Xác định biến thể SARS-CoV-2 thuộc tỉnh Bắc Giang bằng kỹ thuật giải trình tự gen thế hệ mới

Nghiên cứu xác định biến thể SARS-CoV-2 tại Bắc Giang bằng kỹ thuật giải trình tự gen thế hệ mới. Phân tích chuyên sâu, đánh giá đột biến và so sánh dữ liệu GISAID.

• Tác giả: Nguyễn Thị Hải Hà
• Người hướng dẫn: PGS. Trần Vân Khánh
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm
• Đề tài: Xác định biến thể SARS-CoV-2 thuộc tỉnh Bắc Giang bằng kỹ thuật giải trình tự gen thế hệ mới
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sỹ khoa học
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU
• 0.1. TỔNG QUAN VỀ ĐẠI DỊCH COVID-19
• 0.1.1. Trên thế giới
• 0.1.2. Tại Việt Nam
• 0.1.3. Đặc điểm lâm sàng COVID-19
• 0.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến mức độ biểu hiện bệnh của bệnh nhân COVID-19
• 0.1.4.1. Yếu tố virus
• 0.1.4.2. Yếu tố vật chủ
• 0.2. TỔNG QUAN VỀ VIRUS SARS-COV-2
• 0.2.1. Cấu tạo virus SARS-CoV-2
• 0.2.2. Con đường lây truyền của virus SARS-CoV-2
• 0.2.3. Quá trình virus xâm nhập tế bào và nhân lên của virus SARS-CoV-2
• 0.2.4. Biến thể của COVID-19
• 0.2.4.1. Biến thể Alpha
• 0.2.4.2. Biến thể Beta
• 0.2.4.3. Biến thể Gamma
• 0.2.4.4. Biến thể Delta
• 0.2.4.5. Biến thể Omicron
• 0.2.5. Các phương pháp xét nghiệm và phân tích COVID-19
• 0.2.5.1. Phương pháp Real-time PCR
• 0.2.5.2. Phương pháp xét nghiệm kháng nguyên
• 0.2.5.3. Phương pháp xét nghiệm kháng thể
• 0.2.5.4. Kỹ thuật giải trình tự gen thế hệ mới (next generation sequencing)
• 0.3. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
• 0.3.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
• 0.3.2. ĐỊA ĐIỂM VÀ THỜI GIAN NGHIÊN CỨU
• 0.3.3. TRANG THIẾT BỊ VÀ HOÁ CHẤT
• 0.3.3.1. Trang thiết bị
• 0.3.4. CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH
• 0.3.4.1. Quy trình lấy mẫu
• 0.3.4.2. Quy trình thí nghiệm
• 0.3.4.3. Tách chiết RNA của SARS-CoV-2
• 0.3.4.4. Xác định hàm lượng và kiểm tra chất lượng RNA bằng phương pháp đo độ hấp thụ ánh sáng tử ngoại
• 0.3.4.5. Khuếch đại RNA của SARS-CoV-2 bằng Real-time PCR
• 0.3.4.6. Tạo lập thư viện giải trình tự
• 0.3.4.7. Giải trình tự thế hệ mới
• 0.3.5. XỬ LÝ VÀ PHÂN TÍCH SỐ LIỆU
• 0.3.6. ĐẠO ĐỨC NGHIÊN CỨU
• 0.4. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 0.4.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
• 0.4.2. XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG RNA VÀ PHÂN TÍCH SỰ CÓ MẶT CỦA SARS-COV-2 BẰNG REAL-TIME PCR
• 0.4.3. CHẤT LƯỢNG GIẢI TRÌNH TỰ CÁC MẪU SARS-COV-2 TẠI BẮC GIANG TỪ GISAID VÀ MẪU HMU
• 0.4.4. ĐÁNH GIÁ ĐỘT BIẾN
• 0.4.4.1. PHÂN TÍCH DỮ LIỆU TRÊN GISAID
• 0.4.4.2. Thống kê kết quả giải trình tự gen các mẫu SARS-CoV-2 trên GISAID
• 0.4.4.3. So sánh các đột biến axit amin với bộ dữ liệu độc lập (từ GISAID)
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan Nghiên cứu biến thể SARS CoV 2 tại Bắc Giang

Đại dịch COVID-19 do SARS-CoV-2 gây ra là một vấn đề toàn cầu bức thiết. Với khả năng lây lan nhanh, virus đã lan rộng khắp thế giới, gây ra hàng triệu ca mắc và tử vong. Cơ chế bệnh sinh của virus vẫn chưa được hiểu rõ hoàn toàn, và việc nghiên cứu các biến thể SARS-CoV-2 là vô cùng quan trọng. Đặc biệt, việc xác định và phân tích các biến thể virus corona tại các địa phương như Bắc Giang đóng vai trò then chốt trong công tác phòng chống dịch bệnh. Nghiên cứu này sử dụng giải trình tự gen thế hệ mới để xác định các đột biến gen SARS-CoV-2, cung cấp thông tin quan trọng cho việc đưa ra các biện pháp phòng ngừa và điều trị hiệu quả hơn. Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích gen SARS-CoV-2 tại Bắc Giang, một tỉnh thành chịu ảnh hưởng nặng nề bởi dịch bệnh.

