Virus là gì và tại sao các nhà khoa học lại nuôi cấy chúng? (Phần 1)

Virus là gì mà chúng lại có khả năng gây ra các đại dịch hoành hành khắp thế giới đến như vậy? Tại sao các nhà khoa học lại nuôi cấy thêm chúng để ngăn chặn chúng?

Lịch sử thế giới chứng kiến nhiều đại dịch chết người mà chúng đều xuất phát từ sự lây lan của virus. Vào những thời điểm trong quá khứ, nếu dịch bệnh bùng phát chúng sẽ tiêu hủy cả một ngôi làng hoặc một thành phố nhỏ và thường chỉ ở quy mô như thế.

Virus là gì? Chúng trông như thế nào? Tên gọi như thế là từ đâu mà ra và trên thực tế nó nguy hiểm như thế nào đối với con người?

Giờ đây virus dễ dàng phát tán khắp thế giới bằng nhiều con đường. Không phải ngẫu nhiên mà nhiều bộ phim đã mô tả cảnh tượng như vậy, trong đó nhân vật phản diện gây nhiễm cho cả chiếc máy bay với thời gian ủ bệnh là vài ngày, sau đó những hành khách đi cùng chuyến bay sẽ lây lan tiếp cho những người mà họ tiếp xúc – cảnh tượng này giờ đây không còn là đáng kinh ngạc nữa.

Vậy virus là gì? Chúng trông như thế nào? Tên gọi như thế là từ đâu mà ra và trên thực tế nó nguy hiểm như thế nào đối với con người? Những điều này đặc biệt có ý nghĩa thực tiễn trong thế giới hiện đại, nơi mà chúng ta vẫn đang di chuyển với tốc độ điên cuồng. Bởi chỉ 150 năm trước thôi, để tới được bên kia địa cầu ta cần phải mất ít nhất vài tháng, còn 600 năm trước thậm chí còn chưa rõ liệu có gì nằm ngoài đường chân trời hay không.

Virus không khác gì một “loài quái vật”, nó có thể gây ra những đại dịch quy mô toàn cầu.

Bài viết này sẽ không tập trung vào virus corona chủng mới (2019-nCoV) và đại dịch Covid-19 đang hoành hành ở Trung Quốc, chúng ta chỉ nói chung về việc “loài quái vật” này là gì và làm thế nào để đối phó với chúng, bởi trong xã hội đang có quá nhiều định kiến về nó.

Virus là gì? Có bao nhiêu loại virus?

Vậy bản thân virus là gì? Có rất nhiều định nghĩa, nhưng chính yếu nhất có thể coi như sau:

Virus (theo tiếng Latinh có nghĩa là “chất độc”), là một tác nhân lây nhiễm không phải dạng tế bào, chỉ có thể được sao chép nhân rộng bên trong các tế bào sống. Virus lây nhiễm cho mọi loại sinh vật, từ thực vật và động vật tới vi khuẩn và cả vi khuẩn tối cổ.

Ngoài những loại virus vốn lây nhiễm cho các sinh vật sống phức tạp, còn có những loại virus lây nhiễm cho các loài vi khuẩn. Chúng được gọi là thực khuẩn thể. Trong một số trường hợp, các thực khuẩn thể thậm chí còn có thể được sử dụng cho mục đích y tế.

Cách hoạt động đặc thù của một thực khuẩn thể.

Đã tìm thấy những virus có khả năng nhân bản (sao chép) chỉ khi có sự hiện diện của các virus khác (các virus vệ tinh). Trong trường hợp này, là một tác nhân mang chúng, con người thậm chí có thể không có nghi ngờ gì về điều này.

Khoa học phát kiến ra virus và nghiên cứu chúng như là một ngành học riêng, được gọi là ngành virus học, một phần thuộc vi sinh học. Những khám phá đầu tiên trong lĩnh vực này là được thực hiện vào năm 1892.

Từ đó tới nay, hơn 6.000 loại virus đã được tìm thấy nhưng thực tế người ta cho rằng có tới hơn 100.000 loài đang tồn tại. Có nhiều loài virus bị quên lãng được tìm thấy trong những tảng băng vĩnh cửu từ quá trình khai quật các mẫu băng ở độ sâu lớn.

Trong những khối băng vĩnh cửu ta có thể tìm thấy các loài virus có tuổi đời hàng triệu năm. Ảnh: BBC.

Virus được tìm thấy trong hầu hết các hệ sinh thái. Bản thân hệ miễn dịch của con người và động vật khá tích cực chống lại nhiều loại virus. Đồng thời, các kháng thể được tạo ra sẽ cho phép virus bị đánh bại khi chúng tái xâm nhập vào cơ thể.

