Các phương pháp sử dụng kỹ thuật hạt nhân đã chứng minh được vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu, phát hiện, chẩn đoán và xác định đặc điểm của các bệnh lây truyền từ động vật như COVID-19. Các phương pháp đó cũng rất quan trọng để hiểu và theo dõi những biến đổi và tiến hóa của virus. Trong những phát hiện gần đây ở Hà Lan và Đan Mạch, lần đầu tiên các ca nhiễm COVID-19 được ghi nhận có khả năng truyền từ người sang chồn và ngược lại, cho thấy vi rút này nhanh chóng thích nghi được với vật chủ mới. Hiểu được những đột biến như vậy có ý nghĩa rất lớn trong việc phát triển các loại vắc-xin hiệu quả, chống lại vi-rút gây ra COVID-19 và các vi-rút tương tự khác.
Phương pháp RT-PCR là phương pháp chính xác nhất để phát hiện vi rút COVID-19
IAEA và FAO đã thiết lập một nền tảng thúc đẩy và tạo điều kiện thuận lợi cho việc tiếp cận công nghệ giải trình tự DNA cho các phòng thí nghiệm trên toàn thế giới, để giúp hiểu sâu hơn về các mầm bệnh ở từng địa phương. Cho đến nay, IAEA đã có hơn 3000 bản đệ trình của các phòng thí nghiệm đối tác và 24 ấn phẩm giải trình tự DNA của các loại virus khác nhau, bao gồm cả coronavirus.
Virus COVID-19 có biến đổi trên Chồn
Hiện tại, bất chấp những thay đổi di truyền gây ra bởi sự chuyển hóa từ chồn, chủng virút chỉ trở nên kém nhạy cảm hơn một chút với các kháng thể trung hòa của con người, nhưng điều này có thể được thay đổi. Nếu virút thay đổi cấu trúc trong khi thích nghi với nhiều vật chủ, nó có thể tang khả năng gây bệnh và gây tử vong nhiều hơn cho con người khi quay trở lại cơ thể người. Điều này có thể gây rủi ro đến hiệu quả của vắc-xin trong tương lai.
Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), kể từ tháng 6 năm 2020, 214 trường hợp nhiễm COVID-19 ở người đã được xác định với các biến thể virút liên quan đến chồn nuôi. Các trường hợp nhiễm trùng tương tự đã được báo cáo từ các trang trại nuôi chồn hương ở Tây Ban Nha, Thụy Điển, Ý và Hà Lan. Loại virus được xác định ở Đan Mạch là có sự kết hợp của các đột biến gen mà trước đây chưa từng được quan sát thấy. Hiện tại vẫn chưa rõ liệu chủng mới này có nguy hiểm hơn đối với con người hay không, nhưng đã cho thấy sự giảm nhạy cảm của virút với các kháng thể có khả năng vô hiệu hóa sự lây nhiễm của chúng.
Chồn là loài động vật đầu tiên được xác định có thể bị nhiễm bệnh từ người và ngược lại, nhưng chúng có thể không phải là loài duy nhất. IAEA, đã hỗ trợ hơn 120 quốc gia bằng cách chuyển giao kiến thức và thiết bị để phát hiện virút gây ra COVID-19. Trong nhiều thập kỷ, IAEA cũng đã hỗ trợ các phòng thí nghiệm thú y ở các nước đang phát triển trong các kỹ thuật phát hiện huyết thanh và phân tử, cũng như giải trình tự gen và mô tả đặc điểm của vi rút, bao gồm coronavirus ở cả động vật và người.
Các phương pháp sử dụng kỹ thuật hạt nhân, như RT-PCR, đang được sử dụng đối với chồn và những người nông dân đang chăm sóc chồn ở Đan Mạch.
Sáng kiến ZODIAC
ZODIAC (Hoạt động tích hợp dịch bệnh từ động vật) là một sáng kiến mới của IAEA nhằm ngăn ngừa và kiểm soát các đợt bùng phát dịch bệnh lây lan từ động vật sang người trong tương lai, qua đó các phòng thí nghiệm thú y trao đổi thông tin, chia sẻ các phương pháp hay nhất và hỗ trợ lẫn nhau. ZODIAC sẽ giúp các phòng thí nghiệm quốc gia theo dõi, giám sát, phát hiện sớm và kiểm soát các bệnh lây truyền từ động vật, chẳng hạn như COVID-19, Ebola, cúm gia cầm và Zika. Các bệnh do động vật gây ra làm tử vong khoảng 2,7 triệu người mỗi năm.
Virút Corona
Họ coronavirus có bốn chi – Alphacoronavirus, Betacoronavirus, Gammacoronavirus và Delatacoronavirus và chiếm 10 đến 30% tác nhân gây ra các bệnh bắt đầu từ cảm lạnh thông thường đến các bệnh nghiêm trọng hơn nhiều. COVID-19 là một loại coronavirus mới chưa được xác định trước đây và không giống với các coronavirus thường lưu hành ở người gây ra cảm lạnh thông thường.
