Những sự thật ít người biết về virus: Chúng đến từ đâu, lây lan và gây bệnh như thế nào?
Virus là một thực thể có thể gây tò mò cho bất cứ ai, ngay cả các nhà khoa học đã nghiên cứu rất kỹ về chúng. Virus làm đau đầu mọi nhà sinh học, bởi một số người cho rằng virus không thể là một sinh vật sống thực thụ, một số nói có thể.
Nhưng sự thật là virus không thuộc vào bất kỳ một trong ba nhóm sinh vật sống nào: từ vi khuẩn cổ đại, vi khuẩn cho đến sinh vật nhân chuẩn (thực vật, động vật, nấm…). Chúng có kích thước cực kỳ nhỏ, chỉ dài từ vài chục cho tới vài trăm nanomet.
Rõ ràng, virus nhỏ hơn rất nhiều so với vi khuẩn, và chỉ bằng khoảng một phần mười kích thước của một tế bào máu người. Điều đó có nghĩa là bạn thậm chí không thể phát hiện ra hầu hết các loại virus bằng kính hiển vi quang học.
Virus có kích thước cực kỳ nhỏ, chỉ dài từ vài chục cho tới vài trăm nanomet.
Chỉ có kích thước vài chục cho tới vài trăm nm, virus chỉ có thể được nhìn thấy dưới kính hiển vi điện tử.
Ở kích thước cực kỳ nhỏ này, virus có cấu trúc cực kỳ tối giản. Sự tối giản của nó đạt đến độ chẳng có con virus nào xuất hiện những hoạt động sống như tế bào.
Nhìn vào bên trong phần tử virus hoàn chỉnh, bạn thường chỉ thấy một dạng vật liệu di truyền, có thể là DNA hoặc RNA, được bao bọc bởi một lớp protein gọi là capsid. Đôi khi, virus có thể khoác lên trên nó một lớp chất béo, nhưng là mượn từ tế bào chủ.
Vì cấu trúc quá tối giản, virus không có ribosome, vì vậy chúng không thể tạo ra protein và tự sinh sản. Virus cần đột nhập vào tế bào vật chủ, chiếm quyền kiểm soát quá trình trao đổi chất để nhân lên.
Sự phụ thuộc quá lớn vào tế bào vật chủ đẩy virus đến giới hạn của định nghĩa sự sống. Một số nhà khoa học nói rằng virus sống, nhưng số khác sẽ có cơ sở để nói rằng chúng chỉ là những thực thể vô tri.
1. Virus tiến hóa lên từ các phân tử vô tri hay tiến hóa lùi từ vi khuẩn?
Tổ tiên của virus tự đơn giản hóa bản thân nó và trở thành virus bây giờ.
Có rất nhiều lý thuyết đang cạnh tranh nhau nhằm giải thích quá trình tiến hóa của virus. Một trong số đó nói rằng virus là hậu duệ của một dòng sinh vật cổ. Loài sinh vật này đã từng có dạng sống tế bào. Nhưng cũng như virus, chúng sống kí sinh trong tế bào khác.
Lâu dần, có thể chúng đã nhận ra rằng nếu cứ sống một cuộc sống ký sinh như vậy thì cũng không cần thiết có bào quan nữa. Tổ tiên của virus tự đơn giản hóa bản thân nó và trở thành virus bây giờ. Vậy là virus có thể đã tiến hóa từ một sinh vật sống.
Nhưng có một giả thuyết khác, đề xuất rằng virus ban đầu là những tác nhân di truyền không có chỗ đứng trong bộ gen. Bởi vậy mà chúng di chuyển khắp nơi, lêu lổng và thoát cả khỏi sự giam cầm của tế bào.
Tại thời điểm đó, nó có thể liên quan đến những phần tử chuyển vị hay còn gọi là gen nhảy. Những gen này có thể sự sao chép hoặc cắt chúng ra từ một bộ gen. Sau đó chúng cũng tự dán mình vào các phần khác của DNA.
