‘Người dơi Trung Quốc’ mở đường cho nghiên cứu đột phá về coronavirus, có thể giúp phát triển các loại thuốc mới

Thạch Chính Lệ, nhà vi rút học hàng đầu được gọi là "người dơi Trung Quốc", đã tạo ra thụ thể coronavirus tùy chỉnh đầu tiên, bước tiến có thể giúp phát triển các loại thuốc mới.

Nổi tiếng nhất với công trình tại Viện Vi rút học Vũ Hán, Thạch Chính Lệ đã tiến hành nghiên cứu mang tính đột phá cùng các nhà khoa học khác từ Trung Quốc, Mỹ và Thụy Sĩ.

Dù trước đây các nhà nghiên cứu có thể tạo ra các chủng coronavirus để nghiên cứu khả năng tiến hóa và lây lan của nó, họ vẫn chưa tạo ra thành công các thụ thể vi rút chức năng (các phân tử trên tế bào vật chủ mà vi rút bám vào).

Trong bài báo đăng trên tạp chí Nature, Thạch Chính Lệ và nhóm nghiên cứu quốc tế đã giới thiệu khái niệm về thụ thể vi rút tùy chỉnh, một protein ghép mô đun mà họ so sánh với "khối Lego".

“Thiết kế mô đun dựa trên việc xây dựng các khung thụ thể nhân tạo gồm nhiều mô đun khác nhau và tạo ra những miền liên kết vi rút cụ thể. Những phát hiện của chúng tôi cung cấp nền tảng cho việc thiết kế các mô hình nhiễm vi rút cho các loại coronavirus và vi rút khác khó nuôi cấy, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi hơn nữa cho những tiến bộ hơn nữa trong nghiên cứu cơ bản về các bệnh truyền nhiễm khác nhau và đẩy nhanh quá trình phát triển các biện pháp đối phó vì lợi ích của sức khỏe cộng đồng trên toàn thế giới”, nhóm nghiên cứu từ Viện Vi rút học Vũ Hán, Đại học Vũ Hán, Đại học Washington và hãng công nghệ sinh học Thụy Sĩ Humabs BioMed viết.

Nghiên cứu này được hỗ trợ tài trợ từ cả Quỹ Khoa học Tự nhiên Quốc gia Trung Quốc và Viện Y tế Quốc gia Mỹ cùng Viện Dị ứng và Bệnh truyền nhiễm Quốc gia.

Nghiên cứu của Thạch Chính Lệ tại Viện Vi rút học Vũ Hán đã bị giám sát chặt chẽ vì công trình của bà với các loại coronavirus có nguồn gốc từ loài dơi, dẫn đến giả thuyết đợt bùng phát dịch COVID-19 có thể xuất phát từ sự cố trong phòng thí nghiệm.

Nguồn gốc SARS-CoV-2 vẫn chưa rõ ràng, song một số nghiên cứu cho thấy vi rút này bắt nguồn từ loài dơi và lây sang người thông qua vật chủ trung gian. Một giả thuyết khác tập trung vào khu chợ ẩm ướt ở thành phố Vũ Hán (Trung Quốc), nơi bày bán nhiều loại động vật hoang dã.

Thạch Chính Lệ đã phủ nhận việc Viện Vi rút học Vũ Hán phải chịu trách nhiệm cho đợt bùng phát dịch COVID-19 và kêu gọi ông Donald Trump xin lỗi vì đã đổ lỗi cho viện này. Bà cũng chỉ trích quyết định của Viện Y tế Quốc gia Mỹ về việc đình chỉ tài trợ cho nghiên cứu chung của phòng thí nghiệm với các nhà khoa học Mỹ.

Trong bài báo trên tạp chí Nature, Thạch Chính Lệ được liệt kê là thành viên Phòng thí nghiệm Quảng Châu, được thành lập vào năm 2021 để nghiên cứu các bệnh về đường hô hấp, bên cạnh cơ sở nghiên cứu ở Vũ Hán.

Theo cơ sở dữ liệu nghiên cứu ORCID, bà bắt đầu vai trò mới của mình vào tháng 5. ORCID là hệ thống nhận dạng số, cung cấp cho mỗi nhà nghiên cứu một mã số duy nhất, giúp phân biệt họ với các nhà nghiên cứu khác trên toàn cầu. Mã số ORCID này đóng vai trò như một căn cước công dân trong thế giới học thuật, giúp liên kết các hoạt động nghiên cứu của một cá nhân, từ các bài báo khoa học, dự án nghiên cứu cho đến những khoản tài trợ.

Các nhà khoa học, gồm cả Thạch Chính Lệ, đã cảnh báo rằng có khả năng cao sẽ xảy ra đợt bùng phát đại dịch khác do coronavirus gây ra. Coronavirus cũng là nguyên nhân gây ra hội chứng hô hấp cấp tính nặng (SARS) và hội chứng hô hấp Trung Đông (MERS).