1.1. Tầm quan trọng của việc nghiên cứu biến thể SARS CoV 2

Nghiên cứu biến thể SARS-CoV-2 có ý nghĩa then chốt trong việc theo dõi sự tiến hóa của virus, dự đoán khả năng lây lan và độc lực, đồng thời đánh giá hiệu quả của các biện pháp can thiệp như vaccine và thuốc điều trị. Việc hiểu rõ biến chủng COVID-19 giúp các nhà khoa học và cơ quan y tế đưa ra các quyết định chính xác và kịp thời để bảo vệ cộng đồng. Theo tài liệu nghiên cứu, do SARS-CoV-2 là virus RNA sử dụng RNA polymerase trong quá trình sao chép nên không có khả năng đọc sửa, do đó chúng liên tục đột biến tạo ra các biến thể mới có tốc độ lây lan nhanh chóng. Do đó, việc nghiên cứu là rất cần thiết để đưa ra các biện pháp phòng ngừa dịch bệnh hiệu quả.

1.2. Vai trò của giải trình tự gen thế hệ mới NGS

Giải trình tự gen thế hệ mới (NGS) là một công cụ mạnh mẽ cho phép các nhà khoa học giải mã bộ gen của virus một cách nhanh chóng và chính xác. Công nghệ này giúp xác định các đột biến gen SARS-CoV-2, từ đó phân loại và theo dõi các biến thể lây lan nhanh. NGS có ưu điểm vượt trội so với các phương pháp giải trình tự truyền thống về tốc độ, chi phí và độ phân giải, mở ra khả năng nghiên cứu sâu rộng về dịch tễ học SARS-CoV-2 và phân tích biến thể di truyền.

II. Thách thức Biến thể SARS CoV 2 và ảnh hưởng tại Bắc Giang

Tình hình dịch bệnh COVID-19 tại Bắc Giang diễn biến phức tạp với nhiều đợt bùng phát do các biến thể SARS-CoV-2 khác nhau gây ra. Việc xác định chính xác các biến thể Delta Bắc Giang và biến thể Omicron Bắc Giang là vô cùng quan trọng để đánh giá mức độ lây lan, độc lực và khả năng né tránh miễn dịch. Các đột biến gen SARS-CoV-2 có thể ảnh hưởng đến hiệu quả của vaccine và các biện pháp điều trị hiện có, gây ra những thách thức lớn cho công tác phòng chống dịch COVID-19 Bắc Giang. Việc nghiên cứu cũng cho thấy, các biến thể lây lan nhanh đã gây ra tình trạng quá tải hệ thống y tế và ảnh hưởng nghiêm trọng đến kinh tế - xã hội của tỉnh.

2.1. Tác động của biến thể Delta và Omicron tại Bắc Giang

Sự xuất hiện của biến thể Delta Bắc Giang và biến thể Omicron Bắc Giang đã gây ra những đợt bùng phát dịch lớn tại Bắc Giang, với số lượng ca mắc và nhập viện tăng đột biến. Các biến thể này có khả năng lây lan nhanh hơn so với các biến thể trước đó, gây khó khăn cho công tác kiểm soát dịch bệnh. Việc sàng lọc biến thể SARS-CoV-2 và đánh giá hiệu quả vaccine đối với biến thể trở nên cấp thiết để bảo vệ cộng đồng.

2.2. Khó khăn trong kiểm soát dịch bệnh do biến thể mới

Các biến thể SARS-CoV-2 mới có thể né tránh miễn dịch từ vaccine và các lần nhiễm trước, làm giảm hiệu quả của các biện pháp phòng ngừa. Việc phát hiện sớm và ngăn chặn sự lây lan của các biến thể virus corona Bắc Giang đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa các cơ quan y tế, chính quyền địa phương và cộng đồng. Việc truy vết, cách ly và xét nghiệm nhanh chóng là những yếu tố then chốt để kiểm soát dịch bệnh.

III. Phương pháp Giải trình tự gen thế hệ mới NGS tại Bắc Giang

Nghiên cứu sử dụng giải trình tự gen thế hệ mới để xác định các biến thể SARS-CoV-2 tại Bắc Giang. Phương pháp này cho phép phân tích đồng thời hàng triệu đoạn DNA, cung cấp thông tin chi tiết về bộ gen của virus. Quá trình giải trình tự gen bao gồm các bước thu thập mẫu, tách chiết RNA, khuếch đại gen, tạo thư viện và chạy máy giải trình tự. Dữ liệu thu được sau đó được phân tích bằng các phần mềm chuyên dụng để xác định các đột biến gen SARS-CoV-2 và phân loại biến thể virus corona Bắc Giang. Việc sử dụng NGS SARS-CoV-2 giúp tăng cường khả năng giám sát và phát hiện sớm các biến thể lây lan nhanh.

3.1. Quy trình giải trình tự gen thế hệ mới NGS

Quy trình giải trình tự gen NGS bao gồm nhiều bước phức tạp, từ thu thập mẫu bệnh phẩm, tách chiết RNA, đến khuếch đại gen và tạo thư viện DNA. Mỗi bước đều đòi hỏi độ chính xác cao để đảm bảo chất lượng dữ liệu. Sau khi thư viện DNA được tạo, nó sẽ được đưa vào máy giải trình tự để đọc các trình tự nucleotide. Dữ liệu thu được sau đó sẽ được xử lý và phân tích bằng các phần mềm chuyên dụng.

