Loài vi khuẩn khiến xét nghiệm nCoV khả thi

Nhà vi sinh vật học Thomas Brock tìm thấy loài vi khuẩn làm thay đổi ngành y khoa khi khảo sát vườn quốc gia Yellowstone vào thập niên 1960. Lúc đó, Brock đang nghiên cứu những dạng sống có thể sinh tồn trong môi trường nước siêu nóng ở các hồ thủy nhiệt trong vườn quốc gia. Ông và một sinh viên nhận thấy thảm vi sinh vật màu vàng ở suối Mushroom của Yellowstone chứa loài vi khuẩn có khả năng sản sinh những enzyme chịu nhiệt khác thường.

Ngày nay, enzyme đó là thành phần chủ chốt trong phản ứng chuỗi polymerase hay PCR, phương pháp được sử dụng rộng rãi trong các phòng thí nghiệm trên khắp thế giới để nghiên cứu mẫu vật liệu di truyền nhỏ bằng cách tạo ra hàng triệu bản sao. Hiện dùng để tăng cường dấu hiệu của virus ở phần lớn xét nghiệm Covid-19, kỹ thuật này không thể ra đời nếu không phát hiện vi khuẩn chịu nhiệt cách đây hơn nửa thế kỷ.    

Trong khi nCoV lan khắp thế giới, xét nghiệm đóng vai trò then chốt trong theo dõi và làm chậm tốc độ lây nhiễm của đại dịch. Quá trình PCR được cho là "xương sống" của xét nghiệm Covid-19 có thể diễn ra tương đối đơn giản, nhanh chóng, góp phần cứu sống nhiều sinh mạng nhờ cụm vi khuẩn phát triển ở hồ thủy nhiệt trong vườn quốc gia Yellowstone, theo nhà sinh vật học phân tử Austin Shull ở Đại học Presbyterian, Nam Carolina, Mỹ.    

Mùa hè năm 1964, Brock lái xe dọc đất nước và dừng lại ở Yellowstone. Ông hỏi một cán bộ quản lý rừng về thảm vi khuẩn rực rỡ ở mặt nước bốc hơi và hào hứng tìm hiểu về những tổ chức sinh vật hầu như chưa được nghiên cứu này. Brock biết bất kỳ sự sống nào hồ thủy nhiệt của Yellowstone đều phải có khả năng chịu nhiệt cao. Một số hồ nóng đến mức bốc hơi nhưng Brock nhanh chóng phát hiện sự sống vẫn có thể phát triển ở đó. Quay trở lại khảo sát suối nước nóng ở Yellowstone một năm sau đó, Brock trông thấy thảm vi sinh vật dạng sệt ở mép suối Octopus Spring, nơi nhiệt độ nước lên tới 88 độ C. Giới nghiên cứu lúc đó cho rằng nóng hơn khả năng chịu đựng của mọi sinh vật. Brock thu thập mẫu vật và xác nhận sự sống vi khuẩn ở lớp thảm.

Với thôi thúc tìm hiểu sâu hơn, Brock và sinh viên Hudson Freeze quay trở lại khu vực năm 1966 để nghiên cứu thảm vi khuẩn lam ở suối Mushroom. Freeze nuôi cấy một số vi sinh vật để nhận dạng loài sống tại đó. Việc phát hiện Thermus aquaticus tạo ra cuộc cách mạng trong ngành sinh vật học phân tử khi cung cấp cho các nhà khoa học công cụ mới để điều khiển và nghiên cứu ADN.

Từ khi phát hiện cấu trúc mạch kép của ADN vào năm 1953, giới nghiên cứu phải tìm cách giải quyết khó khăn trong công tác nghiên cứu những phân tử di truyền cực nhỏ này. Để quan sát và hiểu rõ các loại ADN khác nhau, họ cần mẫu vật cỡ lớn. Trong thập niên 1980, nhà hóa sinh học người Mỹ Kary Mullis phát triển kỹ thuật mô phỏng cách tế bào tự nhiên sao chép ADN để phát triển và phân chia. Một đoạn mồi ADN được sử dụng để đánh dấu khu vực sao chép. Tiếp đó, enzyme tên ADN polymerase lắp ráp các khối xây dựng cơ bản của ADN thành chuỗi hoàn chỉnh "gần giống như máy copy", Shull giải thích.

ADN được nung nóng và sau đó làm mát theo chu kỳ lặp lại, giúp tăng gấp đôi số lượng bản sao di truyền sau mỗi lần. Nhưng trong những thí nghiệm ban đầu, nhiệt độ cao ở mỗi chu kỳ phá hủy ADN polymerase cần thiết để tạo ra bản sao, theo Virginia Edgcomb, nhà sinh thái học vi trùng ở Viện Hải dương học Woods Hole tại Massachusetts, Mỹ. Các nhà nghiên cứu vẫn có thể hoàn thành quá trình nhưng rất chậm và khó khăn.

Mullis nhận ra enzyme Taq lấy từ vi khuẩn ở Thermus aquaticus ở Yellowstone vẫn tồn tại sau nhiều chu kỳ nung nóng - làm mát và giúp tăng tốc quá trình. Qua nhiều năm, enzyme này cho phép các nhà khoa học tự động hóa quá trình sao chép ADN. Ngày nay, giới nghiên cứu có thể tạo ra hàng trăm triệu bản sao di truyền trong vòng vài giờ. "Nhiều năm trước, xét nghiệm PCR là quá trình siêu tỉ mỉ, kéo dài triền miên. Nhưng giờ đây, nó trở nên quá dễ dàng và quen thuộc", Julie Huber, nhà hải dương học ở Viện Woods Hole, nhận xét.

Xét nghiệm Covid-19 sử dụng quá trình tương tự nhưng bổ sung thêm vài bước. Vật liệu di truyền của nCoV là ARN thay vì ADN, mã hóa chỉ dẫn di truyền với những khối xây dựng cơ bản khác nhau chỉ trong một sợi. Đầu tiên, ARN của virus được biến đổi thành ADN. Xét nghiệm cũng bao gồm gắn nhãn phát quang làm nổi bật bản sao vật liệu di truyền của virus trong mẫu dịch nhầy lấy từ mũi hoặc họng. Công nghệ PCR càng tạo ra nhiều bản sao, mẫu vật càng sáng hơn.   

Nguồn: VnExpress