18-08-2021

Đột biến COVID-19: tại sao virus vẫn có thể có một số thủ thuật để tiếp tục

Đại dịch đã cho phép chúng ta nghiên cứu chi tiết về cách thức tiến hóa xảy ra – trong thời gian thực.

Các nhà khoa học đã tạo ra hơn hai triệu trình tự bộ gen của virus SARS-CoV-2, cho phép chúng ta mổ xẻ những thay đổi nhỏ nhặt trong quá trình tiến hóa ở một mức độ chưa từng có đối với bất kỳ tác nhân sinh học tái tạo nào bên ngoài phòng thí nghiệm.

Vậy điều này cho chúng ta biết gì về đột biến và biến thể? Đột biến là động cơ cuối cùng của quá trình tiến hóa và cung cấp nguyên liệu thô để chọn lọc tự nhiên hoạt động.

Một số đột biến có ích cho một sinh vật và có thể trở nên phổ biến trong loài. Những đột biến khác có hại hoặc có ít hậu quả.

Chúng phát sinh do lỗi khi bộ gen được sao chép khi virus nhân lên, dẫn đến một “base” được thay thế bằng một “base” khác.

Bộ gen SARS-CoV-2 được tạo thành từ 30.000 base riêng lẻ. Tốc độ phát sinh đột biến thường được biểu thị bằng xác suất mà bất kỳ base riêng lẻ nào sẽ bị thay thế sai khi bộ gen sao chép.

Theo các bằng chứng thí nghiệm gần đây – vẫn chưa được công bố trên một tạp chí khoa học – thì con số này là khoảng ba phần triệu.

Với tỷ lệ này, chúng ta có thể hỏi có bao nhiêu đột biến có thể phát sinh mỗi khi ai đó bị nhiễm bệnh. Bằng cách nhân 30.000 bazơ với xác suất 3 / 1.000.000, chúng ta nhận được tổng số khoảng 0,1 đột biến mỗi khi bộ gen sao chép.

Quá trình lây nhiễm cao điểm kéo dài từ 5 đến 7 ngày, trong thời gian đó virus thường hoàn thành 3 đến 7 “chu kỳ sao chép” (các bước từ sự gắn ban đầu vào tế bào chủ đến việc tạo ra và giải phóng các hạt virus mới được tổng hợp).

Năm chu kỳ sao chép sẽ tạo ra khoảng 0,5 đột biến (5 × 0,1), hoặc một đột biến mới cho mỗi hai người bị nhiễm.

Một cách tiếp cận khác là sử dụng dữ liệu trình tự bộ gen.

Vì mỗi trình tự bộ gen được lấy từ một người bị nhiễm bệnh khác nhau, dữ liệu này cho phép chúng tôi tính toán tốc độ mà các đột biến đã tích lũy trong quần thể virus toàn cầu, thay vì trong một lần lây nhiễm đơn lẻ.

Bằng cách so sánh dữ liệu trình tự với bộ gen “tham chiếu” ban đầu (bộ gen của virus rất sớm), chúng ta có thể đếm số lượng đột biến đã tích lũy trong mỗi bộ gen. Sau đó, chúng ta có thể thấy số lượng đột biến tăng nhanh như thế nào theo thời gian.

Điều này cho chúng ta biết rằng quần thể virus trên toàn cầu tích lũy trung bình khoảng một đột biến cứ sau hai tuần – một tỷ lệ tương tự như ở một người bị nhiễm.

Để đặt tỷ lệ đột biến này vào bối cảnh, bộ gen của con người trải qua khoảng 0,05 đột biến cứ sau hai tuần.

Về mặt nó, điều này không khác quá nhiều so với SARS-CoV-2 (chỉ chậm hơn 20 lần), cho đến khi bạn xem xét rằng bộ gen của con người lớn hơn 100.000 lần, làm cho tốc độ đột biến trên mỗi cơ sở nhanh hơn khoảng hai triệu lần. ở virus hơn ở người.

Vì vậy, SARS-Cov-2 đã trải qua cùng một lượng thay đổi tiến hóa đột biến trong đại dịch (tỷ lệ thuận với kích thước bộ gen), giống như con người kể từ khi Homo habilis lần đầu tiên đi bộ trên Trái đất khoảng 2,5 triệu năm trước.

Các biến thể mới

Tính toán được mô tả ở trên đề cập đến số lượng đột biến dự kiến ​​trong một dòng gốc (dòng dõi) từ một hạt virus này sang hạt virus tiếp theo, v.v.

Để tính tổng số đột biến phát sinh trong quá trình lây nhiễm, chúng ta cũng cần tính đến tất cả các phần tử virus được tạo ra, mỗi phần tử đều đi theo con đường đột biến riêng của chúng.

Tổng số hạt virus lây nhiễm được tạo ra trong quá trình lây nhiễm là khoảng 300.000 và 300.000.000.

Nếu mỗi dòng tích lũy trung bình 0,5 đột biến, thì ước tính tổng số đột biến trong quá trình lây nhiễm của tất cả các hạt virus kết hợp sẽ vào khoảng 100.000 đến 100.000.000 – là khá thận trọng, thay vì chính xác.

Mã RNA của virus chứa bốn chữ cái: G, C, U và A – có 30.000 trong số chúng trong bộ gen.