3.2. Phân tích dữ liệu giải trình tự gen và xác định biến thể

Phân tích dữ liệu giải trình tự gen là một bước quan trọng để xác định các đột biến gen SARS-CoV-2 và phân loại các biến thể virus corona Bắc Giang. Các nhà khoa học sử dụng các phần mềm tin sinh học để so sánh trình tự gen của virus với trình tự tham chiếu, từ đó phát hiện các vị trí có sự khác biệt. Các đột biến này sau đó sẽ được đánh giá để xác định ảnh hưởng của chúng đến khả năng lây lan, độc lực và khả năng né tránh miễn dịch của virus.

IV. Kết quả Phân tích biến thể SARS CoV 2 tại Bắc Giang từ GISAID

Nghiên cứu tiến hành phân tích dữ liệu giải trình tự gen từ GISAID để so sánh với các mẫu bệnh phẩm tại Bắc Giang. Kết quả cho thấy sự đa dạng của các biến thể SARS-CoV-2 lưu hành tại địa phương, bao gồm cả biến thể Delta Bắc Giang và biến thể Omicron Bắc Giang. Phân tích cũng giúp xác định các đột biến gen SARS-CoV-2 đặc trưng cho từng biến thể và đánh giá mức độ phổ biến của chúng trong cộng đồng. Việc so sánh với dữ liệu GISAID giúp hiểu rõ hơn về nguồn gốc và sự tiến hóa của các biến thể virus corona Bắc Giang.

4.1. Thống kê các biến thể SARS CoV 2 phổ biến tại Bắc Giang trên GISAID

Việc thống kê các biến thể SARS-CoV-2 phổ biến trên GISAID giúp có cái nhìn tổng quan về tình hình dịch bệnh tại Bắc Giang. Dữ liệu này cho thấy sự thay đổi của các biến thể theo thời gian và cung cấp thông tin quan trọng cho việc dự đoán các đợt bùng phát dịch trong tương lai.

4.2. So sánh đột biến axit amin với dữ liệu độc lập từ GISAID

So sánh đột biến gen SARS-CoV-2 với dữ liệu độc lập từ GISAID giúp xác định các đột biến mới nổi và đánh giá mức độ ảnh hưởng của chúng đến khả năng lây lan và độc lực của virus. Việc này cũng giúp các nhà khoa học phát hiện ra các biến thể có khả năng né tránh miễn dịch và cảnh báo về nguy cơ tái nhiễm.

V. Ứng dụng Nghiên cứu biến thể SARS CoV 2 và phòng chống dịch

Kết quả nghiên cứu biến thể SARS-CoV-2 tại Bắc Giang bằng giải trình tự gen thế hệ mới có nhiều ứng dụng quan trọng trong công tác phòng chống dịch COVID-19 Bắc Giang. Thông tin về các biến thể lây lan nhanh và đột biến gen SARS-CoV-2 giúp cơ quan y tế đưa ra các biện pháp phòng ngừa và kiểm soát dịch bệnh hiệu quả hơn. Nghiên cứu cũng góp phần đánh giá hiệu quả vaccine đối với biến thể và điều chỉnh chiến lược tiêm chủng phù hợp. Ngoài ra, kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để phát triển các phương pháp chẩn đoán và điều trị mới, giúp giảm thiểu số ca mắc và tử vong.

5.1. Ứng dụng trong giám sát và cảnh báo sớm dịch bệnh

Việc sàng lọc biến thể SARS-CoV-2 và phân tích đột biến gen SARS-CoV-2 giúp phát hiện sớm các biến thể lây lan nhanh và đưa ra các cảnh báo kịp thời cho cộng đồng. Điều này cho phép cơ quan y tế triển khai các biện pháp phòng ngừa và kiểm soát dịch bệnh trước khi nó lan rộng.

5.2. Phát triển vaccine và phương pháp điều trị hiệu quả hơn

Thông tin về các đột biến gen SARS-CoV-2 và biến thể virus corona Bắc Giang giúp các nhà khoa học phát triển các loại vaccine và phương pháp điều trị có khả năng chống lại các biến thể mới. Điều này đảm bảo rằng các biện pháp can thiệp y tế vẫn hiệu quả trong bối cảnh virus liên tục tiến hóa.

VI. Tương lai Phát triển năng lực giải trình tự gen tại địa phương

Việc xây dựng và phát triển năng lực giải trình tự gen tại các địa phương như Bắc Giang là vô cùng quan trọng để chủ động đối phó với các dịch bệnh truyền nhiễm trong tương lai. Năng lực giải trình tự gen thế hệ mới tại địa phương giúp giảm thời gian chờ đợi kết quả, tăng cường khả năng giám sát và phát hiện sớm các biến thể lây lan nhanh. Điều này đòi hỏi sự đầu tư vào cơ sở vật chất, trang thiết bị và đào tạo nhân lực. Việc hợp tác với các trung tâm nghiên cứu lớn và các tổ chức quốc tế cũng là một yếu tố quan trọng để nâng cao năng lực nghiên cứu gen SARS-CoV-2 và ứng phó với các thách thức y tế công cộng.

6.1. Đầu tư vào cơ sở vật chất và đào tạo nhân lực

Để xây dựng năng lực giải trình tự gen tại địa phương, cần đầu tư vào cơ sở vật chất hiện đại, bao gồm các phòng thí nghiệm đạt chuẩn, các thiết bị giải trình tự gen NGS và các phần mềm phân tích dữ liệu. Đồng thời, cần đào tạo đội ngũ cán bộ khoa học có trình độ chuyên môn cao về sinh học phân tử, tin sinh học và dịch tễ học.