Nếu đúng như vậy thì khả năng cao, virus chỉ là kết quả của một vụ tai nạn phân tử sau đó ổn định trong quá trình tiến hóa. Nó cũng có nghĩa là virus chưa từng, cả trong quá khứ và hiện tại, là một sinh vật sống hoàn chỉnh.
2. Virus xâm nhập vật chủ như thế nào?
Do cấu trúc đơn giản, virus buộc phải tìm kiếm một vật chủ ký sinh để lây lan và nhân lên.
Do cấu trúc đơn giản của chúng, virus không thể tự di chuyển hoặc thậm chí sinh sản bên ngoài tế bào vật chủ. Để có thể tồn tại, chúng buộc phải tìm kiếm một vật chủ ký sinh để lây lan và nhân lên.
Virus xác định đúng vật chủ của chúng bằng các thụ thể trên bề mặt, khớp với tế bào lý tưởng mà chúng đã được tiến hóa để lây nhiễm. Sau khi dùng các thụ thể này như tấm vé để lẻn vào bên trong tế bào, virus sẽ tiếp cận vật liệu di truyền bên trong đó, các DNA, để chiếm quyền điều khiển toàn bộ bộ máy tế bào. Sau đó, virus sẽ tha hồ điều khiển, sai khiến các bào quan làm việc cho nó, tự nhiên RNA và các protein của mình lên hàng triệu lần.
Theo ước tính từ một nghiên cứu trên tạp chí mBio của Hiệp hội Vi sinh vật học Mỹ, động vật có vú hiện đang là bể chứa cho ít nhất 320.000 loài virus khác nhau. Mở rộng sang các loài động vật có xương sống, chúng ta có thêm hơn 3,6 triệu loài virus khác. Và nếu tính cả các loài động vật không xương sống, thực vật, địa y, nấm và tảo, con số có thể lên tới hơn 100 triệu loài.
Đó là còn chưa kể đến các thể thực khuẩn, là virus lây nhiễm vi khuẩn và sinh vật đơn bào. Các nhà khoa học ước tính lượng thể thực khuẩn có trong các đại dương có thể lên tới 1031.
3. Con đường lây lan của virus
Nhiều loài virus có thể được lan truyền dễ dàng qua đường hô hấp.
Bên trong tế bào vật chủ, virus có thể tạo ra một số lượng lớn các bản sao và tiếp tục lây nhiễm sang các tế bào khác. Ví dụ, nếu bạn bị cúm, cơ thể bạn sẽ trở thành một cỗ máy sản sinh hàng trăm nghìn tỷ virus chỉ sau vài ngày, nhiều hơn 10.000 lần số người có mặt trên Trái Đất.
Làm thế nào mà virus có thể lây lan từ người này sang người khác thì phụ thuộc vào từng chủng và từng hoàn cảnh. Nhiều loài virus có thể được lan truyền dễ dàng qua đường hô hấp, hay nói cách khác là trong cùng một bầu không khí bạn hít thở với người bệnh.
Một số lượng lớn virus có thể bay xa tới 4 mét khi một người hắt hơi hoặc ho. Chúng được truyền đi qua một đám mây gọi là "sol khí", chứa các hạt chất lỏng mang trong đó dịch cơ thể của người bệnh và cả virus trong đó.
Cũng có trong các dịch lỏng cơ thể này, virus có thể lây lan qua đường tiếp xúc, khi người bệnh không rửa tay thường xuyên, anh/cô ấy có thể truyền virus mình có qua những cái bắt tay, qua các vật trung gian khi cả hai người chạm vào như mặt bàn, tay nắm cửa, nút thang máy…
Một số loài virus khác lây lan qua đường máu, phân hoặc chất nôn, chẳng hạn như Ebola. Không giống như nhiều loại virus khác, các nhà khoa học nghĩ rằng Ebola không thể lây lan qua không khí sau khi những người nhiễm virus ho hoặc hắt hơi.
