Hệ Thống Miễn Dịch Của Chúng Ta Có Thể Tự Tạo Ra ‘Thuốc Diệt Siêu Vi’

 

 

Thuốc diệt siêu vi (Antiviral drugs) thường được coi là một phát minh của thế kỷ 20. Nhưng một nghiên cứu gần đây đã phát hiện ra một điều bất ngờ trong hệ thống miễn dịch của chúng ta: Nó có thể tự mình tổng hợp các phân tử diệt siêu vi (antiviral) để phản ứng chống lại sự lây nhiễm của vi rút.

 

Nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu về một loại protein tạo ra các phân tử diệt siêu vi tự nhiên. Khác xa với phát minh hiện đại của nhân loại, tự nhiên đã tiến hóa các tế bào tiến hóa để tạo ra “loại thuốc” của riêng chúng – biện pháp phòng vệ xa xưa nhất để chống lại virus.

 

 

Vi rút (virus) không có vòng đời độc lập – chúng phụ thuộc hoàn toàn vào các tế bào mà chúng lây nhiễm cung cấp tất cả các ‘khối hợp nhất’ hóa học cần thiết để tự tái tạo. Khi ở trong tế bào, virus sẽ chiếm quyền điều khiển và biến nó thành một nhà máy sản xuất ra hàng trăm virus mới.

 

Các chất diệt siêu vi là các phân tử làm vô hiệu hóa những protein cần thiết cho hoạt động của vi rút bằng cách khai thác những khác biệt cơ bản trong cách sao chép của tế bào và của vi rút.

 

Một điểm khác biệt chính giữa tế bào và hầu hết các loại virus là cách chúng lưu trữ thông tin di truyền. Tất cả các tế bào đều sử dụng DNA để lưu trữ thông tin di truyền của mình. DNA là một phân tử dài, giống như chuỗi, được tạo thành từ bốn khối hợp nhất khác nhau, mỗi khối đại diện cho một “ký tự” khác nhau của mã di truyền. Những khối hợp nhất này được kết nối bằng liên kết hóa học theo kiểu đầu nối đuôi (đầu cái này nối vào đuôi cái kia), để tạo ra chuỗi hàng triệu ký tự. Thứ tự của các ký tự này mô tả mã di truyền thể để tạo ra một tế bào mới.

 

Trong khi đó, nhiều loại virus lưu trữ thông tin di truyền của chúng bằng cách sử dụng RNA. RNA được tạo thành từ một chuỗi gồm bốn ký tự hóa học, giống như DNA, nhưng các ký tự có cấu trúc phân tử hơi khác nhau. RNA là chuỗi đơn, trong khi DNA là chuỗi kép. Bộ gen của virus cũng nhỏ hơn nhiều so với bộ gen của tế bào, thường chỉ có độ dài khoảng vài ngàn ký tự.

 

Khi virus nhân lên, nó tạo ra nhiều bản sao của bộ gen RNA bằng cách sử dụng một loại protein gọi là RNA polymerase. Polymerase bắt đầu ở một đầu của chuỗi RNA hiện có và “đọc” lần lượt từng chuỗi ký tự hóa học, chọn khối hợp nhất thích hợp và thêm nó vào chuỗi RNA đang phát triển. Quá trình này được lặp lại cho đến khi toàn bộ chuỗi ký tự được sao chép để tạo thành chuỗi RNA mới.

 

Các chất diệt siêu vi can thiệp vào quá trình sao chép RNA một cách tinh vi. Cấu trúc ‘đầu nối đuôi’ của chuỗi RNA yêu cầu mỗi ký tự hóa học phải có hai điểm kết nối – ‘đầu’ (head) để kết nối với ký tự trước và ‘đuôi’ (tail) để cho phép thêm ký tự sau vào. Chất diệt siêu vi sẽ bắt chước một trong các ký tự hóa học, nhưng lại không có điểm ‘đuôi.’ Nếu RNA polymerase bị nhầm lẫn giữa ‘thuốc’ với ký tự hóa học và thêm nó vào chuỗi RNA đang phát triển, quá trình sao chép sẽ dừng lại vì không có gì để gắn ký tự tiếp theo vào. Vì vậy, chất diệt siêu vi này còn được gọi là ‘chất ức chế ngắt chuỗi’ (chain-terminating inhibitor).

