai vào trong một lớp tế bào đơn, lớp này rất cần cho thai nhi hút chất dinh dưỡng từ mẹ.

Protein syncytin có nguồn gốc từ hai loại, loại được đề cập ở trên là syncytin 1. Phản ánh tính di truyền của virút, còn protein syncytin 2 lại làm giảm hệ thống miễn dịch của người mẹ và ngăn ngừa hệ miễn dịch tấn công bào thai đang phát triển. HERV-K tự nó chèn vào chủ thể cách đây 200.000 năm làm cho nó trở thành một trong những gen retrovirus mới nhất ở người. Nó kích hoạt các gen quan trọng giúp phát triển phôi, các hạt virút và protein để bảo vệ phôi non khỏi bị nhiễm các loại virút khác.

2. Dùng virút trị ung thư

Herpes và ung thư là hai bệnh con người thực sự không muốn nhắc đến, nhưng việc sử dụng herpes để chống ung thư chắc chắn là đề tài mới đáng thảo luận. Imlygic là một loại thuốc chống ung thư mới, bình quân có thể kéo dài cuộc sống cho người bệnh u ác tính ít nhất 4 tháng rưỡi. Đặc biệt hơn, Imlygic lại là dược phẩm trong đó có sử dụng một virút. Cụ thể hơn, đó là phiên bản biến đổi của một loại virút sống, lây nhiễm có tên HSV-1, virút này là thủ phạm gây bệnh rộp môi lở miệng.

Tuy Imlygic chưa thật sự hiệu quả trong việc điềug trị ung thư nhưng các phản ứng phụ giống như cúm của nó lại nhẹ hơn so với hóa trị liệu Khi các tế bào biến thành ung thư cơ chế chiến đấu chống vi khuẩn của chúng sẽ bị phân hủy, trong khi đó Herpesvirus lại thích tấn công các tế bào ung thư. Khi cơ chế này xảy ra, các mảnh vụn của tế bào bùng nổ, cảnh báo cho hệ thống miễn dịch biết, đến lượt nó, hệ thống miễn dịch bắt đầu tìm kiếm tế bào ung thư để tiêu diệt. Tuy nhiên, trong cơ chế này, khoa học vẫn chưa hiểu rõ, hệ thống miễn dịch nhắm đến tất cả các tế bào ung thư của cơ thể hay chỉ những tế bào bị nhiễm virút.

Mặc dù Imlygic là thuốc đầu tiên được Cơ quan Quản lý Thực & dược phẩm Mỹ (FDA) chấp thuận để điều trị ung thư nhưng nó không phải là dược phẩm duy nhất có nguồn gốc từ virút được còn người tìm ra. Virút diệt khối u  ung thư là một chủ đề hiện đang được khoa học quan tâm, ý tưởng này đã và đang được triển khai trong nhiều thập kỷ. Người ta dự đoán sẽ có nhiều liệu pháp điều trị ung thư dựa trên virút giống như Imlygic sẽ được ra đời trong tương lai gần.

3. Virút diệt virút

Chúng ta đã từng nghe thấy thuật ngữ “độc trị độc” nhưng dùng “lửa trị lửa” thì ít được nhắc đến, trong trường hợp này “lửa” chính là virút HIV. Năm 2011, các nhà khoa học ở Đại học California-San Diego và UCLA, Mỹ, đã tạo ra một phiên bản HIV vô hại do chính virút HIV sinh ra. Loại virút này được gọi là hạt can thiệp trị liệu (Therapeutic interfering particle), gọi ngắn là TIP. Bằng cách làm chậm quá trình sao chép của virút HIV, TIP có thể kéo dài tuổi thọ cho người bệnh từ 5 - 10 năm trước khi chuyển sang giai đoạn AIDS.

Theo Leor Weinberger, trưởng nhóm nghiên cứu TIP ở Đại học California-San Diego, khi so sánh  TIP với một “virút của một virút” thì mã di truyền của TIP đã bị tước đi 1/3 kích thước ban đầu, nó thiếu phần quan trọng cần thiết để sao chép chính bản thân nó. TIP chỉ có thể sao chép bằng cách lén vào mã di truyền của HIV và sao chép khi quá trình sao chép diễn ra. TIP cũng chứa các trình tự ức chế HIV và cạnh tranh với các protein tương tự như HIV. TIP có thể trợ giúp cho những người siêu lây nhiễm HIV, như nhóm sử dụng chất gây nghiện ma túy hạn chế phát bệnh, giúp họ kéo dài thêm sự sống.

Virút kháng sinh sẽ trở thành công cụ mới cho cuộc chiến khuẩn kháng thuốc kháng sinh của nhân loại trong tương lai

Vào năm 2016, các nhà khoa học đã phối hợp một loại virút với virút khác, lần này là reovirus và viêm gan C. Khi con người còn nhỏ, reovirus có thể gây cảm lạnh nhưng khi trưởng thành, nó giống như một kẻ thù trong trò chơi mèo vờn chuột, lúc đầu gây khó chịu và càng về sau căn bệnh lại càng gây cực nhọc cho con người. Để so sánh viêm gan C giống như một ông chủ cuối cùng, rất khó điều trị, và là một nguyên nhân phổ biến gây ung thư gan ung thư có nguồn gốc từ gan là nguyên nhân thứ ba gây tử vong trên thế giới hiện nay.

