Giới thiệu – Giải trình tự thế hệ tiếp theo COVID19 (coronavirus disease 2019, bệnh do vi-rút corona gây ra xuất hiện năm 2019)
Nhờ tính khả dụng và giá cả phải chăng của NGS (Next-Generation Sequencing) liên quan đến virus Corona, giải trình tự thế hệ mới (NGS) đã trở thành một thành phần không thể thiếu trong phản ứng của cộng đồng khoa học đối với đại dịch COVID-19 (coronavirus disease 2019, bệnh do vi-rút corona gây ra xuất hiện năm 2019). Dữ liệu bộ gen đã cho phép giám sát tác nhân gây bệnh chưa từng có và phát triển nhanh chóng các xét nghiệm chẩn đoán và vắc-xin dựa trên trình tự bộ gen của vi-rút.
Nghiên cứu đầu tiên về bộ gen SARS-CoV-2 (Severe acute respiratory syndrome corona virus 2, Virus corona gây hội chứng hô hấp cấp tính mức độ nặng thế hệ 2) đến từ các nhà khoa học tại Trung tâm lâm sàng y tế công cộng Thượng Hải thuộc Đại học Phúc Đán. Một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Yong-Zhen Zhang đứng đầu đã tiến hành giải trình tự một mẫu phân lập được thu thập vào ngày 26 tháng 12 năm 2019 từ một bệnh nhân ở Vũ Hán; họ đã hoàn thành việc lắp ráp bộ gen vào ngày 5 tháng 1 năm 2020. Trình tự bộ gen đó đã được chia sẻ với đối tác nghiên cứu lâu năm của nhóm, nhà vi-rút học Giáo sư Eddie Holmes thuộc Đại học Sydney. Ông đã tải trình tự lên cơ sở dữ liệu công cộng vào ngày 11 tháng 1, giới thiệu với thế giới về bộ gen của sinh vật này.
Thông tin về trình tự gen đó đã được sử dụng ngay lập tức để cố gắng phát triển vắc-xin, đặt nền móng cho hai loại vắc-xin mRNA (Messenger RNA, RNA thông tin) đầu tiên từng được sử dụng bên ngoài các thử nghiệm lâm sàng. Đó cũng là cơ sở cho nhiều xét nghiệm chẩn đoán SARS-CoV-2 (Severe acute respiratory syndrome corona virus 2, Virus corona gây hội chứng hô hấp cấp tính mức độ nặng thế hệ 2) được sử dụng ngày nay.
Nhưng nỗ lực giải trình tự gen không dừng lại ở đó. Đến đầu năm 2021, hơn 600.000 bộ gen vi-útu đã được giải trình tự và chia sẻ công khai trong cơ sở dữ liệu GISAID (Global Initiative on Sharing All Influenza Data, Sáng kiến toàn cầu trong chia sẻ tất cả dữ liệu về bệnh cúm) [1]. Đây là số lượng trình tự gen nhiều nhất từng được tìm ra cho bất kỳ tác nhân gây bệnh nào trong một khoảng thời gian ngắn như vậy. Bộ sưu tập dữ liệu đáng chú ý này đã cho phép các nhà khoa học theo dõi sự lây lan của vi-rút, lập bản đồ lây truyền dựa trên dữ liệu phát sinh loài, đo tỷ lệ đột biến, phát hiện các biến thể mới nổi đáng lo ngại và xác định các sự kiện siêu lây lan.
Không thành tựu nào trong số đó có thể đạt được nếu không giải trình tự được toàn bộ bộ gen dựa trên rất nhiều mẫu phân lập. Ở các quốc gia như Hoa Kỳ và Vương quốc Anh, các phòng thí nghiệm đã thiết lập quy trình giải trình tự [2] được thiết kế để chứa các mẫu còn sót lại có khối lượng nhỏ sau khi tiến hành các xét nghiệm chẩn đoán phân tử. Trong khi đại dịch gây ra thiệt hạị vô cùng to lớn, sự đóng góp của dữ liệu NGS (Next-Generation Sequencing, Giải trình tự thế hệ mới) từ các phòng thí nghiệm trên khắp thế giới đã đánh dấu một thời kỳ hoàng kim cho ngành nghiên cứu bộ gen virus.