Sự đột biến có thể thay đổi bất kỳ ký tự nào trong số các ký tự này thành bất kỳ ký tự nào trong ba ký tự còn lại trong mã. Điều này cho tổng số khoảng 100.000 đột biến đơn lẻ có thể xảy ra.

Do đó, tất cả các đột biến đơn lẻ có thể phát sinh trong mỗi lần lây nhiễm đơn lẻ. Vậy tại sao chúng ta không thấy các biến thể nguy hiểm mới xuất hiện cho đến vài tháng sau khi xảy ra đại dịch?

Phần lớn các đột biến này sẽ không có bất kỳ hậu quả có ý nghĩa nào, hoặc thậm chí sẽ có hại cho virus. Hơn nữa, chỉ một phần nhỏ các hạt virus trong cơ thể người bị nhiễm bệnh cũng có thể gây nhiễm trùng thêm.

Hầu như tất cả các đột biến tích tụ trong vật chủ sẽ mất đi khi quá trình lây nhiễm được giải quyết.

Ngoài ra, vì thời gian giữa các lần lây nhiễm ngắn, nên chọn lọc tự nhiên sẽ có ít cơ hội để chọn ra những thể đột biến “tốt nhất” để lây nhiễm sang vật chủ mới.

Chúng ta phải vô cùng biết ơn vì những “nút thắt” di truyền chặt chẽ này khi virus truyền từ vật chủ này sang vật chủ khác.

Cần phải phản ánh rằng vô số biến thể nguy hiểm mới có thể đã xuất hiện bên trong những người bị nhiễm bệnh trên khắp thế giới, nhưng ngoài nửa tá đột biến đủ may mắn để lây truyền và sau đó lây lan để trở thành những biến thể đáng lo ngại, chúng đã nhanh chóng được giao cho sự lãng quên tiến hóa.

Khuyết tật tiến hóa?

Thực tế là hầu như tất cả các đột biến phát sinh trong một lần lây nhiễm không bao giờ phát tán ra thế giới rộng lớn hơn gây ra một khuyết tật lớn về mặt tiến hóa đối với virus.

Tuy nhiên, điều này có thể được bù đắp nếu tổng số ca nhiễm trùng là rất lớn.

Tại thời điểm viết bài, có khoảng 620.000 ca nhiễm trùng mỗi ngày trên toàn cầu. Nếu một ca nhiễm trùng truyền trung bình 0,5 đột biến, điều này có nghĩa là trên toàn cầu có khoảng 300.000 đột biến mới được truyền từ vật chủ này sang vật chủ khác mỗi ngày.

Cũng giống như phần lớn các đột biến phát sinh trong một người bị nhiễm bệnh sẽ không bao giờ được di truyền, vì vậy phần lớn những người đột biến thông qua một sự kiện lây truyền ban đầu sẽ không tiếp tục lây lan rộng rãi hơn trong dân số.

Nhưng hãy nhớ rằng số lượng đột biến tối đa có thể xảy ra là khoảng 100.000. Vì vậy, có thể tưởng tượng rằng mọi đột biến có thể xảy ra trong bộ gen của virus đều được truyền từ người này sang người khác mỗi ngày.

Điều này có thể tạo ra ấn tượng, như một số nhà bình luận gần đây đã nhận định, rằng virus có thể sắp hết các lựa chọn tiến hóa và khả năng xuất hiện các loại nguy hiểm mới là rất nhỏ.

Tuy nhiên, một số đặc tính của virus có thể không được xác định bởi các đột biến đơn lẻ hoạt động đơn lẻ, mà bởi sự tương tác của nhiều đột biến hoạt động phối hợp trên cùng một bộ gen.

Ví dụ, ảnh hưởng của một đột biến cụ thể có thể được tăng cường đáng kể nếu nó tình cờ phát sinh trong một bộ gen đã bị ảnh hưởng bởi các đột biến cụ thể khác.

Nếu những hiệu ứng như vậy phổ biến ở SARS-CoV-2, thì có thể virus vẫn chưa có một số thủ thuật tiến hóa để tiếp tục.

Nguồn: knowridge.com

Nếu bạn đang trăn trở hoặc mong muốn có được phẩm chất sáng tạo, mời bạn đăng ký ngay khóa học PHƯƠNG PHÁP LUẬN SÁNG TẠO và ĐỔI MỚI tại Trung tâm Sáng tạo Khoa học–kỹ thuật (TSK) thuộc trường Khoa Học Tự Nhiên nhé. Đây là môn học bổ ích cho mọi đối tượng, mọi ngành nghề có thể áp dụng, phát triển khả năng ứng phó và đưa ra các giải pháp thông minh cho công việ, cuộc sống. Bạn có thể điền thông tin tại đây hoặc liên hệ số điện thoại: (028) 38 301 743; 089 668 36 31 để thực hiện đăng ký.

Để luyện TÂM sáng TRÍ, cải thiện tư duy, thân mời bạn tham dự Khóa học ngắn hạn Nhìn Thấu – Nghĩ Thông – Hành Động Sáng Suốt thuộc chuỗi LEARNING TO BE được tổ chức thường xuyên khi đủ học viên, nội dung khóa học và link đăng ký vui lòng xem tại: https://bit.ly/2EEL2xK.

TRIZGyrus TEAM