Ban đầu trong trò chơi mèo vờn chuột này, kẻ thù rất ranh ma, chúng thay hình đổi dạng, nhưng cuối cùng, người chơi (đúng hơn là bệnh nhân) đã chiến thắng. Khi được đưa vào cơ thể, reovirus kích thích một protein tín hiệu gọi là interferon kích hoạt một loại bạch cầu gọi là tế bào hủy diệt tự nhiên (NK). Trong các thử nghiệm trên mẫu ung thư ở chuột và người, các tế bào NK đã giết chết khối u và các tế bào bị nhiễm virút viêm gan C. Liệu pháp reovirus cũng có thể được sử dụng cho các loại ung thư khác liên quan đến các bệnh nhiễm virút như lymphoma liên quan đến virút Epstein-Barr.

4. Virút kháng sinh

Bacteriophages hoặc phage là kẻ thù tự nhiên của vi khuẩn, chúng tự sao chép vào trong vi khuẩn, và vi khuẩn cuối cùng đã bùng nổ bởi các loại virút này. Bacteriophage là virút mà tế bào cảm thụ là vi khuẩn, nghĩa là nó có khả năng gây bệnh cho vi khuẩn, do đó người ta còn gọi bacteriophage là virút của vi khuẩn hay gọi  tắt là phage.

Trong những năm 20 và 30 của thế kỷ trước, các bác sĩ đã điều trị nhiều loại bệnh nhiễm trùng bằng phage. Tuy nhiên, liệu pháp phage vẫn tồn tại một số vấn đề nhưng do trình độ y học thời đó hạn chế nên các nhà khoa học không hiểu hết nguyên nhân, đặc biệt là việc kết hợp chính xác giữa phage với các mục tiêu của vi khuẩn để tạo ra hiệu quả mong muốn. Ngoài ra, còn phải kể đến việc điều trị chưa chuẩn, khiến con người bệnh mắc bệnh nặng hơn.

Sau Thế chiến II kháng sinh được ra đời hàng loạt, chúng có độ tin cậy hơn so với phage nên phage bị lãng quên. Mặc dù đã bị lãng quên ở Liên Xô cũ, liệu pháp này cần được nghiên cứu, ứng dụng. Do việc ngăn chặn Liên Xô tiếp cận với một số loại kháng sinh tốt nhất của phương Tây, nên quốc gia này  đã đi sâu vào nghiên cứu phage và cho ra đời phương pháp trị liệu phage hiệu quả hơn. Ngày nay, liệu pháp này đã và đang hồi sinh, với nhiều sản phẩm mới như thuốc viên, thuốc dạng dịch hay  thuốc tiêm, và đang được coi là phương pháp trị liệu tiêu chuẩn ở Ba Lan, Georgia và Nga. Không giống kháng sinh, phage rất chính xác, nó tạo điều kiện thuận lợi để khuẩn thân thiện hoạt động độc lập trong cơ thể và được xem là giải pháp tình thế khả thi trong bối cảnh khuẩn kháng thuốc kháng sinh mạnh như hiện nay.

5. Virút sinh điện năng

Người ta đặt tên virút máy tính là dựa vào  các đặc tính sinh học của chúng nhưng giờ đây chính loại virút sinh học này lại có lợi cho con người, sản sinh năng lượng điện. Một số chất rắn dùng trong xây dựng có thể tạo điện năng khi được nén lại, chuyên môn gọi là hiệu ứng áp điện, điều này được biết đến nhiều nhất trong các loại đồng hồ thạch anh. Hiệu ứng áp điện có dải ứng dụng rất rộng, nhưng các vật liệu được sử dụng để làm cho các thiết bị áp điện thường độc hại và khó vận hành nên công nghệ áp điện vẫn chưa phổ biến.

Các chuyên gia ở Phòng nghiên cứu thí nghiệm Berkeley Lab Mỹ (BL) mới đây đã phát triển một công nghệ mới, có thể thay đổi vật liệu này bằng một virút M13 phase, nhắm vào các vi khuẩn mà không gây hại cho con người. Việc sử dụng M13 phase có nhiều lợi thế như khả năng nhân lên hàng triệu, tự nó sắp xếp thành các màng theo trật tự ngay ngắn như đũa xếp trong hộp, và dễ dàng cho việc ứng dụng kỹ thuật di truyền. Sự thuận lợi trong công nghệ di truyền giúp các nhà khoa học có thể tăng điện áp. Ngoài ra, việc tự sắp xếp của nó giúp ích cho mục đích lắp ráp khi ứng dụng công nghệ nano.