Bệnh Nhanh Trạckẻr Được Hậu Thuẫn bởi Gates và Zuckerberg Đối Phó với Covid-19

Jessica Manning không có kinh nghiệm với các loại coronavirus. Nghiên cứu viên về bệnh truyền nhiễm đã sống và làm việc tại Campuchia từ năm 2013, nghiên cứu về muỗi ở delta sông Mekong và cách nước bọt của chúng giúp lây lan bệnh cho con người. Nhưng vào tháng 1, nước này báo cáo về bệnh nhân Covid-19 đầu tiên, và phòng thí nghiệm đã chẩn đoán muốn gửi mẫu từ bệnh nhân và gia đình của ông cho Manning để kiểm tra thêm.

Manning làm việc tại Viện Nghiên cứu Về Dị ứng và Bệnh Truyền Nhiễm của NIAID ở Phnom Penh, là một phần của sự hợp tác đã kéo dài nhiều thập kỷ giữa NIAID và Trung tâm Quốc gia Campuchia về Ký sinh trùng, Nghiên cứu Ve, và Kiểm soát sốt rét. Vào tháng 9, đội của cô ấy đã khởi động một chiếc máy trắng, nhỏ đủ để đặt trong khoang trên máy bay và được thiết kế để đọc các chữ cái ADN một cách từng cái một. Trong vài tháng qua, họ đã sử dụng máy đọc gen mới đó để xác định xem vi khuẩn nào, ngoại trừ virus sốt xuất huyết, đứng sau nhiều cơn sốt cao ở Campuchia. Bây giờ, họ sẽ yêu cầu nó ghép lại virus corona vừa đến trên bờ của họ. Và họ sẽ làm điều đó với sự giúp đỡ của một thứ gọi là IDSeq.

IDSeq là một dây chuyền sinh học thông tin dựa trên đám mây và mã nguồn mở cho chuỗi metagenomic. Nói một cách đơn giản đối với những người không chuyên ngành, đó là những gói mã máy tính duyệt qua tất cả vật liệu gen được chiết xuất từ một mẫu—chẳng hạn như một ống máu người, hoặc một que nặn từ mũi của ai đó. Nó kết hợp tất cả những đoạn DNA và RNA lộn xộn đó với cơ sở dữ liệu lớn về vi khuẩn đã biết, cho bạn biết có những loại vi khuẩn nào trong hỗn hợp. Việc chạy IDSeq chỉ đòi hỏi bạn có một máy đọc gen mà bạn biết cách sử dụng và kết nối internet.

IDSeq bắt đầu như một dự án nghiên cứu trong phòng thí nghiệm hóa học sinh học của Joe DeRisi tại UC San Francisco, nơi mà 17 năm trước đội của ông xây dựng công nghệ nhận diện coronavirus gây SARS. Gần đây, phòng thí nghiệm của DeRisi đã đứng sau một đợt đẩy mạnh vào chuỗi metagenomic lâm sàng, phát triển các bài kiểm tra đã giúp giải quyết những bí ẩn y tế cho bệnh nhân đang được điều trị tại các bệnh viện lân cận, bao gồm trường hợp của một sán lá não.

Năm 2016, khi bác sĩ nhi khoa Priscilla Chan và chồng cô, người sáng lập Facebook Mark Zuckerberg, cam kết 3 tỷ đô la trong vòng 10 năm để chống lại các bệnh truyền nhiễm, họ chọn DeRisi làm đồng thuyền cho đầu tư đầu tiên của họ: một trung tâm nghiên cứu mới trị giá 600 triệu đô la mang tên Chan Zuckerberg Biohub. Ngay sau khi tham gia Biohub, DeRisi thuê một đội ngũ lớn các nhà thiết kế và kỹ sư để biến những năm mã máy lẻ tẻ từ phòng thí nghiệm của ông thành một gói phần mềm mạnh mẽ. Vào tháng 10 năm 2018, họ triển khai IDSeq một cách nhẹ nhàng cho một nhóm nhỏ người dùng thử nghiệm, với tài trợ từ gia tài Facebook để thanh toán tất cả những công việc tính toán đó.