Sự xuất hiện của Hội chứng hô hấp cấp tính nghiêm trọng (SARS-CoV-1), do Betacoronavirus gây ra ở người ở Trung Quốc vào năm 2002 được coi là có nguồn gốc từ động vật (rất có thể từ dơi và lây truyền qua cầy hương – động vật có vú giống mèo – sang người) . Một khi vi-rút đã lây từ vật chủ động vật sang người, sự lây truyền chủ yếu là từ người sang người. Theo WHO, từ năm 2002 đến 2003, SARS-CoV-1 đã lây lan qua 26 quốc gia, gây ra khoảng 8000 ca nhiễm trùng và 800 ca tử vong.
Khoảng một thập kỷ sau vào năm 2012, một bệnh nhiễm Betacoronavirus khác ở người – Hội chứng Hô hấp Trung Đông (MERS-CoV) – đã được xác định ở Ả Rập Xê Út, được đưa vào qua lạc đà hoặc có thể là các động vật khác. Theo WHO, căn bệnh này đã ảnh hưởng đến 27 quốc gia, với 2519 trường hợp mắc và 866 trường hợp tử vong, vào cuối tháng 1 năm 2020. Sự xuất hiện của chủng SARS-CoV-2 gây ra COVID-19 đã được báo cáo ở Trung Quốc vào cuối năm 2019.
Phương pháp RT-PCR thời gian thực xác định Vi-rút COVID-19
Khi coronavirus gây ra bệnh COVID-19 lan rộng trên toàn thế giới, IAEA, hợp tác với FAO, cung cấp hỗ trợ và chuyên môn giúp các quốc gia sử dụng polymerase phiên mã ngược phản ứng dây chuyền theo thời gian thực (RT – PCR thời gian thực). Đây là một trong những phương pháp chính xác nhất để phát hiện, theo dõi và nghiên cứu coronavirus COVID-19.
RT-PCR thời gian thực là phương pháp sử dụng kỹ thuật hạt nhân để phát hiện sự hiện diện của chất di truyền cụ thể trong bất kỳ tác nhân gây bệnh nào, bao gồm cả virút. Ban đầu, phương pháp này sử dụng các chất đánh dấu đồng vị phóng xạ để phát hiện sự di truyền nhắm mục tiêu, nhưng quá trình tinh chế sau đó đã dẫn đến việc thay thế việc gắn nhãn đồng vị bằng các chất đánh dấu đặc biệt, thường là thuốc nhuộm huỳnh quang. Kỹ thuật này cho phép các nhà khoa học nhìn thấy kết quả gần như ngay lập tức khi quá trình xét nghiệm vẫn đang diễn ra, trong khi RT-PCR thông thường chỉ cung cấp kết quả vào cuối quá trình xét nghiệm.
RT-PCR thời gian thực là một trong những phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất để phát hiện vi rút COVID-19 hiện nay. Trong khi nhiều quốc gia đã sử dụng RT-PCR thời gian thực để chẩn đoán các bệnh khác, chẳng hạn như virút Ebola và virút Zika, thì nhiều quốc gia khác vẫn cần được hỗ trợ trong việc điều chỉnh phương pháp này đối với virút COVID-19, cũng như nâng cao năng lực xét nghiệm.
Virus là gì? Vật chất di truyền là gì?
Virus là một vật chất di truyền cực nhỏ được bao quanh bởi một lớp vỏ phân tử. Vật chất di truyền này có thể là axit deoxyribonucleic (DNA) hoặc axit ribonucleic (RNA). RNA nói chung là phân tử một sợi có chức năng sao chép, phiên mã và truyền các phần của mã di truyền tới protein để chúng có thể tổng hợp và thực hiện các chức năng giữ cho sinh vật sống và phát triển. Các biến thể khác nhau của RNA chịu trách nhiệm sao chép, phiên mã và truyền tải.
Một số vi rút như coronavirus (SARS-CoV-2), gây ra COVID-19, chỉ chứa RNA, có nghĩa là chúng dựa vào việc xâm nhập vào các tế bào khỏe mạnh để nhân lên và tồn tại. Khi vào trong tế bào, virút sử dụng mã di truyền của chính nó – RNA trong trường hợp của vi rút COVID-19 – để kiểm soát và “lập trình lại” các tế bào, biến chúng thành nhà “máy sản xuất virút”.
Để một loại vi rút như vi rút COVID-19 được phát hiện sớm trong cơ thể bằng cách sử dụng RT-PCR thời gian thực, các nhà khoa học cần chuyển RNA thành DNA do chỉ DNA mới có thể được sao chép – hoặc khuếch đại. Đây là một phần quan trọng của quy trình RT-PCR thời gian thực để phát hiện vi rút, quá trình này được gọi là “phiên mã ngược”. Các nhà khoa học khuếch đại một phần của DNA virus đã phiên mã lên hàng trăm nghìn lần. Việc khuếch đại đóng vai trò quan trọng nhằm phát hiện một lượng nhỏ virút trong số hàng triệu chuỗi thông tin di truyền, đảm bảo xác nhận chính xác rằng virút đang tồn tại.
