Khi biến chủng Omicron được phát hiện tại Nam Phi tháng 11/2021, các nhà khoa học đã ngạc nhiên về cấu tạo gene của nó. Trong khi những chủng trước đó chỉ khác phiên bản gốc của virus từ 10 đến 20 đột biến, con số này ở Omicron là 53 - một bước nhảy vọt kinh ngạc trong quá trình tiến hóa của virus, theo New York Times.

Trong một nghiên cứu được đăng ngày 14/1, nhóm nghiên cứu đã đào sâu vào bí ẩn của Omicron. Họ phát hiện có 13 đột biến hiếm thấy trên những chủng khác, và cho rằng những đột biến này đáng lẽ sẽ làm hại Omicron. Ngược lại, nó còn như là chìa khóa cho những chức năng thiết yếu nhất của Omicron.

Giờ đây, các nhà nghiên cứu đang tìm nguyên nhân tại sao Omicron đi ngược các quy tắc tiến hóa thông thường và sử dụng những đột biến trên như một trung gian truyền bệnh.

“Có một bí ẩn ở đây mà ai đó phải tìm ra”, ông Darren Martin, nhà virus học của Đại học Cape Town, người tham gia nghiên cứu, cho biết.

Từ Alpha đến Omicron

Đột biến là một phần thông thường trong sự tồn tại của virus SARS-CoV-2. Mỗi khi virus nhân lên trong tế bào, có một tỷ lệ nhỏ các tế bào sẽ sinh ra một bộ gene không hoàn chỉnh. Nhiều đột biến làm có thể làm virus mới bị lỗi và không thể cạnh tranh với những loại virus khác.

Tuy nhiên, đột biến cũng có thể giúp phát triển virus, làm nó bám chặt vào tế bào, hoặc sinh sản nhanh hơn. Những virus hưởng lợi từ đột biến có thể áp đảo những loại virus khác.

Trong năm 2020, các nhà khoa học đã nhận thấy virus corona xuất hiện những đột biến ở nhiều nơi khác nhau trên thế giới. Quá trình tiến hóa diễn ra chậm cho đến cuối năm.

Tháng 12/2020, những nhà nghiên cứu người Anh đã phát hiện chủng Alpha, mang 23 đột biến khác so với virus được phát hiện lần đầu ở Vũ Hán, và trở thành virus thống trị thời điểm đó.

Năm 2021, những biến thể mới dần xuất hiện, với tốc độ lây lan nhanh. Trong khi nhiều chủng virus chỉ tồn tại ở những quốc gia hay châu lục nhất định, biến thể Delta - mang 20 đột biến đặc biệt - đã vượt qua Alpha, trở thành chủng lây lan toàn cầu.

So sánh đột biến trên biến thể Omicron so với biến thể Delta. Ảnh: Bloomberg

Vào lúc này, nhân loại đang phải đối mặt với thử thách mới mang tên Omicron, với số lượng đột biến nhiều gấp đôi. Tiến sĩ Martin và cộng sự đã nghiên cứu để so sánh những đột biến của Omicron so với các chủng khác, và họ tìm thấy mô hình rất khác biệt khi nhìn vào các protein gai trên bề mặt Omicron và có thể bám vào tế bào.

Riêng bộ gene gai trên Omicron có 30 đột biến. Các nhà nghiên cứu phát hiện 13 đột biến hiếm gặp trên những chủng virus corona khác. Một số đột biến thậm chí còn chưa nhìn thấy lần nào trong số hàng triệu bộ gene virus SARS-CoV-2 được giải kể từ lúc bắt đầu đại dịch.

Omicron trở thành chủng "độc nhất"

Thông thường, nếu một đột biến có lợi hoặc trung tính với virus, nó sẽ dễ được phát hiện trong các mẫu thử. Tuy nhiên, nếu nó hiếm hoặc không xuất hiện, đó thường là dấu hiệu cho thấy đột biến có hại với virus, ngăn cản việc sinh sôi.

“Nếu nhìn vào các mẫu, tôi sẽ nói to và rõ: Bất kỳ thứ gì chống lại sự thay đổi trong virus đều sẽ bị tổn hại và không thể sống trong thời gian dài”, tiến sĩ Martin nói.

Tuy nhiên, Omicron đi ngược lại logic đó. “Omicron không thật sự chết. Nó chỉ biến mất, không như những gì chúng tôi từng thấy", theo ông Martin.

Điều làm 13 đột biến này trở nên đặc biệt là chúng không xuất hiện ngẫu nhiên trên gai của Omicron. Chúng tạo thành ba cụm, mỗi cụm thay đổi một phần nhỏ của protein. Những cụm này đều đóng vai trò quan trọng làm nên sự độc nhất của Omicron.