Để đưa nó vào tay của nhiều nhà khoa học hơn, đặc biệt là ở những nơi có nguồn lực hạn chế, Biohub hợp tác với Quỹ Bill và Melinda Gates. Các khoản tài trợ từ quỹ đã bắt đầu đưa 10 đội nghiên cứu từ các quốc gia như Nam Phi, Bangladesh và Madagascar đến Biohub để học cách sử dụng IDSeq. Ngoài việc đào tạo, các khoản tài trợ còn trang bị mỗi đội quốc tế một máy đọc gen nhỏ để mang về phòng thí nghiệm ở quê hương của họ.

Manning nhận được một trong những hỗ trợ để mở rộng công việc nghiên cứu về các trường hợp sốt chưa được chẩn đoán tại Campuchia. Vào cuối mùa hè năm ngoái, ngay khi đợt dịch sốt xuất huyết tồi tệ nhất trong lịch sử Campuchia đang đạt đỉnh, cô ấy bay đến San Francisco với hai kỹ thuật viên từ phòng thí nghiệm của mình để tham gia một tuần đào tạo tại Biohub. Đến tháng 11, đội của cô ấy đã triển khai IDSeq và xử lý mẫu máu thu thập từ bệnh nhân sốt ở các bệnh viện tại Campuchia. Đầu tháng 1, DeRisi mang theo đội của Biohub đến thăm phòng thí nghiệm của Manning và khắc phục mọi vấn đề họ đang gặp phải. Trong chuyến đi, Manning nhớ lại, họ thảo luận về các bản tin về các trường hợp viêm phổi bí ẩn xuất phát từ Vũ Hán, Trung Quốc. Lúc đó, chưa có thông tin rộng rãi về những người chăm sóc sức khỏe bị ốm, nên họ hy vọng nó sẽ qua sớm. Đội của DeRisi quay về California. “Rồi mọi thứ chỉ bùng nổ,” Manning nói.

Khi các quan chức Trung Quốc bắt đầu đối mặt với sự bùng phát mạnh mẽ của một loại virus corona mới, các chuyên gia y tế toàn cầu lo lắng về những gì sẽ xảy ra nếu nó lan ra các nước láng giềng kỹ thuật ít phát triển hơn ở Thái Bình Dương Nam. Khi một bệnh mới xuất hiện, việc theo dõi sự lan truyền của nó là quan trọng. Điều này nghĩa là không chỉ là thu thập số liệu về các ca mới. Việc thu thập thông tin gen về một virus có thể giúp các quan chức y tế cộng đồng hiểu cách nó đã nhập cảnh vào nước họ và thực hiện các biện pháp để làm chậm sự tiến triển của nó. Nó cũng có thể giúp các nhà nghiên cứu theo dõi virus để theo dõi các biến động có thể làm giảm hiệu suất của các bài kiểm tra chẩn đoán.

Tuy nhiên, các nỗ lực để xác định và kiểm soát các đợt bùng phát như vậy bị trở ngại ở những nơi có nguồn lực khan hiếm. Hãy lấy ví dụ về virus Zika, đã lưu hành ở Brazil trong hai năm trước khi quốc gia này báo cáo về trường hợp đầu tiên. Các nhà nghiên cứu chỉ nhận ra điều này nhiều sau đó, bằng cách ghép các gen virus từ bệnh nhân trên khắp Châu Mỹ.

Vì vậy, các nhà dịch tễ học có lý do để tin rằng virus corona mới có thể tiếp tục lan truyền mà không bị phát hiện ở những nước như Malaysia, Indonesia và Campuchia, nơi có cơ sở hạ tầng y tế cộng đồng yếu hơn so với Trung Quốc và lịch sử thiếu khả năng chuỗi gen. Họ lo ngại rằng những ổ nhiễm trùng chưa được chẩn đoán có thể im lặng duy trì đợt bùng phát, thúc đẩy sự lan truyền của nó trên toàn cầu.

Nhưng với sự xuất hiện của một máy đọc gen tại phòng thí nghiệm của Manning, Campuchia hiện có khả năng thực hiện chuỗi gen metagenomic trên mẫu bệnh nhân. Vào ngày 26 tháng 1, các kỹ thuật viên tại Viện Pasteur Campuchia chiết RNA virus từ que nặn mũi và họng của một người đàn ông Trung Quốc 60 tuổi mới đến từ Vũ Hán và phát sốt. Ngày hôm sau, các quan chức bộ y tế công bố rằng các mẫu này đã dương tính với Covid-19, biến người này thành trường hợp đầu tiên của đất nước.