6.2. Hợp tác quốc tế và chia sẻ dữ liệu

Hợp tác với các trung tâm nghiên cứu lớn và các tổ chức quốc tế giúp tiếp cận các công nghệ mới, trao đổi kinh nghiệm và chia sẻ dữ liệu về các biến thể SARS-CoV-2. Việc chia sẻ dữ liệu trên các nền tảng như GISAID giúp cộng đồng khoa học toàn cầu có cái nhìn tổng quan về tình hình dịch bệnh và phối hợp trong công tác phòng chống.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Đại dịch COVID-19 do virus SARS-CoV-2 gây ra đã trở thành thách thức toàn cầu với hơn 680 triệu ca nhiễm và hơn 6 triệu ca tử vong tính đến đầu năm 2023. Tại Việt Nam, từ ca mắc đầu tiên vào tháng 1 năm 2020, đến cuối năm 2022 đã ghi nhận hơn 11 triệu ca nhiễm và hơn 43 nghìn ca tử vong. SARS-CoV-2 là virus RNA có khả năng đột biến cao, tạo ra nhiều biến thể với tốc độ lây lan nhanh, ảnh hưởng đến hiệu quả vắc xin và các biện pháp phòng chống. Việc xác định và phân tích các biến thể SARS-CoV-2 là cần thiết để hiểu rõ cơ chế bệnh sinh, từ đó đề xuất các biện pháp kiểm soát dịch hiệu quả.

Luận văn tập trung nghiên cứu xác định biến thể SARS-CoV-2 tại tỉnh Bắc Giang trong giai đoạn tháng 5 đến tháng 6 năm 2021 bằng kỹ thuật giải trình tự gen thế hệ mới (NGS). Mục tiêu chính gồm xác định tên đột biến, loại biến thể của các mẫu virus và phân tích các dạng đột biến gen. Nghiên cứu còn so sánh chất lượng mẫu và phân tích đột biến axit amin của 38 mẫu bệnh phẩm với dữ liệu mở GISAID. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao hiểu biết về sự đa dạng di truyền của virus tại Việt Nam, hỗ trợ công tác giám sát và phòng chống dịch COVID-19.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Cấu trúc và cơ chế nhân lên của SARS-CoV-2: Virus có bộ gen RNA đơn chuỗi dương dài khoảng 30 Kb, mã hóa các protein cấu trúc (S, E, M, N) và protein phi cấu trúc (nsp1-nsp16). Protein gai (S) đóng vai trò trung gian xâm nhập tế bào qua thụ thể ACE2, với sự hỗ trợ của protease TMPRSS2. Quá trình nhân lên diễn ra trong tế bào vật chủ qua tổng hợp polyprotein và lắp ráp virion.

• Biến thể và đột biến của SARS-CoV-2: Virus liên tục đột biến tạo ra các biến thể đáng quan tâm (VOIs) và biến thể đáng quan ngại (VOCs) như Alpha, Beta, Gamma, Delta, Omicron. Các đột biến trong vùng RBD của protein S ảnh hưởng đến khả năng lây truyền, độc lực và khả năng thoát miễn dịch.

• Kỹ thuật giải trình tự gen thế hệ mới (NGS): Công nghệ Illumina MiSeq được sử dụng để giải trình tự toàn bộ bộ gen virus, cho phép phát hiện nhanh các đột biến và phân loại biến thể. Phân tích dữ liệu sử dụng công cụ Nextclade và PCA để xác định dòng và đánh giá chất lượng mẫu.

Các khái niệm chính bao gồm: protein gai (S), thụ thể ACE2, đột biến SNPs, biến thể VOC, giải trình tự NGS, chu kỳ ngưỡng Ct trong Real-time PCR.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: 38 mẫu bệnh phẩm dịch tỵ hầu của bệnh nhân COVID-19 tại tỉnh Bắc Giang, thu thập tháng 5-6/2021. Dữ liệu so sánh từ GISAID gồm 82 mẫu Bắc Giang được công bố đến tháng 10/2022.

• Phương pháp chọn mẫu: Mẫu được chọn dựa trên tiêu chuẩn Ct ≤ 30 và nồng độ RNA ≥ 100 ng/μL để đảm bảo chất lượng giải trình tự.

• Quy trình thí nghiệm: Tách chiết RNA bằng QIAamp Viral RNA Mini Kit, xác định nồng độ và độ tinh sạch bằng đo hấp thụ UV. Khuếch đại RNA bằng Real-time PCR với bộ kit Allplex 2019-nCoV. Tạo lập thư viện giải trình tự theo quy trình Illumina COVIDSeq, bao gồm tổng hợp cDNA, khuếch đại PCR, gắn adapter, tinh sạch và định lượng thư viện. Giải trình tự trên hệ thống Illumina MiSeq.

• Phân tích dữ liệu: Dữ liệu thô được xử lý bằng phần mềm FastQC để kiểm tra chất lượng, cắt bỏ adapter bằng Trimmomatic. So sánh trình tự với hệ gen tham chiếu Wuhan-Hu-1 bằng công cụ BWA. Phân loại biến thể và đánh giá đột biến bằng Nextclade. Phân tích đa biến PCA để đánh giá sự khác biệt giữa các mẫu.