 

 

Trước đây, các nhà nghiên cứu cho rằng các chất diệt siêu vi có tác dụng ngắt chuỗi là sản phẩm ‘tinh hoa’ của nhân loại, được phát triển từ những tiến bộ trong hiểu biết khoa học về sự nhân lên của vi rút. Tuy nhiên, người ta đã phát hiện ra rằng trong tế bào có một loại protein có tên là viperin, chuyên tổng hợp chất diệt siêu vi ngắt chuỗi tự nhiên, và điều này cho thấy một khía cạnh mới của hệ thống miễn dịch.

 

Viperin loại bỏ điểm kết nối ‘đuôi’ khỏi một trong bốn khối hợp nhất RNA của bộ gen virus. Tức là nó chuyển đổi khối hợp nhất thành một loại chất diệt siêu vi chấm dứt chuỗi.

 

Chiến lược này đã được chứng minh là có hiệu quả cao trong điều trị nhiễm virus. Thí dụ: thuốc remdesivir diệt vi rút COVID-19 hoạt động theo cách này. Một RNA polymerase của virus phải ghép hàng ngàn ký tự lại với nhau để sao chép bộ gen của virus, nhưng thuốc diệt siêu vi chỉ cần đánh lừa nó một lần để phá hư quá trình sao chép của nó. Một bộ gen không hoàn chỉnh thiếu các hướng dẫn cần thiết để tạo ra một loại virus mới và trở nên vô dụng.

 

Ngoài ra, dù tế bào cũng có polymerase riêng nhưng chúng không bao giờ sao chép RNA như virus. Dựa vào điều này, các chất diệt siêu vi sẽ hoạt động có chọn lọc, chỉ nhắm mục tiêu vào sự nhân lên của vi rút, giảm hiệu ứng phụ không mong muốn.

 

Hiển nhiên, Viperin không thể bảo vệ hoàn toàn khỏi tất cả các loại virus RNA – nếu không thì chúng ta sẽ chẳng bao giờ bị bịnh trước bất kỳ loại virus RNA nào. Có vẻ như một số RNA polymerase của virus, chẳng hạn như của virus bại liệt, đã tiến hóa để phân biệt các phân tử diệt siêu vi của Viperin để làm giảm tác dụng của chúng. Tuy nhiên, Viperin chỉ là một nhánh của hệ thống miễn dịch, bao gồm các tế bào và protein chuyên biệt bảo vệ chúng ta khỏi bị nhiễm bịnh theo nhiều cách khác.

 

 

Các khoa học gia đã phát hiện ra Viperin khoảng 20 năm trước trong khi tìm kiếm những gen nào sẽ hoạt động để phản ứng khi cơ thể bị nhiễm virus. Tuy nhiên, việc tìm ra tác dụng thực sự của Viperin không hề dễ dàng.

 

Chức năng của Viperin đặc biệt khó hiểu, vì nó giống với một nhóm protein cổ xưa gọi là radical SAM enzymes, thường được tìm thấy ở vi khuẩn và nấm mốc. Điều đáng chú ý là, radical SAM enzymes cực kỳ hiếm ở động vật. Chúng sẽ bị vô hiệu hóa ngay lập tức nếu tiếp xúc với không khí, và các nhà nghiên cứu cho rằng chúng có thể chẳng có tác dụng gì ở người. Vẫn chưa rõ làm thế nào mà Viperin lại tránh được tình trạng vô hiệu hóa.

 

Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra chức năng của Viperin khi nhận thấy gen mã hóa viperin nằm cạnh một gen liên quan đến việc tổng hợp một trong các khối hợp nhất của RNA. Từ quan sát này, họ kiểm tra xem liệu Viperin có ‘nhúng tay’ vào khối hợp nhất RNA này hay không.

 

Sau đó, các nhà nghiên cứu đã xác định được các protein giống Viperin trong tất cả các giới của sự sống, từ vi khuẩn cổ đại đến các loài thực vật và động vật hiện đại. Điều này có nghĩa là Viperin là một loại protein rất cổ xưa, nó đã phát triển từ thuở sơ khai của sự sống, có lẽ là rất lâu trước khi các sinh vật đa bào xuất hiện – bởi vì ngay cả vi khuẩn (bacteria) cũng phải chống lại sự lây nhiễm của virus.

 

Khi các dạng sống phức tạp hơn phát triển, Viperin được giữ lại và tích hợp vào hệ thống miễn dịch phức tạp của động vật hiện đại. Tóm lại, Viperin có thể là công cụ cổ xưa nhất trong hệ thống miễn dịch của chúng ta.

 

Cung Đô biên dịch