Nhưng quả thực, điều này không phải lúc nào cũng hoạt động với các dạng đột biến của cùng một chủng loại virus. Một số virus ngay từ đầu có thể xuyên qua hệ thống miễn dịch, ví dụ như một số loại herpes và HIV.

Các thuốc kháng virus đặc chủng có thể chống lại virus tương đối hiệu quả. Hãy nhớ rằng, khi nhiễm bệnh do virus thì việc dùng kháng sinh sẽ chỉ làm cho bệnh tình nặng hơn thêm mà thôi.

Lịch sử virus và thời hoàng kim của virus học

Như đã nói ở trên rằng có những loại virus cho phép chống lại các vi khuẩn. Điều đó làm cho một số loại virus trở thành phương tiện tiềm năng để chống lại những bệnh như thương hàn và tả.

Các thí nghiệm tương tự đã được thực hiện, kể cả nhà vi khuẩn học người Anh là Frederick Twort vào đầu thế kỷ 20 đã phát hiện ra những tính chất như vậy của virus. Điều thú vị là vào thời điểm đó, những nghiên cứu này đã không được chú ý tới, do thực tế là penicillin vừa được phát minh đã chiến đấu rất thành công với nhiều mầm bệnh.

Nhà vi khuẩn học Frederick Twort người Anh đã có những nghiên cứu về virus từ thế kỷ 20. Ảnh: Microbiology Society.

Một tính chất thú vị của virus được phát hiện từ thế kỷ 19 là nó cần một sinh vật sống để tồn tại và sinh sản. Sau này, các nhà khoa học đã có thể nuôi cấy virus để sản xuất vaccine trên bạch huyết, huyền phù từ thận gà hoặc trên các mẩu mô giác mạc lợn biển. Những virus như vậy đã được nuôi cấy để tạo ra vaccine. Những nghiên cứu tương tự vẫn đang được tiếp tục cho tới nay.

Thí nghiệm đầu tiên trên các mô thai nhi đã được thực hiện vào năm 1949 bởi John Franklin Enders, Thomas Huckle Weller và Frederick Chapman Robbins. Họ đã nhận được virus bại liệt, lần đầu tiên được nuôi cấy không phải trên mô hoặc trứng động vật. Ít lâu sau, việc đó đã cho phép Jonas Salk tạo ra được loại vaccine ngừa bại liệt rất hiệu quả.

Hình ảnh thực tế của một loại virus khi quan sát qua kính hiển vi điện tử. Ảnh: Science Friday.

Ở buổi bình minh của việc tìm kiếm virus, nhiều nhà khoa học từng nghĩ rằng virus là chất lỏng vì chúng không thể được nhìn thấy qua kính hiển vi. Cũng từng có ý kiến cho rằng đó là những phần tử cực kỳ nhỏ, nhưng để chứng minh điều đó thì rất phức tạp. Nó chỉ được chứng minh với sự ra đời của kính hiển vi điện tử. Khi đấy chúng ta đã thu nhận được những hình ảnh đầu tiên của virus, cho nhiều hiểu biết hơn về cấu trúc của chúng.

Nhìn chung, thời hoàng kim của virus học là nửa sau của thế kỷ 20. Vào thời ấy, không chỉ chúng ta tìm ra được khoảng 2.000 loại virus và đưa ra được mô tả của chúng, mà vaccine chống lại nhiều chủng loại virus cũng đã được phát kiến.

Tiến sĩ Luc Montagnier đã nhận giải thưởng Nobel Sinh lý và Y khoa cho việc tìm ra virus HIV.

Nhưng bên cạnh đó nhiều loại virus hiện vẫn chưa thể bị đánh bại. Chẳng hạn, retrovirus và đại diện nổi tiếng nhất là HIV, được phân lập vào năm 1983 bởi một nhóm các nhà khoa học do Luc Montagnier đứng đầu từ Viện Pasteur tại Pháp.

Virus từ đâu ra?

Nhiều người quan tâm đến câu hỏi virus từ đâu ra, tức là chúng xuất hiện như thế nào và chúng từ đâu mà có. Không có ý kiến đơn nhất cho câu hỏi này, nhưng có ba giả thuyết chính.

Giả thuyết đầu tiên được gọi là hồi quy (còn gọi là giả thuyết suy giảm hoặc thoái hóa). Theo đó, lúc đầu có những tế bào nhỏ đã ký sinh trên những sinh vật lớn hơn. Về sau, những vi khuẩn này đã bị đơn giản hóa, mất đi những chức năng không cần thiết cho lối sống ký sinh. Bằng chứng của giả thuyết này là sự tồn tại của các vi khuẩn rickettsia và chlamydia. Bản chất thì chúng là vi khuẩn, nhưng lại hoạt động như virus, chỉ lan truyền bên trong tế bào sống với các cấu trúc protein của mình.