• Timeline nghiên cứu: Thực hiện từ tháng 5/2021 đến tháng 3/2023 tại Trung tâm Nghiên cứu Gen - Protein, Trường Đại học Y Hà Nội, phối hợp với Đại học Oxford và công ty GeneStory.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Chất lượng mẫu và kết quả Real-time PCR: Trong 38 mẫu bệnh phẩm, giá trị Ct trung bình là khoảng 25, đảm bảo đủ tải lượng virus để giải trình tự. Nồng độ RNA trung bình đạt trên 150 ng/μL, tỷ lệ mẫu đạt tiêu chuẩn chất lượng cao chiếm hơn 90%.

2. Phân loại biến thể SARS-CoV-2 tại Bắc Giang: Kết quả giải trình tự xác định chủ yếu là biến thể Delta (B.1.617.2) chiếm khoảng 85% số mẫu, phù hợp với thời điểm bùng phát dịch tại Bắc Giang năm 2021. Các biến thể khác như Alpha và Beta chiếm tỷ lệ nhỏ dưới 10%.

3. Phân tích đột biến axit amin: Các đột biến đặc trưng của biến thể Delta như D614G, L452R, P681R, T478K được phát hiện phổ biến với tần suất trên 80% trong các mẫu. So sánh với dữ liệu GISAID cho thấy sự tương đồng cao về các đột biến này, khẳng định tính đại diện của mẫu nghiên cứu.

4. Phân tích đa biến PCA: Phân tích PCA cho thấy các mẫu virus tại Bắc Giang phân nhóm rõ ràng theo biến thể, với nhóm Delta tách biệt so với Alpha và Beta. Điều này minh chứng cho sự đa dạng di truyền và sự thay thế biến thể theo thời gian.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu phù hợp với các báo cáo quốc tế về sự thống trị của biến thể Delta trong đợt bùng phát dịch năm 2021 tại nhiều quốc gia, trong đó có Việt Nam. Đột biến L452R và P681R được xác định là các yếu tố quan trọng làm tăng khả năng lây truyền và độc lực của biến thể Delta. Việc phát hiện các đột biến này với tần suất cao trong mẫu Bắc Giang cho thấy virus đã thích nghi tốt với môi trường vật chủ địa phương.

So sánh với dữ liệu GISAID giúp khẳng định độ tin cậy của phương pháp giải trình tự và phân tích. Việc sử dụng kỹ thuật NGS cho phép phát hiện nhanh các biến thể mới và theo dõi sự tiến hóa của virus, hỗ trợ công tác giám sát dịch tễ và điều chỉnh chiến lược phòng chống.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ tần suất đột biến, bảng phân loại biến thể và biểu đồ PCA minh họa sự phân nhóm mẫu, giúp trực quan hóa sự đa dạng di truyền của virus tại Bắc Giang.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường giám sát biến thể SARS-CoV-2 bằng NGS: Đẩy mạnh ứng dụng giải trình tự gen thế hệ mới tại các trung tâm y tế và phòng thí nghiệm để phát hiện sớm biến thể mới, đặc biệt tại các khu vực có nguy cơ cao như các khu công nghiệp. Thời gian thực hiện: liên tục, chủ thể: Bộ Y tế và các viện nghiên cứu.

2. Cập nhật và điều chỉnh chiến lược tiêm chủng: Dựa trên kết quả phân tích biến thể, điều chỉnh loại vắc xin phù hợp với biến thể lưu hành, tăng cường tiêm mũi nhắc lại cho nhóm nguy cơ cao nhằm nâng cao hiệu quả miễn dịch cộng đồng. Thời gian: trong vòng 6 tháng, chủ thể: cơ quan y tế địa phương và trung ương.

3. Nâng cao năng lực phòng thí nghiệm và đào tạo nhân lực: Đầu tư trang thiết bị giải trình tự và đào tạo kỹ thuật viên chuyên sâu về công nghệ NGS và phân tích dữ liệu sinh học để đảm bảo chất lượng và tốc độ xử lý mẫu. Thời gian: 1-2 năm, chủ thể: các trường đại học, viện nghiên cứu.

4. Tăng cường truyền thông và giáo dục cộng đồng: Nâng cao nhận thức về biến thể virus và tầm quan trọng của việc tuân thủ các biện pháp phòng chống dịch, đặc biệt trong bối cảnh biến thể mới có thể xuất hiện. Thời gian: liên tục, chủ thể: Bộ Y tế, các tổ chức truyền thông.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và chuyên gia y sinh học: Nghiên cứu về biến thể virus, cơ chế đột biến và ứng dụng công nghệ giải trình tự gen trong giám sát dịch bệnh.

2. Cơ quan y tế công cộng và quản lý dịch bệnh: Sử dụng kết quả để xây dựng chính sách phòng chống dịch, cập nhật chiến lược tiêm chủng và giám sát biến thể.

3. Phòng thí nghiệm chẩn đoán và nghiên cứu lâm sàng: Áp dụng quy trình giải trình tự và phân tích dữ liệu để nâng cao chất lượng chẩn đoán và theo dõi biến thể virus.

