CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 SARS – CoV – 2 Thế giới hiện đang đối mặt với một tình huống khủng hoảng y tế xuất hiện lần đầu tiên vào cuối tháng 12 năm 2019 bắt nguồn từ một vài trường hợp mắc bệnh viêm phổi không rõ nguyên nhân ở Vũ Hán, Trung Quốc. Các bệnh nhân có các triệu chứng chung như sốt, ho khan, đau họng, khó thở và mệt mỏi. Mẫu quệt hầu họng và hậu môn được thu thập cùng với máu và dịch rửa phế quản (BALF – Bronchoalveolar Larva Fluid) từ tất cả bảy bệnh nhân, không phân biệt tuổi tác và giới tính của họ, sau đó được gửi đến Viện Virus Vũ Hán để kiểm tra. Khi đợt bùng phát đầu tiên diễn ra tại chợ hải sản vào mùa đông, các hình thái tương tự như đợt lây nhiễm Hội chứng hô hấp cấp tính nặng (SARS) trước đó được ghi nhận, các nhà khoa học đầu tiên sàng lọc các mẫu bằng cách sử dụng mồi pan-CoV qPCR.
Kết quả gây bất ngờ với năm mẫu được báo cáo dương tính với coronavirus. Phân tích chi tiết bằng cách sử dụng trình tự di truyền và cây phát sinh loài thông qua công nghệ giải trình tự thế hệ mới đã xác định tác nhân gây ra bệnh hô hấp này, một loại coronavirus mới (2019-nCoV) [4]. Ngày 11 tháng 3 năm 2020, tổ chức WHO chính thức công bố tình trạng đại dịch trên toàn cầu và đặt tên cho bệnh mới là Corona Virus Disease 2019 hay Covid-19. Virus sau đó được đặt lại theo danh pháp quốc tế với tên chính thức là SARS – CoV – 2 bởi ICTV (International Committee on Taxonomy of Viruses).
Đây cũng là chủng virus được định danh với tốc độ chưa có tiền lệ bằng việc sử dụng tiến bộ khoa học nổi bật là công nghệ giải trình tự thế hệ mới và ứng dụng tin sinh. Cũng bắt nguồn từ đó thông tin di truyền cho việc phát triển các test kit phát hiện cũng như các nghiên cứu về cấu trúc và gen chức năng trong việc xâm nhiễm virus đến con người được liên tục cập nhật cho đến hiện nay.1 Giả thuyết nguồn gốc Nhờ vào việc nhanh chóng xác định trình tự bộ gen và phân tích phát sinh loài của coronavirus mới SARS-CoV-2 đã chỉ ra rằng nó tương tự về mặt di truyền với coronavirus SARS-CoV đã biết trước đây và đó cũng là lý do nó được xếp vào họ Coronaviridae. Coronavirus chứa RNA sợi đơn dương (+ ve ssRNA) làm vật liệu di truyền của nó, có chiều dài khoảng 30 kb được bọc kín bởi một lớp vỏ và phủ bên ngoài màng acid béo giúp virus tránh được phản ứng miễn dịch của vật chủ và hỗ trợ xâm nhập của nó bên trong tế bào chủ [5]. Phân họ Coronavirinae được chia nhỏ thành bốn chi, cụ thể là alpha-, beta-, gamma- và delta- coronavirus (α-CoV, β- CoV, γ-CoV và δ-CoV).