Lấy ví dụ, các nhà khoa học ở Nhật Bản đã tạo ra và chia sẻ công khai hàng chục nghìn trình tự bộ gen SARS-CoV-2 (Severe acute respiratory syndrome corona virus 2, Virus corona gây hội chứng hô hấp cấp tính mức độ nặng thế hệ 2). Thông tin đó cho phép họ phát hiện sự du nhập cục bộ [3] của các biến thể mới ban đầu được xác định ở UK (United Kingdom, Liên hiệp Vương quốc Anh), Nam Phi và Brazil — các biến thể dễ lây lan hơn chủng ban đầu và có thể làm giảm hiệu quả của một số loại vắc-xin. Các trình tự gần đây được gửi đến cơ sở dữ liệu công cộng từ Nhật Bản đến từ Đại học Nagasaki, Viện Quốc gia về Bệnh truyền nhiễm và Viện Y tế Công cộng Tỉnh Ibaraki.
Những đóng góp khác trong thời gian gần đây trong việc giải trình tự bộ gen đến từ khu vực Châu Á Thái Bình Dương [4] Bangladesh, Brunei, Trung Quốc, Hồng Kông, Ấn Độ [5], Indonesia [6], Philippines, Hàn Quốc và Úc. Một số tổ chức đang sử dụng phương tiện truyền thông xã hội để cập nhật thông tin cho cư dân. Ví dụ, Trung tâm Gen Philippine gần đây đã đăng tải dòng tweet: “Biến thể SARS-CoV-2 (Severe acute respiratory syndrome corona virus 2, Virus corona gây hội chứng hô hấp cấp tính mức độ nặng thế hệ 2) mang nhiều đột biến đáng lo ngại nằm ở vùng protein gai đã được phát hiện lần đầu tiên khi giải trình tự toàn bộ bộ gen tại Cơ sở lõi giải trình tự DNA của PGC và được khắc họa về bộ gen tại PH, và được chính thức chỉ định là Dòng P.3 vào ngày 03/10/2021.”
Các quốc gia giải trình tự một số lượng mẫu đại diện cho các trường hợp COVID-19 (coronavirus disease 2019, bệnh do vi-rút corona gây ra xuất hiện năm 2019) của từng nơi giúp cung cấp thông tin quan trọng về cách vi-rút tiến hóa và những đột biến nào có thể trở nên đáng lo ngại nhất. Ví dụ, biến thể B.1.1.7 ban đầu được phát hiện ở UK (United Kingdom, Liên hiệp Vương quốc Anh) và biến thể B.1.351 ban đầu được tìm thấy ở Nam Phi đều chứa nhiều đột biến hơn dự kiến [7] dựa trên tốc độ tiến hóa tiêu chuẩn của SARS-CoV-2 (Severe acute respiratory syndrome corona virus 2, Virus corona gây hội chứng hô hấp cấp tính mức độ nặng thế hệ 2), khiến các nhà khoa học suy đoán rằng những biến thể dễ lây lan hơn này có thể đã tiến hóa ở những bệnh nhân bị nhiễm trùng kéo dài [8]. Số lượng đột biến cao có thể phản ánh loại vi-rút đã phản ứng với áp lực chọn lọc đáng kể và lặp đi lặp lại từ hệ thống miễn dịch.
Ở một số quốc gia, các công cụ NGS (Next-Generation Sequencing) cũng đã được triển khai cho các chương trình giám sát cộng đồng, thường dựa trên nước thải [9]. Xu hướng nhận thấy được về sự đa dạng và khối lượng vi-rút trong nước thải của một khu vực thường báo trước những gì sẽ thấy về mặt lâm sàng ở những khu vực đó sau vài tuần; thông tin này có thể giúp định hướng các chính sách y tế công cộng, đặc biệt là các biện pháp giảm thiểu như phong tỏa khu vực.
Riêng biệt, một dự án do tình nguyện viên điều hành có tên là MetaSUB [10] sử dụng giải trình tự gen vi sinh vật của các mẫu được thu thập từ những nơi công cộng như hệ thống giao thông công cộng ở các thành phố trên khắp thế giới. Trong năm qua, các mẫu đó bao gồm bộ gen SARS-CoV-2 (Severe acute respiratory syndrome corona virus 2, Virus corona gây hội chứng hô hấp cấp tính mức độ nặng thế hệ 2), với dữ liệu phần lớn phù hợp với xu hướng lâm sàng được thấy ở những khu vực đó.