4. Sinh viên và học viên cao học ngành sinh học, y học: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật giải trình tự và phân tích dữ liệu trong lĩnh vực virus học và dịch tễ học.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao phải sử dụng kỹ thuật giải trình tự gen thế hệ mới (NGS) để xác định biến thể SARS-CoV-2?
   NGS cho phép giải trình tự toàn bộ bộ gen virus với độ chính xác cao, phát hiện nhanh các đột biến và biến thể mới. Ví dụ, trong nghiên cứu này, NGS giúp xác định chính xác biến thể Delta chiếm ưu thế tại Bắc Giang.

2. Giá trị Ct trong Real-time PCR ảnh hưởng thế nào đến chất lượng giải trình tự?
   Giá trị Ct càng thấp chứng tỏ tải lượng virus càng cao, mẫu RNA càng đủ để giải trình tự chính xác. Mẫu có Ct ≤ 30 được ưu tiên chọn để đảm bảo chất lượng dữ liệu.

3. Các biến thể SARS-CoV-2 có ảnh hưởng như thế nào đến hiệu quả vắc xin?
   Một số biến thể như Delta và Omicron có đột biến giúp virus lẩn tránh miễn dịch, làm giảm hiệu quả vắc xin. Do đó, việc theo dõi biến thể giúp điều chỉnh chiến lược tiêm chủng phù hợp.

4. Phân tích PCA trong nghiên cứu này có ý nghĩa gì?
   PCA giúp phân nhóm các mẫu virus dựa trên đặc điểm đột biến, minh họa sự đa dạng di truyền và sự khác biệt giữa các biến thể, hỗ trợ đánh giá sự tiến hóa của virus.

5. Làm thế nào để đảm bảo chất lượng mẫu trong quá trình nghiên cứu?
   Mẫu được thu thập theo quy trình vô trùng, bảo quản lạnh nghiêm ngặt, kiểm tra nồng độ và độ tinh sạch RNA bằng phương pháp đo hấp thụ UV, chỉ chọn mẫu đạt tiêu chuẩn để giải trình tự.

Kết luận

• Xác định thành công biến thể SARS-CoV-2 chủ yếu là Delta tại tỉnh Bắc Giang trong đợt bùng phát năm 2021, với các đột biến đặc trưng như D614G, L452R, P681R.
• Áp dụng kỹ thuật giải trình tự gen thế hệ mới Illumina MiSeq cho phép phân tích chi tiết và nhanh chóng các biến thể virus.
• So sánh với dữ liệu GISAID khẳng định tính đại diện và độ tin cậy của mẫu nghiên cứu.
• Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao năng lực giám sát biến thể và hỗ trợ xây dựng chiến lược phòng chống dịch hiệu quả tại Việt Nam.
• Đề xuất tăng cường ứng dụng NGS, cập nhật chiến lược tiêm chủng và nâng cao năng lực phòng thí nghiệm trong thời gian tới.

Luận văn mở ra hướng nghiên cứu tiếp theo về giám sát biến thể SARS-CoV-2 liên tục và đánh giá tác động của các đột biến mới đối với hiệu quả điều trị và phòng ngừa. Các cơ quan y tế và nhà nghiên cứu được khuyến khích áp dụng kết quả để nâng cao hiệu quả kiểm soát dịch bệnh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Sự bùng phát của đại dịch COVID-19 gây ra do chủng mới của virus Corona (SARS-CoV-2) đã và đang là vấn đề bức thiết của toàn nhân loại. Với khả năng lây nhiễm mạnh, virus SARS-CoV-2 đã nhanh chóng lây lan ra khắp thế giới với 649 triệu người mắc trên tổng số 230 quốc gia, trong đó số ca tử vong lên tới hơn 6 triệu người tính đến ngày 3 tháng 12 năm 2022. Số ca mắc và tử vong vẫn đang ngày một gia tăng, tuy nhiên cho tới nay, cơ chế bệnh sinh của virus SARS-CoV-2 chưa được hiểu rõ hoàn toàn và vẫn chưa có phương pháp điều trị đặc hiệu [11]. Đặc điểm lâm sàng của bệnh do COVID-19 rất đa dạng, người bệnh từ không có triệu chứng tới biểu hiện triệu chứng nhẹ như sốt, ho, đau đầu, ngạt mũi đến các triệu chứng nặng, nguy kịch như viêm phổi, suy hô hấp, sốc nhiễm trùng và thậm chí tử vong [34].

Điều nguy hiểm là, người mang bệnh không triệu chứng tiếp tục tham gia các hoạt động xã hội bình thường, đối tượng này có nồng độ virus cao và có khả năng lây lan cao trong cộng đồng qua nhiều đường như tiếp xúc trực tiếp, qua giọt bắn trong không khí. Nhóm đối tượng này chính là căn nguyên gây bùng nổ đại dịch trên thế giới. Ngày 23 tháng 1 năm 2020, Việt Nam chính thức ghi nhận trường hợp mắc COVID-19 đầu tiên và cho đến ngày 4 tháng 12 năm 2022 Việt Nam đã ghi nhận 11.822 trường hợp nhiễm virus, trong đó số ca tử vong lên đến 43. Do SARS-CoV-2 là virus RNA sử dụng RNA polymerase trong quá trình sao chép nên không có khả năng đọc sửa , do đó chúng liên tục đột biến tạo ra các biến thể mới có tốc độ lây lan nhanh chóng, làm giảm hiệu lực vắc xin và trốn thoát các đáp ứng miễn dịch từ các lần nhiễm trước.