Các virus có khả năng lây nhiễm sang người được xếp vào chi α-CoV và β-CoV (SARS-CoV & MERS-CoV), trong khi virus thuộc các chi γ- CoV và δ-CoV chủ yếu được biết là lây nhiễm cho lợn và chim. SARS-CoV-2 thuộc giống β-CoV, vì nó có 88% nhận dạng trình tự với coronavirus từ dơi nhưng chỉ giống 79% với SARS-CoV và 50% giống với MERS-CoV. Giả thuyết ban đầu được xây dựng rằng vật chủ trực tiếp của virus này có thể là một con dơi, sau đó truyền nó sang một số vật chủ trung gian không xác định đóng vai trò là nguồn truyền virus cho người.2 Biến thể SARS – CoV – 2 (Variants) Theo quan điểm này, SARS-COV-2 là coronavirus của động vật chứ không phải của người, tuy nhiên sau khi virus nhiễm sang người và lây lan thì chính virus đã có những thích ứng bằng cách xảy ra và chọn lọc các đột biến trên bộ gen của nó (đặc biệt là gen chịu trách nhiệm hình thành protein gai, protein S, là cấu trúc giúp virus xâm nhập vào tế bào biểu mô hô hấp của người qua thụ thể ACE2 trên bề mặt tế bào) để thay đổi thành những biến thể (variants) giúp chúng dễ lây lan hơn từ người sang người. Các biến thể mới nhanh chóng được hình thành dựa trên tỷ lệ lây nhiễm nhanh chóng, với con số tuyệt đối nhiễm trùng lớn dẫn đến xác suất xuất hiện biến dị di truyền ngày càng cao một phần do sai hỏng chức năng sao chép bộ gen virus một phần do quá trình tương tác giữa virus với ký chủ hình thành cơ chế trốn tránh 6 miễn dịch, hay tình huống tái tổ hợp trong trường hợp bùng phát đồng nhiễm các chủng virus khác nhau.
Theo đúng qui luật tiến hóa thì các biến thể xuất hiện càng về sau thì càng lây lan nhanh hơn các biến thể xuất hiện trước và sẽ nhanh chóng thay thế các biến thể trước. Biến thể đầu tiên của virus xuất hiện ngay sau khi COVID-19 lan qua châu Âu và Mỹ từ cuối tháng 2/2020 là dòng D614G với đột biến tại codon 614 trên gen S: aspartic acid (D) bị thay thế bằng Glycine (G), và sự thay đổi này làm cho protein S bám vào ACE2 dễ dàng hơn hơn, giúp cho virus dễ xâm nhập vào tế bào hơn [6]. Chỉ cần sau 4 tháng lây lan là SARS-COV-2 dòng G đã thay thế hoàn toàn dòng D và đột biến D614G cũng vẫn còn hiện diện trong các biến thể được phát hiện sau này. Cho đến hiện nay, SARS-COV-2 đã xuất hiện 4 biến thể quan ngại (VOC; Variants of concern) là Alpha, Beta, Gamma và Delta với tốc độ lây lan nhanh hơn dòng nguyên thủy theo thứ tự là 82%, 50%, 161% và 198% (Bảng 1.
Ngoài 4 biến thể trên thì SARS-COV-2 còn xuất hiện thêm một số biến thể khác nữa như Epsilon, Kappa, Iota, Eta… và các biến thể này được xếp vào các biến thể theo dõi (VOI: Variants of interest). Tuy nhiên cục diện đã thay đổi hoàn toàn kể từ từ tháng 11/2021, khi xuất hiện biến thể Omicron tại Nam Phi [7], khiến cho hiện nay WHO và ECDC chỉ còn lưu ý đến hai biến thể Delta và Omicron vì các biến thể khác được ghi nhận là hầu như đã biến mất, và trong tương lai có lẽ chỉ còn Omicron. Lý do là tốc độ lây lan của Omicron cực kỳ nhanh vì trên gen S của Omicron xuất hiện rất nhiều đột biến. Nếu các biến thể Alpha, Beta, Gamma và Delta chỉ có từ 10 đến 11 đột biến trên gen S với chỉ 1 đến 3 đột biến trên vùng bám thụ thể (RBD: Receptor binding domain) của gen S thì Omicron lại có đến 34 đột biến trên gen S và trên vùng RDB có đến 15 đột biến (Bảng 1.