Ba ngày sau đó, phòng thí nghiệm của Manning nhận được một số lọ RNA được chiết xuất từ que nặn của bệnh nhân. Đội của cô chuẩn bị nó để chuỗi gen, chạy mẫu qua máy mới của họ và gửi dữ liệu kết quả lên IDSeq. Sau đó, họ đợi trong khi thuật toán của IDSeq lọc qua tất cả các đoạn mã gen, so sánh từng phần với GenBank, một bộ sưu tập của tất cả các chuỗi gen có sẵn công khai. Mặc dù các nhà khoa học ở Trung Quốc đã chuỗi gen virus corona gây Covid-19 và đưa dữ liệu gen học vào GenBank, nhóm của DeRisi vẫn chưa cập nhật phần mềm của họ để tìm kiếm phiên bản mới nhất của cơ sở dữ liệu. Họ muốn để IDSeq bay mù và xem nó có thể tìm ra gì.

Hai giờ sau, kết quả trỗi dậy. Manning nhìn vào màn hình máy tính của mình với một biểu đồ nhiệt hiển thị kết quả trên GenBank. Các ô màu đỏ nhất—chỉ số "đọc" nhiều nhất—kết hợp giữa mẫu và các chuỗi trong GenBank—đều thuộc về virus corona gây SARS. Nhưng nó không phải là một kết quả chính xác. Một số lượng gần bằng các đọc được ánh xạ lại virus corona được tìm thấy ở dơi. "Bạn có thể nói đó là một loại virus corona mới có liên quan mật thiết đến SARS nhưng chưa được đặc tả", Manning nói.

Khoảng một tuần sau đó, đội ngũ IDSeq cập nhật chỉ số của mình đến phiên bản mới nhất của GenBank. Ngân hàng này bây giờ có gần 85,000 thêm mới, bao gồm 54 chuỗi cho virus corona gây Covid-19 được thu thập từ bệnh nhân trên toàn thế giới. Lần này, khi đội chạy mẫu của họ, phần mềm đã trả lời một cách rõ ràng: Hầu hết đọc hoàn toàn trùng với virus đã xuất hiện ở Vũ Hán chỉ vài tuần trước.

Cùng nhau, hai thử nghiệm này chứng minh rằng IDSeq có thể thực hiện điều mà DeRisi đã hứa: phát hiện sự lây lan của các tác nhân gây bệnh đã biết và đóng vai trò như một hệ thống cảnh báo sớm cho những tác nhân mới nổi. Đội ngũ của ông và đội ngũ của Manning báo cáo bằng chứng cho ý tưởng này trong một bản thảo trước đăng trên bioRxiv tuần trước. Biohub cũng công bố một trang dự án cho trường hợp coronavirus tại Campuchia, mang đến cái nhìn đầu tiên về phần mềm cho công chúng.

“Tôi thực sự phấn khích về điều này,” DeRisi nói. Mục tiêu chính của IDSeq, ông nói, là trang bị cho các nhà khoa học khả năng chạy các phương pháp chuẩn đoán phân tử tiên tiến trong nước để giải quyết các vấn đề địa phương. Nhưng một mục tiêu phụ là mở rộng khả năng chuỗi gen metagenomic ở những nơi có nguồn lực khan hiếm, để nếu một đại dịch xảy ra, các nhà khoa học trên khắp thế giới có thể phát hiện ra nó. “Điều này thực sự là một sự chứng minh to lớn rằng công nghệ này không chỉ dành cho những nơi siêu giàu có nhiều trang trại máy chủ,” DeRisi nói. “Điều này có thể được thực hiện ngay tại hiện trường và—with a little support—có thể tạo ra sự khác biệt thực sự.”