Vì vậy, việc nghiên cứu về các đột biến của virus SARS- CoV-2 là rất cần thiết, là cơ sở cho việc đưa ra các biện pháp nhằm giảm thiểu số ca mắc COVID-19 nghiêm trọng. Hiện nay với sự phát triển của khoa học công nghệ, việc giải trình tự gen cho phép các nhà khoa học giải thích sự khác nhau về đáp ứng miễn dịch giữa các bệnh nhân mắc COVID-19 với các biến thể của virus, từ đó hiểu rõ hơn về cơ chế bệnh sinh và đề xuất các phương pháp điều trị hiệu quả. Công nghệ giải trình tự thế hệ mới (Next Generation Sequecning - NGS) có những ưu điểm tiến bộ về tốc độ giải trình 1 tự, tiết kiệm chi phí, độ phân giải cao và độ chính xác trong phân tích bộ gen, cho phép giải trình tự hàng triệu trình tự DNA cùng lúc. Nhờ vậy, nâng cao hiệu suất của quá trình giải mã bộ gen sinh vật.

Tại Việt Nam đã có một số báo cáo ban đầu về giải trình tự gen SARS-CoV- 2 như: Nghiên cứu giải trình tự toàn bộ hệ gen và tổng hợp chủng coronavirus mới 2019 (SARS-CoV-2) của Viện Hàn lâm Khoa học và công nghệ Việt Nam [39], nghiên cứu bộ gen SARS-CoV-2 bằng giải trình tự gen thế hệ mới iSeq100 của Viện Vệ sinh dịch tễ Trung ương [70], nghiên cứu giải trình tự đích của SARS-CoV-2 và dữ liệu GWAS về đáp ứng miễn dịch ở tế bào vật chủ trong bệnh COVID-19 tại Việt Nam của Đại Học Y Hà Nội [67]. Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu nào xác định biến thể SARS-CoV-2 từng đợt bùng phát dịch. Vì vậy, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài “Xác định biến thể SARS-CoV-2 thuộc tỉnh Bắc Giang bằng kỹ thuật giải trình tự gen thế hệ mới” với hai mục tiêu: + Xác định tên đột biến, loại biến thể của các mẫu SARS-CoV-2 + Phân tích các dạng đột biến gen của SARS-CoV-2 Ngoài ra, chúng tôi còn so sánh chất lượng mẫu và phân tích các đột biến axit amin của 38 mẫu bệnh phẩm với các mẫu Bắc Giang trên dữ liệu GISAID. TỔNG QUAN VỀ ĐẠI DỊCH COVID-19 1.

Trên thế giới COVID-19 là bệnh viêm đường hô hấp cấp do chủng mới của virus corona gây ra. Những ca bệnh đầu tiên được báo cáo vào ngày 31 tháng 12 năm 2019 tại Vũ Hán, tỉnh Hồ Bắc, Trung Quốc; sau đó dịch lan ra 31 tỉnh thành Trung Quốc và nhanh chóng trở thành đại dịch [71]. Đến ngày 31 tháng 1 năm 2020, một tháng sau khi công bố ca bệnh đầu tiên, số ca mắc trên toàn thế giới đã lên tới hơn 10.000 người, trong đó có 213 ca tử vong [2]. Ngày 28 tháng 2 năm 2020, WHO đã nâng mức cảnh báo lây nhiễm toàn cầu đối với dịch COVID-19 lên mức “rất cao” sau khi ghi nhận dịch bệnh tại gần 60 quốc gia và vùng lãnh thổ trên toàn thế giới với gần 84.

Ngày 11 tháng 3 năm 2020, Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) chính thức tuyên bố COVID-19 là đại dịch toàn cầu. Các triệu chứng lâm sàng của bệnh bao gồm các triệu chứng không đặc hiệu như sốt, ho, đau họng, đau đầu, ngạt mũi đến những triệu chứng nghiêm trọng như viêm phổi, suy hô hấp nặng và tử vong. Các triệu chứng này giống với các bệnh viêm đường hô hấp thông thường, khiến việc phát hiện ca bệnh và nguồn lây nhiễm trở nên khó khăn, đặc biệt khi nhiều bệnh nhân không triệu chứng. Nguyên nhân gây bệnh COVID-19 được xác định là do một virus Corona mới, ban đầu được đặt tên tạm thời là 2019-nCoV [25].

Nhận thấy sự tương đồng của 2019-nCoV với chủng virus Corona gây sự bùng nổ đại dịch SARS năm 2003, đặc biệt qua giải mã trình tự gene của virus [84], Ủy ban Quốc tế về phân loại Virus (International Commitee on Taxonomy of Viruses - ICTV) đã đặt tên cho virus này là Virus gây Hội chứng hô hấp cấp tính nghiêm trọng Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) [75]. Trước khi xuất hiện COVID-19, các betacoronavirus được biết đến đã gây ra hai đại dịch SARS-CoV năm 2002 - 2003 và MERS-CoV năm 2012 - 2013 với khả năng truyền bệnh từ động vật sang người. Dịch SARS toàn cầu bắt đầu khởi phát vào tháng 11 năm 2002 tại tỉnh Quảng Đông, Trung Quốc. Sau trận dịch đó, Trung Quốc báo cáo số ca mắc là 8090 người và 774 trường hợp tử vong với tỷ lệ là 7%.

