Các nhà khoa học tìm thấy một protein "phản loạn" trong cơ thể, kẻ mở cổng thành đón giặc SARS-CoV-2 vào trong tế bào

Chúng ta đã biết, cơ thể con người có rất nhiều hàng rào phòng thủ để ngăn chặn mầm bệnh xâm nhập và lây nhiễm chúng ta. Đơn giản nhất là da, các lớp chất nhầy bên trong đường hô hấp, hệ thống miễn dịch bao gồm miễn dịch bẩm sinh như interferon và đáp ứng miễn dịch với tế bào T.

Nhưng bằng một cơ may cực kỳ hiếm có, SARS-CoV-2 đã có thể vượt qua tất cả các lớp phòng thủ này để lây nhiễm con người, khởi đầu một đại dịch đầu tiên trong thập kỷ: COVID-19. Các nhà khoa học bây giờ đã tìm thấy những protein trong tế bào người tiếp tay cho chúng, những điểm yếu của cơ thể chúng ta mà virus SARS-CoV-2 đã khai thác.

Xác định được các protein này có nghĩa là các nhà khoa học sẽ biết đâu là mục tiêu mà COVID-19 đang nhắm vào, để tìm ra một loại thuốc hoặc vắc-xin hiệu quả chống lại căn bệnh.

Điểm yếu ACE2 và TMPRSS2

Trong đại dịch SARS năm 2003, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra virus SARS-CoV khai thác hai điểm yếu của các tế bào người để xâm nhập vào bên trong chúng ta. Một là protein enzyme chuyển đổi angiotensin 2 (ACE2), giúp virus gắn được mình của nó vào màng tế bào. Hai là protein enzyme protease xuyên màng loại II (TMPRSS2), làm trung gian cho sự lây nhiễm.

Đầu năm nay, các nhà khoa học đã phát hiện SARS-CoV-2 khai thác 2 loại protein tương tự, cung cấp cho các nhà nghiên cứu một manh mối quan trọng để xác định mục tiêu nhạy cảm nhất của virus ở cấp độ tế bào. Khi lọt vào bên trong cơ thể, SARS-CoV-2 sẽ tấn công đường hô hấp và mô ruột đầu tiên, bởi các tế bào ở đây biểu hiện cả ACE2 và TMPRSS2.

"Ngay khi chúng tôi nhận ra vai trò của các protein này đã được xác nhận về mặt sinh hóa, chúng tôi bắt đầu tìm xem các gen đó nằm ở đâu trong bộ dữ liệu hiện tại của chúng tôi", Jose Ordovas-Montanes, nhà nghiên cứu miễn dịch tại Bệnh viện nhi Boston cho biết.

"Chúng tôi đã đi được đến một vị trí tốt để bắt đầu điều tra tế bào nào đang lọt vào tầm ngắm của virus".

Để làm được điều này, các nhà khoa học đã phải tập hợp một nhóm hàng chục người để đồng bộ hóa các dữ liệu giải trình tự RNA của mình với nhau, tổng hợp thông tin cho hàng ngàn loại tế bào có trong cơ thể người, linh trưởng và chuột.

Họ đã tìm kiếm các mẫu biểu hiện gen cho hàng trăm loại tế bào trong phổi, đường hô hấp và đường ruột - những khu vực của cơ thể là nơi trú ngụ của virus SARS-CoV-2.

"Từ kho thông tin đáng kinh ngạc này, chúng tôi đã có thể bắt đầu xem xét các tế bào nào có thể trở thành mục tiêu lây nhiễm", nhà hóa lý Alex Shalek tại MIT nói. Công việc cuối cùng đã thu hẹp xuống chỉ còn một số ít các tế bào đường hô hấp và đường ruột của con người, trong đó các nhà khoa học tìm thấy các gen biểu hiện cả 2 enzyme ACE2 và TMPRSS2.

Ba loại tế bào SARS-CoV-2 sẽ tấn công

Có 3 loại tế bào chính trong cơ thể chúng ta đang trở thành mục tiêu tấn công của SARS-CoV-2 bao gồm: các tế bào phổi pneumocytes loại II (giúp duy trì phế nang); tế bào ruột enterocytes, giúp cơ thể hấp thụ chất dinh dưỡng; và các tế bào hình đài (goblet) trong đường mũi, có chức năng tiết chất nhầy.