Sylvie Briand, Giám đốc chương trình Phòng chống Nguy cơ Truyền nhiễm Toàn cầu thuộc Tổ chức Y tế Thế giới đã viết trong hướng dẫn mới công bố về việc sử dụng giải trình tự bộ gen cho SARS-CoV-2 (Severe acute respiratory syndrome corona virus 2, Virus corona gây hội chứng hô hấp cấp tính mức độ nặng thế hệ 2) [11] rằng: “Khi ngày càng nhiều quốc gia tiến hành triển khai các chương trình giải trình tự gen, sẽ có thêm nhiều cơ hội để hiểu rõ hơn về thế giới của các tác nhân gây bệnh mới nổi và sự tác động qua lại giữa chúng với con người và động vật trong nhiều loại khí hậu, hệ sinh thái, văn hóa, lối sống và quần xã sinh vật khác nhau”. “Việc tích hợp nhanh chóng giải trình tự bộ gen vào các hoạt động của cộng đồng y tế toàn cầu là điều bắt buộc nếu chúng ta muốn chuẩn bị tốt hơn cho các mối đe dọa trong tương lai.”
Đại dịch COVID-19 (coronavirus disease 2019, bệnh do vi-rút corona gây ra xuất hiện năm 2019) đã làm nổi bật giá trị của việc giải trình tự toàn bộ bộ gen cũng như nhu cầu giám sát bệnh truyền nhiễm chủ động để phát hiện các bệnh mới nổi trước khi chúng lây lan khắp thế giới. Điều cần thiết là phải đầu tư nguồn lực phù hợp và xây dựng cơ sở hạ tầng giám sát để đảm bảo chúng ta chuẩn bị tốt hơn cho mối đe dọa đại dịch tiếp theo.
Kiểm soát trình tự gen và dịch tễ học chỉ là một ví dụ về cách chẩn đoán trong phòng thí nghiệm hỗ trợ việc quản lý COVID-19 (coronavirus disease 2019, bệnh do vi-rút corona gây ra xuất hiện năm 2019). Để tìm hiểu thêm về toàn bộ các cơ hội, hãy xem Vai trò quan trọng của chẩn đoán trong việc quản lý COVID-19 (coronavirus disease 2019, bệnh do vi-rút corona gây ra xuất hiện năm 2019), một báo cáo mới của Hiệp hội Công nghệ Y tế khu vực Châu Á Thái Bình Dương (APACMed).
Tài liệu tham khảo:
[1] Cơ sở dữ liệu GISAID (Global Initiative on Sharing All Influenza Data, Sáng kiến toàn cầu trong chia sẻ tất cả dữ liệu về bệnh cúm)
[2] Giải trình tự gen COVID-19 (coronavirus disease 2019, bệnh do vi-rút corona gây ra xuất hiện năm 2019) tại Viện Sanger, Blog của Viện Sanger
[3] Vai trò quan trọng của chẩn đoán trong quản lý COVID-19 (coronavirus disease 2019, bệnh do vi-rút corona gây ra xuất hiện năm 2019), AACMed (Asia Pacific Medical Technology Association, Hiệp hội Công nghệ Y tế khu vực Châu Á Thái Bình Dương)
[4] Dịch tễ học bộ gen của vi-rút corona mới – lấy mẫu phụ tập trung vào Châu Á, Nextstrain
[5] “Coronavirus: Ấn Độ săn lùng các chủng mới do các đợt dịch Covid bắt đầu xuất hiện”, BBC
[6] “Indonesia tăng cường nỗ lực phát hiện các biến thể COVID khó nắm bắt”, Nikkei Asia
[7] “Các đột biến đáng lo ngại nhất trong năm biến thể coronavirus mới”, Khoa học Hoa Kỳ
[8] ”Một lò nung tiến hóa tăng tốc’: Bệnh nhân (coronavirus disease 2019, bệnh do vi-rút corona gây ra xuất hiện năm 2019) mắc ung thư, HIV có thể đóng vai trò trong sự xuất hiện của các biến thể”, Thời báo Washington
[9] “Theo dõi COVID-19 (coronavirus disease 2019, bệnh do vi-rút corona gây ra xuất hiện năm 2019) dựa vào nước thải”, Công nghệ sinh học tự nhiên
[10] Liên minh MetaSUB
[11] Hướng dẫn của Tổ chức Y tế Thế giới về Giải trình tự bộ gen của SARS-CoV-2 (Severe acute respiratory syndrome corona virus 2, Virus corona gây hội chứng hô hấp cấp tính mức độ nặng thế hệ 2)