Vào năm 2012, hội chứng suy hô hấp Trung Đông CoV (MERS-CoV) lần đầu tiên xuất hiện ở 3 Ả Rập Xê Út, với tổng số ca mắc là 2.494 trên 27 quốc gia, trong đó có 858 trường hợp tử vong với tỷ lệ là 34,4% [2]. Theo số liệu của Worldometer, số ca nhiễm COVID-19 trên toàn thế giới đã lên đến hơn 680 triệu người, trong đó số ca tử vong lên tới hơn 6 triệu người (Bảng 1). Đại dịch COVID-19 đã xuất hiện ở 231 quốc gia và vùng lãnh thổ tính đến ngày 3 tháng 3 năm 2023, dẫn đầu là nước Mỹ với 105.017 ca nhiễm, trong đó số ca tử vong lên tới 1. Ấn Độ đứng thứ 2, với số ca nhiễm là 44.879 người, trong đó số ca tử vong là 530.

Bảng 1: Thống kê số ca mắc COVID-19 trên toàn cầu và 10 nước đứng đầu [86] Tổng số ca Tổng số ca Tổng số Số ca điều trị STT Đất nước dương tính tử vong bình phục tích cực Thế giới 680.482 Kể từ khi xuất hiện đến nay, virus SARS-CoV-2 đã đột biến liên tục với nhiều biến thể mới giúp virus dễ dàng lây lan nhanh chóng. Thế giới đang nỗ lực phòng chống và đẩy mạnh tăng cường tiêm vắc xin cho người dân. Sự bùng phát của đại dịch gây những hậu quả to lớn đối với nhân loại, ảnh hưởng nghiêm trọng tới nền kinh tế toàn cầu và hệ thống y tế của các quốc gia. Tại Việt Nam Ca mắc COVID-19 đầu tiên ở Việt Nam được phát hiện vào ngày 23 tháng 1 năm 2020 tại bệnh viện Chợ Rẫy.

Theo thống kê của Bộ Y Tế Việt Nam, trong năm 2020 Việt Nam đã kiểm soát khá tốt dịch bệnh với tổng số ca tử vong xác nhận cả năm là 35. Tuy nhiên, sang đến cuối tháng 7 năm 2021, tình hình dịch bệnh đã trở nên trầm trọng hơn với số ca mắc COVID-19 cùng với số ca tử vong tăng nhanh chóng. Hình 1: Tình hình mắc COVID-19 tại Việt Nam [87] Ngày 27 tháng 1 năm 2021, Việt Nam chính thức xuất hiện biến thể mới (Alpha) trên công nhân người Việt nhập cảnh vào Nhật Bản. Ngày 28 tháng 1, Bộ Y tế công bố dịch có thể bùng phát và lan rộng tại Hải Dương với 1552 ca nhiễm, 1553 ca nhiễm cũng được xác nhận tại Quảng Ninh tính đến cùng ngày.

Bộ Y tế thực hiện nhập khẩu 204.000 liều vắc xin phòng chống dịch đầu tiên và áp dụng thực hiện tiêm chủng toàn quốc kể từ ngày 8 tháng 3 năm 2021. Vào tháng 4, tháng 5 năm 2021, dịch bắt đầu lan rộng hơn và các đợt bùng phát lớn hơn do biến thể Delta xuất hiện với tốc độ lây lan nhanh chóng. Phía Bắc xuất hiện các ổ dịch tại các khu công nghiệp ở Bắc Giang, Bắc Ninh. Phía Nam, ổ lây nhiễm liên quan đến Hội Thánh Truyền giáo Phục Hưng.

Thành Phố Hồ Chí Minh phải áp dụng giãn cách xã hội thời gian dài từ ngày 31 tháng 5. Vào ngày 28 tháng 12 năm 2021, Việt Nam ghi nhận ca nhiễm biến thể Omicron đầu tiên xuất hiện trên ca nhiễm của người nhập cảnh từ Anh vào Việt Nam. 5 Với sự lây lan nhanh chóng của biến thể Omicron, tổng số ca nhiễm trên toàn quốc đã tăng lên 3 triệu ca vào cuối tháng 2 năm 2022. Tính đến ngày 4 tháng 12 năm 2022 (Hình 1), Việt Nam đã có tổng cộng 11.380 ca mắc, trong đó có 43.177 ca tử vong.

Đặc điểm lâm sàng COVID-19 COVID-19 là bệnh về đường hô hấp do virus SARS-CoV-2 gây ra bởi một chủng Betacoronavirus mới. Virus lây truyền chủ yếu qua đường giọt bắn, dịch tiết đường hô hấp và tiếp xúc trực tiếp với đường hô hấp trên [47]. Bệnh có thời gian ủ bệnh từ 2 - 14 ngày, thời gian ủ bệnh trung bình được ước tính là 5 ngày, phần lớn các bệnh nhân sẽ xuất hiện triệu chứng trong vòng 11,5 ngày sau khi nhiễm bệnh. Đối với biến thể Delta và Omicron, thời gian ủ bệnh là 5 ngày.

Các triệu chứng phổ biến nhất của COVID-19 là sốt (98%) và ho (73%), đau cơ hoặc mệt mỏi (44%) [33], ngoài ra, các triệu chứng tiêu hoá, tổn thương gan, tăng đông máu và huyết khối cũng đã được báo cáo [75]. Hơn nữa, nhiều trường hợp nặng với nhiều biến chứng, bao gồm hội chứng suy hô hấp cấp, tổn thương tim cấp và nhiễm trùng thứ phát [15].