Các loài vật trung gian truyền bệnh như muỗi cũng có thể trở thành một "chuyến taxi" cho virus đi nhờ từ người này sang người khác. Một ví dụ điển hình là virus dengue gây bệnh sốt xuất huyết, virus Zika, Chikungunya và West Nile.
4. Điều gì sẽ xảy ra nếu virus tiến hóa?
Sự tương tác với DNA của vật chủ có thể khiến virus tiến hóa và biến đổi.
Khi virus lây lan, nó có thể lấy một số DNA của vật chủ và đưa nó đến một tế bào hoặc một sinh vật khác. Sự tương tác với DNA của vật chủ này có thể khiến virus tiến hóa và biến đổi.
Chúng ta biết một số loài virus trước đây chỉ lây nhiễm trên động vật, chúng được gọi là zoonoses. Nhưng nếu một zoonoses tình cờ xâm nhập được vào cơ thể người, và chúng lấy một số DNA của con người, chủng virus này có thể tiến hóa thành một loại mới có thể lây nhiễm sang cho chúng ta, và sau đó lan truyền từ người sang người.
Sự lan truyền lệch loài xảy ra ở tần suất rất rất thấp. Nhưng một khi diễn ra, nó sẽ trở thành thảm họa. Hầu hết các đại dịch của thế giới, từ HIV, cúm gia cầm cho tới, Ebola, Zika và mới đây nhất là dịch viêm phổi cấp ở Vũ Hán đều bắt nguồn từ động vật.
Các nhà khoa học cho biết trong nhóm virus có khả năng lây truyền từ động vật sang người được gọi là zoonoses, số lượng các chủng chúng ta chưa biết có thể lên tới 1,67 triệu loài. Các nhà khoa học hiện mới chỉ phân loại được trên dưới 600 virus zoonoses lây nhiễm động vật.
5. Các bệnh và đại dịch do virus gây ra
Từ quá khứ tới nay, nhân loại đã chứng kiến nhiều dịch bệnh và đại dịch gây ra bởi virus.
Khi lây nhiễm cho con người, virus giống như những không tặc, chúng xâm chiếm các tế bào chức năng và sử dụng các tế bào đó để nhân lên, tạo ra các bản sao mới giống với chúng. Quá trình này làm gián đoạn hoạt động của tế bào, virus sẽ chỉ đạo tế bào dốc toàn nguồn lực nó có, bao gồm năng lượng và các protein để sinh sôi ra các virus mới.
Các hoạt động tế bào khỏe mạnh bình thường do đó bị đình trệ, làm cơ quan mất chức năng. Khi virus nhân lên đến số lượng đủ lớn, chúng sẽ khiến tế bào vật chủ nổ tung, giải tán một lượng khổng lồ virus tiếp tục lây nhiễm các tế bào mới, tạo ra hiệu ứng sụp đổ dây chuyền khiến bạn bị ốm và bệnh.
Các loại virus thường tấn công một số tế bào trong cơ thể bạn như gan, hệ hô hấp, máu hoặc hệ thần kinh. Trong quá trình đó, chúng gây ra rất nhiều bệnh, bao gồm: bệnh đậu mùa, cảm lạnh thông thường và các loại cúm, sởi, quai bị, rubella, thủy đậu và bệnh zona, viêm gan, mụn rộp, bệnh bại liệt, bệnh dại, Ebola và Hanta, HIV/AIDS, Hội chứng hô hấp cấp tính nặng (SARS), sốt xuất huyết, Zika và Epstein-Barr...
Một số virus như virus gây u nhú ở người ( HPV ), có thể dẫn đến ung thư.
Từ quá khứ tới nay, nhân loại đã chứng kiến nhiều dịch bệnh và đại dịch gây ra bởi virus. Ví dụ như đại dịch Cúm Nga (1889-1890) do virus H2N2 hoặc H3N8 gây ra đã giết chết khoảng 1 triệu người, Đại dịch cúm Tây Ban Nha (1918) đã giết chết 50 triệu người, dịch cúm Châu Á (1956-1958) do virus H2N2 gây ra giết chết 2 triệu người, dịch cúm Hồng Kông do virus H3N2 gây ra giết chết 1 triệu người, đại dịch HIV/AIDS (1981-nay) đã giết chết 36 triệu người.