Thông thường, logic để virus SARS-CoV-2 tấn công vào một tế bào, đó là nó phải biểu hiện cả 2 enzyme ACE2 và TMPRSS2. Tuy nhiên, các nhà khoa học đang muốn điều tra thêm xem, liệu một tế bào chỉ biểu hiện ACE2 nhưng có TMPRSS2 hòa tan trôi nổi xung quanh có thể bị SARS-CoV-2 tấn công hay không?

Việc tìm ra được các mục tiêu của virus xuống tới độ phân giải tế bào như thế này sẽ giúp ích rất nhiều cho các công việc trong tương lai, chẳng hạn phát triển một loại thuốc đặc trị hoặc vắc-xin phòng chống COVID-19 hiệu quả.

Ba loại tế bào mục tiêu của SARS-CoV-2 mà chúng ta xác định hiện nay có thể chưa phải 3 loại tế bào duy nhất mà virus nhắm đến, Ordovas-Montanes giải thích. Tuy nhiên, chắc chắn đó là cái nhìn cận cảnh nhất mà chúng ta đang có được tại thời điểm này.

"Nó chắc chắn đã vẽ nên một bức tranh chính xác hơn nhiều so với vị trí chúng ta đứng trong lĩnh vực này trước đây", Ordovas-Montanes nói. "Bây giờ chúng tôi có thể tương đối tự tin khi nói rằng các thụ thể này được biểu hiện trên các tế bào cụ thể này trong các mô này".

Kẻ phản loạn: Interferon

Trong số các kết quả mới, nhóm nghiên cứu cũng có một phát hiện khó hiểu. Đó là một họ protein miễn dịch gọi là interferon, một hàng phòng thủ của cơ thể bình thường sẽ giúp chúng ta chống lại mầm bệnh, nhưng bây giờ, hóa ra interferon lại đang kích thích gen ACE2 tạo ra protein ACE2 để hỗ trợ virus SARS-CoV-2 xâm nhập.

Interferon là một nhóm các protein tự nhiên được sản xuất bởi các tế bào của hệ miễn dịch ở hầu hết các động vật, nhằm chống lại các tác nhân ngoại lai như virus, vi khuẩn, ký sinh trùng thậm chí cả tế bào ung thư.

Thông thường, sau khi một tế bào nhiễm virus, nó sẽ sản sinh ra interferon. Các protein này chạy sang các tế bào gần đó, báo tin cho chúng biết là cơ thể đang phải đối phó với một mầm bệnh, hãy sẵn sàng.

Một mặt, interferon giúp chặn sự lây lan của virus vào các tế bào mới từ bên ngoài. Hoặc nó sẽ thâm nhập tế bào mới trước khi virus xâm nhập, để ức chế, kìm hãm sự tổng hợp mARN của virus, không cho chúng sinh sôi phát triển.

Đối với các tế bào đã nhiễm virus nặng, interferon ra lệnh cho nó tự tử để không bị virus chiếm dụng làm nơi tổng hợp thêm nhiều virus mới. Ngoài ra, interferon cũng kích hoạt các tế bào miễn dịch để truy quét virus trôi nổi trong cơ thể.

Đó là cách mà interferon bảo vệ chúng ta. Tuy nhiên, đối với SARS-CoV-2, các nhà khoa học lại thấy protein này đi báo cho các tế bào cạnh nó sản xuất thêm thụ thể ACE2 để chào đón virus vào bên trong mình. Nó giống như một kẻ phản loạn đã vào thành và yêu cầu lính gác mở cổng đón giặc.

Tại sao điều đó lại xảy ra, các nhà khoa học vẫn chưa biết. Nhưng nó dường như đang khiến chúng ta phải suy nghĩ thêm về một khả năng, SARS-CoV-2 không chỉ vượt qua được các hàng rào phòng thủ thông thường của chúng ta, mà một trong số các hàng rào phòng thủ này lại đang trở thành nội gián cho chúng.

Đó có thể là một sự tiến hóa "lén lút" của virus, vượt qua những hiểu biết trước đây của con người về bệnh học và miễn dịch. "SARS-CoV-2 không phải là ví dụ duy nhất cho điều đó", Ordovas-Montanes giải thích.

"Có những ví dụ khác về virus corona và các họ virus khác thực sự nhắm mục tiêu vào các gen kích thích bởi interferon, như là một cách xâm nhập tế bào. Theo cách nào đó, interferon là phản ứng đáng tin cậy nhất của vật chủ [nhưng lại đang phản bội lại chúng ta]".

Nghiên cứu mới được đăng trên tạp chí Cell.

Tham khảo Sciencealert