Nghiên cứu mới nhất này có thể được sử dụng để đánh giá các kháng thể chống lại vi rút có thụ thể vẫn chưa được xác định "nên hỗ trợ công tác chuẩn bị ứng phó với đại dịch", nhóm nghiên cứu cho biết.

Coronavirus hợp nhất với các tế bào trong cơ thể vật chủ để cung cấp vật liệu di truyền và truyền bệnh, chủ yếu nhắm vào các tế bào trong hệ hô hấp, quá trình được điều chỉnh bởi các phân tử thụ thể.

Hiểu được các thụ thể này rất quan trọng để nghiên cứu quá trình lây truyền và phát tán của vi rút, nhưng việc xác định các thụ thể tự nhiên có thể là việc khó khăn và tốn thời gian, có thể mất hàng thập kỷ, theo Đại học Vũ Hán.

Để vượt qua thách thức này và thúc đẩy nghiên cứu về vi rút không có thụ thể tự nhiên đã biết, nhóm nghiên cứu phát triển một phương pháp tạo ra các thụ thể nhân tạo giúp thiết lập các mô hình lây nhiễm.

Đầu tiên, nhóm khoa học đã nghiên cứu thụ thể ACE2 (một trong những thụ thể xâm nhập coronavirus được công nhận rộng rãi) để xây dựng phiên bản tùy chỉnh của nó. Sau khi xây dựng các miền liên kết vi rút và khung thụ thể nhân tạo, các thành phần sẽ được ghép lại với nhau để tạo ra một protein hợp thể có chức năng tùy chỉnh.

"Về mặt lý thuyết, các thụ thể có thể được thiết kế cho hầu hết các loại vi rút tồn tại tự nhiên dù các yêu cầu và thách thức để đạt được chức năng thụ thể tối ưu có thể khác nhau giữa các loại vi rút", các nhà nghiên cứu viết.

Nhóm nghiên cứu đã có thể tạo ra các thụ thể vi rút tùy chỉnh chức năng cho 12 loại coronavirus tiêu biểu, có thể phân lập và nuôi cấy thành công các loại coronavirus như HKU5, được tìm thấy ở loài dơi nhà Nhật Bản (thuộc họ dơi mũi lá) tại Hồng Kông.

Viện Vi rút học Vũ Hán tạo vắc xin nano hiệu quả đối đấu 'đại dịch trong tương lai'

Với sự hỗ trợ liên tục từ chính phủ Trung Quốc, các nhà khoa học tại Viện Vi rút học Vũ Hán tiếp tục nghiên cứu về SARS-CoV-2, loại vi rút corona gây ra COVID-19.

Dù các loại vắc xin hiện tại đã được sử dụng để giúp ngăn ngừa sự lây lan của SARS-CoV-2 và giảm tỷ lệ tử vong, không có loại vắc xin nào cung cấp khả năng bảo vệ toàn diện chống lại mọi dạng vi rút, theo nhóm nghiên cứu đứng đằng sau vắc xin nano.

Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng việc kết hợp các epitope của coronavirus (một phần kháng nguyên kích hoạt hệ thống miễn dịch) với protein ferritin trong máu có thể tạo ra vắc xin nano dạng xịt mũi có khả năng bảo vệ chống lại nhiều biến thể SARS-CoV-2, gồm Delta, Omicron và WIV04.

WIV04 là chủng ban đầu được phân lập từ một bệnh nhân ở thành phố Vũ Hán (Trung Quốc), nơi đầu tiên báo cáo về đại dịch COVID-19.

Ferritin là protein nội bào phổ biến lưu trữ sắt và giải phóng sắt theo cách được kiểm soát. Protein này được sản xuất bởi hầu hết sinh vật sống, gồm vi khuẩn cổ, vi khuẩn, tảo, thực vật bậc cao và động vật.

Vắc xin nano, được thử nghiệm trên chuột, cũng cho thấy tiềm năng cung cấp khả năng bảo vệ lâu dài và rộng rãi chống lại các loại coronavirus khác. Điều này có thể chứng minh hiệu quả trong việc ngăn ngừa nhiễm trùng và lây lan các biến thể đột biến trong tương lai.

"Các đại dịch đang diễn ra hoặc trong tương lai do biến thể cùng đột biến của SARS-CoV-2 gây ra nhấn mạnh nhu cầu về các loại vắc xin hiệu quả có khả năng bảo vệ phổ quát. Vắc xin nano do chúng tôi chế tạo nhắm vào các epitope được bảo tồn của những kháng thể trung hòa có từ trước có thể đóng vai trò là ứng cử viên đầy hứa hẹn cho vắc xin SARS-CoV-2 phổ quát", các nhà nghiên cứu viết trong một bài báo được công bố trên tạp chí ACS Nano.

Hiện vẫn chưa có sự đồng thuận khoa học phổ quát về nguồn gốc của SARS-CoV-2. Các nhà khoa học công bố nghiên cứu vài năm qua ủng hộ cho cả lý thuyết vi rút rò rỉ từ phòng thí nghiệm và lý thuyết khác, gồm cả sự lan truyền từ động vật sang người.