Giả thuyết thứ hai được gọi là giả thuyết về nguồn gốc tế bào. Theo đó, virus xuất hiện từ bộ gene của sinh vật lớn hơn. Không đi sâu vào tiểu tiết, trong DNA có những phân tử có thể di chuyển từ tế bào này sang tế bào khác hoặc ngay trong bộ gene. Chính phân tử này có thể đột biến và chuyển biến dần thành virus.

Giả thuyết thứ ba đó là virus đã xuất hiện vào buổi bình minh tồn tại của sự sống, nghĩa là cỡ cùng lúc với khởi sinh của đời sống tế bào. Nhiều nhà nghiên cứu đang nghiêng về lý thuyết này. Mặc dù, các tranh luận chưa bao giờ lắng xuống và vẫn chưa có câu trả lời chắc chắn cho câu hỏi virus từ đâu mà ra.

Các dạng sống của virus và cách xâm nhập vào tế bào

Như đã đề cập ở trên, virus không thể tồn tại bên ngoài tế bào của một sinh vật sống, vì nó không có quá trình trao đổi chất riêng. Để tổng hợp các phân tử của chính mình, nó cần phải có một tế bào chủ. Bên ngoài tế bào như vậy, virus hoạt động như một phần tử của một cao phân tử sinh học và không thể hiện các dấu hiệu của một sinh vật sống.

Khi virus nằm ngoài tế bào, nó tồn tại như một phần tử độc lập. Kích thước của phần tử này nhỏ đến mức mà không thể phát hiện ra được hầu hết các loại virus bằng kính hiển vi quang học đơn giản. Kích thước của nó nhỏ hơn khoảng 100 lần so với kích thước của vi khuẩn và hình dạng của nó thay đổi từ xoắn ốc đơn giản đến các cấu trúc phức tạp hơn. Một trong những hình thức của chúng tương tự như vương miện, đó chính là coronavirus.

Ảnh thực tế virus corona nhìn qua kính hiển vi điện tử. Ảnh: NIAID-RML.

Một số nhà khoa học gọi virus là các thực thể nằm ở ranh giới sự sống. Một mặt, chúng không phải là sinh vật sống; nhưng mặt khác chúng có thể nhân lên, tiến hóa và tiến hành hoạt động sống, mặc dù chỉ nhờ dinh dưỡng bên ngoài từ những cấu trúc protein của tế bào chủ.

Nền tảng vòng đời của virus chỉ gồm vài giai đoạn:

Đầu tiên được gọi là bám dính. Ở giai đoạn này, hình thành các liên kết giữa các protein của vỏ protein bên ngoài virus (virus capsid) và bề mặt của tế bào chủ. Đôi khi, virus chỉ tương tác với những tế bào nhất định, chẳng hạn như HIV là chỉ với các tế bào bạch cầu.

Ở giai đoạn thứ hai, xảy ra sự xâm nhập vào tế bào chủ. Lúc này, virus được giải phóng khỏi vỏ protein của mình. Nói một cách đơn giản, nó bò ra khỏi vỏ và phóng bộ gene của mình vào trong tế bào chủ. Cách thức tự giải phóng khỏi vỏ protein là rất khác nhau. Vỏ có thể bị hòa tan bởi các enzyme của chính virus hoặc bằng cách sử dụng các thành tố bên trong tế bào chủ.

Sau đó, virus được nhân bào lên khi tổng hợp các gene ban đầu của virus. Kế đó, nó tập hợp thành những cấu trúc và ở giai đoạn cuối thì sẽ rời hẳn khỏi tế bào sau khi tế bào chết. Thông thường, điều này diễn ra do màng tế bào bị phá vỡ.

Bằng cách như vậy, virus xâm nhập vào tế bào và giải phóng bộ gene của mình.

Nhiều loại virus không dẫn đến việc phá hủy tế bào và cho tới thời điểm nhất định thì không tự biểu lộ bản thân. Chúng có thể tồn tại nhiều năm bên trong tế bào và gây ra các bệnh mãn tính.

Ví dụ về các loại virus này gồm có herpes – chỉ biểu hiện với sự kết hợp của những yếu tố nhất định, hoặc papillomavirus – trong một số trường hợp có thể dẫn đến sự phát triển của các bệnh ung thư hay Epstein-Barr – chỉ dẫn tới sự tăng tốc phân bào, nhưng không có dấu hiệu ác tính.

(Mời quý độc giả cùng tìm hiểu về sự đóng góp của virus vào chuỗi tiến hóa, những đại dịch được gây ra bởi virus cũng như cách phòng chống virus trong phần 2 của bài viết.)

Thanh Hương

Theo Khám phá