Chính những đột biến này đã giúp cho Omicron không chỉ lây lan nhanh hơn biến thể Delta gấp 2.5 lần mà còn giúp chúng có thể tránh được các kháng thể do cơ thể tạo ra nhờ chích ngừa hay do nhiễm COVID-19 trước đó, làm cho nhiều người đã bị nhiễm tự nhiên hay được chích ngừa vẫn bị nhiễm Omicron.1 Nguồn gốc các biến thể và tốc độ lây lan so với dòng ban đầu (https://www.int/activities/tracking-SARS-CoV-2-variants) Thời gian Tốc độ Biến thể Tên khác Nguồn gốc phát hiện lây Alpha B.7 UK Dec 2020 82% Variant of Concern Beta B.351 South Africa Jan 2021 50% VOC Gamma P.1 Brazil Jan 2021 161% Delta B.2 India Oct 2020 191% Omicron B.1529 South Afica Nov 2021 500% Epsilon B.427 Variant under Investigation Kappa B.1 India Oct 2020 ? VUI Eta B.525 Nigeria Dec 2020 ? Iota B.526 USA Nov 2020 ? SARS – CoV – 2 Variant Classification and Definition Bảng 1.2 Các đột biến trên gen S và trên vùng RDB của gen S ở trên biến thể Omicron Biến thể Đột biến Đột biến quan ngại Alpha 10 (+3) 1 (+2) ở vùng RBD, 1 (+1) giảm hiệu quả moAb, 1 gần cleavage site, có D614G Beta 10 1 ở vùng RBD, 2 giảm hiệu quả moAb, có D614G Gamma 11 3 ở vùng RBD, 2 giảm hiệu quả moAb, 1 gần cleavage site, có D614G Delta 10 2 ở vùng RBD, 1 gần cleavage site, có D614G Omicron 34 10 ở vùng RBD, 2 giảm hiệu quả moAb, 2 gần cleavage site, có D614G 8 1.2 Cấu trúc và chức năng gen Bộ gen SARS-CoV-2 bao gồm 12 khung đọc mở (ORF). Đầu kết thúc 5 ′ của bộ gen virus, có mặt các ORF chồng lấn 1a và 1b mã hóa RNA polymerase và các protein không cấu trúc khác của virus và chiếm khoảng 2/3 bộ gen. Các gen mã hóa các protein cấu trúc như gai (S), màng (M), vỏ (E) và nucleocapsid (N), có mặt trong một phần ba bộ gen còn lại của nó kéo dài từ đầu 5' đến đầu 3', cùng với một số gen mã hóa protein không cấu trúc (NSP) và protein phụ nằm rải rác ở giữa (Hình 1. Như đã mô tả ở nội dụng trên một số thay thế axit amin đã xảy ra trong các gen coronavirus mới mã hóa protein S, NSP2, NSP3 và miền liên kết thụ thể (RBD).
Những đột biến này trong NSP2 & NSP3 cũng được cho là mang lại khả năng lây nhiễm nâng cao của coronavirus mới. Báo cáo mô tả SARS-CoV-2 khai thác thụ thể của men Angiotensin – Converting enzyme 2 (ACE2) để xâm nhập vào bên trong tế bào người, trong khi MERS-CoV liên kết đặc biệt với thụ thể Dipeptidyl Peptidase 4 (DPP4) [8]. Liên kết của hạt virus với thụ thể cụ thể trên tế bào chủ đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh khả năng gây bệnh của nó. Khảo sát các thụ thể tiềm năng cho các Betacoronavirus khác nhau (β-CoV) bao gồm cả SARS-CoV-2 người ta phát hiện ra rằng sự xâm nhập của virus đã được tăng cường trong các tế bào người biểu hiện thụ thể ACE2 thay vì DPP4 hoặc Aminopeptidase N (APN) trong trường hợp của coronavirus mới [9].
Nghiên cứu Cryo-EM (Cryogenic electron microscopy) về protein S nhấn mạnh rằng ái lực của ACE2 và protein S của SARS-CoV-2 lớn hơn 10–20 lần so với SARS-CoV đã biết trước đây [10]. Kiến thức về các thụ thể tiềm năng mà virus có thể liên kết cùng với các protease liên quan của nó sẽ cho phép phát triển các loại thuốc chống virus cũng như dự đoán kháng thể trung hoà hình thành từ đáp ứng miễn dịch với virus.1 Cấu trúc phân tử của virus và so sánh hệ gen của SARS - CoV - 2 với các chủng coronavirus trước đó (https://www.2 Đáp ứng miễn dịch chống SARS – CoV – 2 Một khi virus xâm nhập vào bên trong tế bào đích, hệ thống miễn dịch của vật chủ sẽ nhận diện toàn bộ virus hoặc các yếu tố kháng nguyên (Epitopes), tạo ra phản ứng miễn dịch tự nhiên (Innate) hoặc thích ứng (Adaptive). Các thụ thể nhận dạng mầm bệnh (PRR – Pathogen recognition receptors) hiện diện trên các tế bào miễn dịch, chủ yếu là các thụ thể Toll-like 3, 7 và 8 nhận dạng đầu tiên virus, dẫn đến việc tăng cường sản xuất interferon (IFN).