Kể từ năm 2020, các nhà nghiên cứu thuộc Viện Vi rút học Vũ Hán đã tham gia vào hơn 230 bài báo nghiên cứu liên quan đến SARS-CoV-2, gồm cả 6 bài đã được công bố kể từ đầu năm 2024, theo danh sách được Viện này cập nhật.

Dù độ rủi ro toàn cầu từ COVID-19 không hề giống những ngày đầu của đại dịch năm 2020, mối đe dọa do coronavirus không kết thúc.

Hai trong số các đợt bùng dịch phát lớn của thế kỷ này là do một loại coronavirus tương tự nhau gây ra, COVID-19 và SARS (năm 2003).

Mers, cũng do một loại coronavirus gây ra, khiến hàng ngàn người mắc bệnh kể từ khi lần đầu tiên được phát hiện năm 2012.

Các nhà nghiên cứu cảnh báo rằng sự đột biến liên tục của coronavirus sẽ tiếp tục tạo ra các chủng mới. Một số trong đó có thể đủ khả năng lây nhiễm để gây ra các đợt bùng phát vào tương lai và thậm chí là đại dịch toàn cầu khác.

Các nhà khoa học cũng đang nghiên cứu hậu quả lâu dài của đại dịch COVID-19, gồm cả tác động mà vi rút có thể gây ra với sự phát triển của não.

Với mối đe dọa của các bệnh trong tương lai cùng tác động đang diễn ra của các biến thể SARS-CoV-2 mới, việc phát triển vắc xin phổ quát ngày càng trở nên cần thiết.

Vắc xin nano là "nền tảng vắc xin tuyệt vời" dễ sản xuất hơn các loại vắc xin truyền thống, chẳng hạn vắc xin sống giảm độc lực hoặc vắc xin bất hoạt, nhưng vẫn tạo ra phản ứng miễn dịch mạnh mẽ và lâu dài, nhóm nghiên cứu viết trong bài báo.

Vắc xin COVID-19 thường kích thích giải phóng kháng thể trung hòa chống lại glycoprotein gai (S) hoặc miền liên kết thụ thể, cho phép vi rút "gắn kết" với những tế bào.

Các ứng cử viên vắc xin nano hiện tại chủ yếu nhắm vào S1 (một tiểu đơn vị của glycoprotein gai) thay vì S2 vì nó "ít được hệ miễn dịch nhận diện hơn", nhóm nghiên cứu cho biết.

Tiểu đơn vị S2 đồng nhất hơn và được bảo tồn trên các loại coronavirus, cho thấy nó có thể là mục tiêu tốt hơn cho vắc xin phổ phát.

Các nghiên cứu trước đây tìm thấy kháng thể có từ trước trong những tế bào nhận diện kháng nguyên coronavirus, chủ yếu nhắm vào S2 và có thể ngăn cản sự xâm nhập của SARS-CoV-2 vào tế bào.

Để sản xuất vắc xin nano, nhóm nghiên cứu đã kết hợp các epitope của chúng (những peptide ngắn với chuỗi bảo tồn trong S2) với ferritin có nguồn gốc từ vi khuẩn Helicobacter pylori, được biểu hiện trong các tế bào Escherichia coli, nơi nó tổ chức thành các hạt nano.

Sau đó, các hạt nano được tách ra và cô đặc từ các tế bào vi khuẩn để thu được vắc xin, có thể được đưa vào qua đường mũi thay vì tiêm.

Chuột nhận vắc xin nano, tiếp theo là hai mũi tăng cường trong vòng 42 ngày, sản sinh ra mức kháng thể Immunoglobulin G cao hơn so với nhóm đối chứng. Mức này vẫn duy trì ngay cả sau 6 tháng.

Immunoglobulin G (IgG) là một loại kháng thể quan trọng trong hệ thống miễn dịch của con người. Kháng thể là các protein được sản xuất bởi tế bào B (một loại tế bào bạch cầu) để nhận diện và vô hiệu hóa các tác nhân gây bệnh như vi khuẩn, vi rút và độc tố.

Khi những con chuột đã nhận vắc xin nano nhiễm các biến thể khác nhau, gồm cả Omicron và Delta, chúng cho thấy khả năng chống chịu tốt hơn với các triệu chứng phổi do vi rút gây ra.

Theo các nhà nghiên cứu, các kháng thể do vắc xin tạo ra có thể liên kết với những epitope từ các chủng coronavirus khác nhau, gồm MERS, cúm gia cầm và cúm lợn, thể hiện hoạt động trung hòa rộng rãi.

Nhóm nghiên cứu viết rằng vắc xin nano "có khả năng bảo vệ tiềm tàng như một loại vắc xin phổ phát chống lại nhiều loại coronavirus".

Trước đó, nhóm nghiên cứu chỉ ra rằng việc áp dụng một chiến lược tương tự để sản xuất vắc xin nano có thể bảo vệ chống lại vi rút Zika do muỗi truyền.