Mức độ ảnh hưởng còn phải chờ xem. Sử dụng IDSeq, cùng với một kỹ thuật mới để tăng cường lượng vật liệu virus trong mẫu, đội ngũ của Manning cuối cùng cũng có thể lập ra toàn bộ gen của loại virus xuất hiện tại Campuchia. Tháng trước, khi họ thêm nó vào cơ sở dữ liệu công khai mà các nhà khoa học đang sử dụng để theo dõi cách virus lan truyền và biến đổi, đó là một trong những chuỗi duy nhất từ một quốc gia thu nhập thấp gần trung tâm của đợt bùng phát.

Manning nói nhóm của cô đang sẵn sàng để chuỗi gen bất kỳ trường hợp bổ sung nào được xác nhận bởi các quan chức y tế công cộng của đất nước. Nhưng chỉ trong tuần qua, Campuchia mới bắt đầu thử nghiệm mạnh mẽ cho Covid-19, sau khi một công dân Nhật Bản đã đến Campuchia được xác nhận dương tính với bệnh khi trở lại Nhật Bản. Anh ta báo cáo đã tiếp xúc với 40 người Campuchia, người đang được giám sát trong cách ly y tế. Vào thứ bảy, Bộ Y tế Campuchia xác nhận rằng một trong số họ đã được chẩn đoán mắc Covid-19.

Đáp lại đó, Thủ tướng Campuchia đã ra lệnh đóng cửa trường học trong hai tuần. Động thái này đứng đối diện với những tuần chính phủ đã bagatelle về sự nghiêm trọng của đợt bùng phát, trong những gì những người phê phán gọi là nỗ lực để duy trì mối quan hệ chính trị và kinh tế tích cực với Trung Quốc, nhà đầu tư nước ngoài lớn nhất của Campuchia, thay vì ngăn chặn sự lây lan của bệnh tật. Tháng 2, các nhà nghiên cứu tại Trường Y tế Công cộng Harvard T.H. Chan phân tích di chuyển bằng máy bay giữa Vũ Hán và Campuchia và xác định rằng đó là rất không thể xảy ra thống kê để Campuchia chỉ có một trường hợp (trường hợp mà phòng thí nghiệm của Manning đã chuỗi gen). Nói cách khác, Campuchia không tìm thấy thêm các trường hợp vì các quan chức y tế không kiểm tra.

Bây giờ khi họ đã thực hiện, Manning hy vọng đóng góp thêm chuỗi gen của virus vào GenBank khi có thêm các trường hợp được xác nhận. Cô nói đội của cô hiện đang trong quá trình chuỗi gen một trường hợp được xác nhận vào cuối tuần. Không chỉ thư viện virus corona kỹ thuật số này giúp các nhà dịch tễ học theo dõi sự lan truyền và tiến hóa của nó, mà còn có thể giúp đảm bảo rằng bất kỳ phương pháp điều trị hoặc vắc xin tiềm năng nào được phát triển tại Campuchia sẽ hiệu quả chống lại các chủng virus đang lưu hành ở đó.

“Những chuỗi gen này cho phép chúng ta nhìn thấy, gần như theo thời gian thực, sự biến động nhanh chóng của virus này, và đóng vai trò như một bản đồ để phát triển các biện pháp phòng ngừa,” Manning nói. Tuy nhiên, đội của cô sẽ bị hạn chế bởi khả năng xử lý của máy đọc gen mới của họ, chỉ có thể chạy một mẫu mỗi lần. Nếu Campuchia trải qua một đợt tăng cao các trường hợp, một lượng lớn đợi xử lý sẽ nhanh chóng tích tụ. Tuy nhiên, ít nhất Campuchia sẽ có mặt trên bản đồ của các nhà dịch tễ học. Bất kỳ chuỗi gen nào cũng tốt hơn là không có gì.

Các tin khác về Covid-19 từ Mytour

• Đến lúc thực hiện những việc bạn luôn trì hoãn. Đây là cách thực hiện
• Ở riêng có thể làm gì cho tâm trí (và cơ thể) của bạn
• Chán chường? Hãy xem hướng dẫn video của chúng tôi về các hoạt động trong nhà cực kỳ hấp dẫn
• Máu từ người sống sót qua Covid-19 có thể là con đường dẫn đến phương pháp chữa trị
• Vi rút lây nhiễm như thế nào? (Và các câu hỏi thường gặp khác về Covid-19, đã được trả lời)
• Đọc toàn bộ bài viết của chúng tôi về coronavirus tại đây