6. Cơ thể chống lại virus như thế nào?
Một quá trình gọi là can thiệp RNA sẽ phá vỡ vật liệu di truyền của virus.
Khi hệ thống miễn dịch của chúng ta phát hiện virus xâm nhập, nó bắt đầu phản ứng để bảo vệ cơ thể nhằm giữ cho các tế bào sống sót. Một quá trình gọi là can thiệp RNA sẽ phá vỡ vật liệu di truyền của virus, từ đó giết chết và phá hủy chúng.
Hệ thống miễn dịch cũng tạo ra các kháng thể đặc biệt có thể bám vào virus, từ đó khiến chúng không thể lây lan và chui vào các tế bào mới được nữa. Trong khi đó, các tế bào miễn dịch T được huy động để tiêu diệt virus trôi nổi trong dòng máu.
Hầu hết các trường hợp nhiễm virus đều kích hoạt phản ứng bảo vệ từ hệ thống miễn dịch của cơ thể, chỉ có một số virus như HIV và virus thần kinh có thể lẩn trốn khỏi hệ thống phòng thủ miễn dịch.
Virus thần kinh lây nhiễm các tế bào thần kinh. Chúng chịu trách nhiệm về các bệnh như bại liệt, bệnh dại, quai bị và bệnh sởi. Virus thần kinh có thể ảnh hưởng đến cấu trúc của hệ thống thần kinh trung ương (CNS) ngay cả khi bệnh nhân đã khỏi bệnh.
7. Thuốc kháng virus và vắc-xin
Đối với một số chủng virus mới, đôi khi chúng ta chỉ có các loại thuốc giúp giảm triệu chứng.
Chúng ta biết rằng các bệnh nhiễm trùng do vi khuẩn có thể được điều trị bằng kháng sinh. Nhưng kháng sinh không có hiệu quả điều trị bệnh do virus gây ra. Đối với những căn bệnh này, chúng ta chỉ có thể tiêm vắc-xin để ngăn chặn chúng ngay từ đầu, hoặc điều trị bằng thuốc kháng virus.
Thuốc kháng virus ban đầu được phát triển để đối phó với đại dịch AIDS. Những loại thuốc này không tiêu diệt mầm bệnh, nhưng chúng ức chế sự phát triển của virus và làm chậm tiến trình nhân lên của chúng.
Hiện tại, chúng ta đã có nhiều loại thuốc kháng virus để đặc trị một số bệnh bao gồm herpes simplex, viêm gan B, viêm gan C, cúm, bệnh zona và thủy đậu.
Nhưng đối với một số chủng virus mới, đôi khi chúng ta chỉ có các loại thuốc giúp giảm triệu chứng. Việc cần làm chỉ đơn giản là đợi hệ miễn dịch của bệnh nhân tiêu diệt virus. Hoặc trong trường hợp xấu nhất là ngăn chặn các nhiễm trùng thứ cấp xảy ra có thể giết chết bệnh nhân.
Phải nói rằng, tiêm vắc-xin vẫn là cách rẻ nhất và hiệu quả nhất để ngăn ngừa virus. Một số vắc-xin đã thành công trong việc loại bỏ và xóa sổ các căn bệnh chết người trong quá khứ, chẳng hạn như bệnh đậu mùa.
Đối với các chủng virus mới nổi hiện nay, các công ty dược phẩm thường chỉ mất từ 3-6 tháng để sản xuất ra một vắc-xin chống lại nó. Tuy nhiên, nếu chúng ta dự đoán được trước dịch bệnh và tiến hành nghiên cứu từ trước khi nó bùng phát, con người sẽ có được đầy đủ các loại vắc-xin để ngăn ngừa dịch bệnh từ khi nó còn chưa xảy ra.