Hai cụm trong số này sẽ thay đổi phần ngọn gai, khiến kháng thể người khó bám vào virus và đẩy nó ra khỏi tế bào. Chính vì vậy, Omicron có thể lây nhiễm lên cả những người đã tiêm vaccine hoặc nhiễm Covid-19 trước đó. Cụm còn lại của đột biến làm thay đổi phần gốc của gai. Khu vực này được gọi là miền dung hợp, cho phép virus phân phối gene bên trong vật chủ.

13 đột biến của Omicron tạo thành 3 cụm. Ảnh: New York Times.

Thông thường, những các chủng virus Covid-19 sử dụng miền dung hợp để hợp nhất với màng tế bào, cho phép các gen có thể trôi sâu vào trong tế bào.

Tuy nhiên, miền dung hợp của Omicron lại hoạt động khác biệt. Thay vì hợp nhất với màng tế bào, virus bị nuốt vào trong một loại lỗ chìm, nơi chụm lại để tạo thành bong bóng bên trong tế bào. Khi virus ở trong bong bóng đó, nó có thể phá vỡ và giải phóng các gene.

Phương thức lây nhiễm mới có thể giúp giải thích lý do Omicron ít nguy hiểm hơn Delta. Các tế bào ở đường hô hấp có thể dễ hấp thụ Omicron dưới dạng bong bóng, nhưng ở phổi - cơ quan dễ bị tổn thương bởi Covid-19 - nơi virus phải hợp nhất với các tế bào, thì Omicron không thực sự có hiệu quả.

Bí ẩn chờ được giải đáp

Tiến sĩ Martin và đồng nghiệp nghi ngờ đột biến Omicron là do “epistasis” - một hiện tượng tiến hóa nơi những đột biến có hại khi đứng riêng lẻ, nhưng có lợi khi kết hợp với nhau.

Omicron có thể đã biến 13 đột biến có hại thành ưu thế khi tiến hóa ở những điều kiện khác thường. Một khả năng là việc nó phát sinh sau thời gian tồn tại bên trong những người có hệ miễn dịch yếu, chẳng hạn như bệnh nhân HIV.

Virus có thể tiến hóa khác thường nếu chỉ tồn tại trong một cá thể, thay vì đi từ người này sang người khác trong vài ngày hoặc vài tuần.

“Bây giờ nó (virus) mắc kẹt trong một người, vì vậy nó sẽ đột nhiên làm những điều mà bình thường nó không làm”, nhà sinh vật học tiến hóa Sergei Pond, tác giả của nghiên cứu mới, cho biết.

Vì những người bị suy giảm miễn dịch không tạo ra nhiều kháng thể, những loại virus có thể lây lan. Những virus đột biến có khả năng chống lại kháng thể cũng từ đó nhân lên.

Đột biến có khả năng chống lại kháng thể không phải lúc nào cũng có lợi, chẳng hạn như nó làm chuỗi protein gai trở nên bất ổn, do đó khó có thể bám vào tế bào. Tuy nhiên, khi ở trong những người có hệ miễn dịch yếu, virus có thể tạo ra những đột biến giúp ổn định protein gai trở lại.

Phân tích rõ về đột biến trong Omicron vẫn là bài toán nan giải với các nhà khoa học. Ảnh: Al Jazeera.

Tiến sĩ Pond suy đoán rằng các loại đột biến tương tự có thể tự phát triển lặp đi lặp lại trong cùng một người, cho đến khi Omicron tiến hóa protein gai, và tạo ra sự kết hợp với các đột biến để có thể lây lan lên những người khỏe mạnh.

Nhà sinh vật học tiến hóa Sarah Otto của Đại học British Columbia cho biết suy đoán của ông Pond “có vẻ hợp lý”, nhưng bà cho biết các nhà khoa học cần phải tiến hành thêm những thí nghiệm để loại bỏ những giải thích thay thế.

“Tôi sẽ thận trọng khi phân tích dữ liệu để chỉ ra rằng tất cả đột biến có hại trước đây nay đã thích nghi (trong Omicron)”, tiến sĩ Otto nói.

Tiến sĩ Pond cũng thừa nhận giả thuyết của ông tồn tại những lỗ hổng lớn, như việc ông không chắc tại sao Omicron có thể thích nghi với phương pháp “bong bóng” để đi vào trong tế bào.

Nhà sinh thái học về bệnh tật James Lloyd-Smith nói rằng nghiên cứu đã cho thấy việc tái tạo quá trình tiến hóa của virus khó khăn thế nào. Ông cho rằng “thiên nhiên đang thực sự biết cách để làm chúng ta phải nhún nhường”.