RT-PCR thời gian thực hoạt động như thế nào với virút COVID-19?
Mẫu được thu thập từ các bộ phận của cơ thể nơi virút COVID-19 tập trung, như mũi hoặc cổ họng. Mẫu được xử lý bằng một số dung dịch hóa học để loại bỏ các chất như protein và chất béo, chỉ chiết xuất RNA có trong mẫu. RNA được chiết xuất là một hỗn hợp của vật liệu di truyền của chính người đó và nếu có, là RNA của virút.
RNA được phiên mã ngược thành DNA bằng cách sử dụng một loại enzyme. Sau đó, các nhà khoa học bổ sung thêm các đoạn DNA ngắn cho các phần cụ thể của DNA virus đã phiên mã. Nếu virút có trong mẫu, các đoạn này sẽ tự gắn vào các đoạn đích của DNA virút. Một số đoạn di truyền được thêm vào sử dụng để tạo chuỗi DNA trong quá trình khuếch đại, trong khi những đoạn khác được sử dụng để xây dựng DNA và thêm nhãn đánh dấu vào các sợi, sau đó được sử dụng để phát hiện virút. Hỗn hợp này được đưa vào máy RT-PCR. Máy quay vòng qua nhiệt độ làm nóng và làm nguội hỗn hợp để kích hoạt các phản ứng hóa học cụ thể tạo ra các bản sao mới, giống hệt các phần đích của DNA virus. Chu kỳ được lặp đi lặp lại để sao chép liên tục các đoạn đích của DNA virus. Mỗi chu kỳ sẽ tăng gấp đôi so với chu kỳ trước đó: hai bản sao trở thành bốn, bốn bản sao trở thành tám,… Thiết lập RT-PCR thời gian thực tiêu chuẩn thường trải qua 35 chu kỳ, có nghĩa là, vào cuối quá trình, khoảng 35 tỷ bản sao mới của các đoạn DNA virut được tạo ra từ mỗi sợi virut có trong mẫu.
Khi các bản sao mới của các đoạn DNA virus được tạo ra, các nhãn đánh dấu sẽ gắn vào các sợi DNA và sau đó giải phóng thuốc nhuộm huỳnh quang, được đo bằng máy và hiển thị theo thời gian thực trên màn hình. Máy tính theo dõi lượng huỳnh quang trong mẫu sau mỗi chu kỳ. Khi vượt qua một mức độ huỳnh quang nhất định, điều này xác nhận rằng virút đang tồn tại. Các nhà khoa học cũng theo dõi số lượng chu kỳ cần để đạt được mức độ này nhằm ước tính mức độ nghiêm trọng: càng ít chu kỳ, nhiễm virus càng nặng.
Tại sao sử dụng RT-PCR thời gian thực?
Kỹ thuật RT-PCR thời gian thực có độ nhạy và độ đặc hiệu cao và có thể đưa ra chẩn đoán đáng tin cậy trong vòng ít nhất là 03 giờ, dù các phòng xét nghiệm hiện nay mất trung bình từ 06 đến 08 giờ. So với các phương pháp phân lập virút hiện có khác, RT-PCR thời gian thực nhanh hơn đáng kể và có khả năng tránh bị nhiễm bẩn hoặc sai sót tốt hơn. Đây cũng là phương pháp chính xác nhất hiện có để phát hiện vi-rút COVID-19.
RT – PCR là một biến thể của PCR, hoặc phản ứng chuỗi polymerase. Hai kỹ thuật sử dụng cùng một quy trình ngoại trừ RT-PCR có thêm một bước phiên mã ngược RNA thành DNA, hoặc RT, để cho phép khuếch đại. Điều này có nghĩa là PCR được sử dụng cho các tác nhân gây bệnh, chẳng hạn như virút và vi khuẩn, đã chứa DNA để khuếch đại, trong khi RT-PCR được sử dụng cho những vi khuẩn chứa RNA cần được phiên mã thành DNA để khuếch đại. Cả hai kỹ thuật có thể được thực hiện trong “thời gian thực”, có nghĩa là kết quả có thể nhìn thấy gần như ngay lập tức, trong khi sử dụng dạng “thông thường”’, kết quả chỉ hiển thị ở cuối phản ứng.
PCR là một trong những xét nghiệm chẩn đoán được sử dụng rộng rãi để phát hiện mầm bệnh, bao gồm cả virus, gây ra các bệnh như Ebola, dịch tả lợn Châu Phi và bệnh lở mồm long móng. Vì virút COVID-19 chỉ chứa RNA nên RT-PCR thời gian thực hoặc thông thường được sử dụng để phát hiện ra chúng.
Từ khóa: RT-PCR; hạt nhân; Covid-19;
– CMD&DND –
