Khi Biến thể Coronavirus Lan Rộng, Mỹ Gặp Khó Khăn để Bắt Kịp

Trên khắp nước Mỹ, coronavirus đang rút lui. Đại dịch vẫn đang hoành hành, với hơn 70,000 ca mới được báo cáo mỗi ngày. Nhưng kể từ đỉnh cao sau kỳ nghỉ lễ giữa tháng 1, trung bình mức ca mới trong vòng 7 ngày đã giảm gần 64%. Số người nhập viện cũng đã giảm mạnh. Với việc tiêm chủng đang diễn ra nhanh chóng, có một chút hy vọng rằng xu hướng giảm này có thể là bắt đầu của việc kiểm soát Covid dài hạn, ít nhất là ở Mỹ và các quốc gia giàu có khác đang giữ chặt những liều tiêm.

Nhưng rút lui không phải lúc nào cũng có nghĩa là đánh bại. Sự xuất hiện của một số biến thể mới của coronavirus lo lắng với những chiêu trò mới để lây lan nhanh hơn hoặc né tránh hệ thống miễn dịch tạo ra một khả năng khác: rằng sự gián đoạn hiện tại chỉ là tạm thời. Chuyên gia y tế cộng đồng đang kêu gọi chính phủ chuẩn bị cho một làn sóng lây nhiễm mới có thể do các biến thể như B.1.1.7 gây ra, đã được xác định trong hơn 1,200 trường hợp ở Mỹ và gần như mọi tiểu bang, theo dữ liệu từ Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa Dịch bệnh ở Mỹ.

Đó là hơn gấp đôi so với số báo cáo hai tuần trước đó. Nhưng con số thực sự có thể cao hơn nhiều. Cao hơn bao nhiêu? Không ai biết. Điều này xảy ra vì cách duy nhất để biết biến thể nào của coronavirus đang gây ra một nhiễm trùng là phải giải mã gen của nó. Ở đất nước này, điều này nên dễ dàng—Mỹ là một siêu cường trong việc giải mã gen. Có hàng chục viện nghiên cứu và các phòng thí nghiệm thương mại lớn có khả năng tạo ra các gen nhanh chóng. Nhưng phản ứng của chính phủ liên bang trong hầu hết thời kỳ đại dịch không bao gồm một kế hoạch để kêu gọi những người giải mã DNA của Mỹ thành một đội quân theo dõi coronavirus được phối hợp. Giám sát SARS-CoV-2, nói chung, là một trở ngại.

Cuối năm ngoái, CDC cuối cùng đã được ủy quyền triển khai các chương trình và nguồn kinh phí bổ sung nhằm thay đổi tình hình đó. Kể từ đó, Mỹ đã tăng cường việc giải mã gen từ khoảng 3,000 gen virus mỗi tuần lên hơn 7,000. Nhưng các nhà khoa học nói rằng vẫn chưa đủ. Và chúng ta đang cạn kiệt thời gian để bắt kịp. Bởi vì trong khi Quốc hội tranh luận một dự luật có thể cung cấp nguồn kinh phí cần thiết để xây dựng hệ thống giám sát gen học của Mỹ từ lâu nên có, các biến thể—cả những biến thể mà các nhà khoa học biết là đáng lo ngại và những biến thể mà họ chưa khám phá—đang mở rộng lãnh thổ của chúng.

“Trên khắp Mỹ hiện nay, chúng ta đang thấy sự gấp đôi của B.1.1.7 mỗi 10 ngày,” nói Karthik Gangavarapu, một nhà sinh học tính toán tại Viện Scripps ở La Jolla, California. Anh là một phần của một nhóm nghiên cứu đã theo dõi sự lây lan nhanh chóng của dòng dịch siêu lây nhiễm này, mà đôi khi vẫn được gọi là “biến thể Anh,”

Trong một nghiên cứu được đăng trực tuyến trong tháng trước, nhóm nghiên cứu phân tích hơn 200 gen virus của dòng dịch B.1.1.7 được thu thập từ khắp đất nước, và họ phát hiện ra rằng biến thể này có khả năng đã đến Mỹ vào tháng 11, một tháng trước khi nó được phát hiện lần đầu tiên ở đây. Sau đó, họ tính toán tốc độ lây lan của biến thể trong tháng 12 và tháng 1: nhanh hơn từ 35 đến 45 phần trăm so với các dạng virus Mỹ hiện tại. Mặc dù nó chưa được xuất bản trong một tạp chí đánh giá từ đồng nghiệp, dữ liệu cung cấp bằng chứng cứng đầu tiên làm nổi bật một dự báo của CDC được đưa ra vào tháng 1, dự đoán rằng B.1.1.7 sẽ trở thành biến thể chiếm ưu thế ở Mỹ vào cuối tháng 3.

“Những gì chúng tôi đã thấy trong vài tuần qua là mọi thứ đều đang diễn ra theo hướng chúng tôi nghĩ,” nói William Lee, phó chủ tịch khoa học tại Helix và là một trong các tác giả của nghiên cứu. Helix, một phòng thí nghiệm kiểm tra DNA đặt tại San Diego hợp tác với Illumina, là một trong ba phòng thí nghiệm thương mại được hợp đồng bởi CDC để thực hiện giám sát gen học của SARS-CoV-2. Theo kỹ thuật, Illumina thực hiện việc giải mã và Helix cung cấp vật liệu virus, được thu hồi từ que nằm mũi được công ty sử dụng để kiểm tra coronavirus. Và bởi vì một điểm độc đáo trong thiết kế của bài kiểm tra, Helix có thể dễ dàng nhận dạng các mẫu có khả năng chứa B.1.1.7 nhất.

Không phải là một đặc điểm duy nhất, nhưng giống như nhiều bài kiểm tra Covid-19 khác, bài kiểm tra của Helix tìm kiếm ba đoạn mã gen của virus. Một trong những đoạn mã đó nằm trên gene S, mã gen mã hóa cho protein gai giúp vi khuẩn lây nhiễm. Biến thể B.1.1.7 tình cờ có một phần xóa sáu chữ cái trên phần đó của gene S. Vì vậy, bài kiểm tra cho một người nhiễm nó vẫn trả lại kết quả dương tính, nhưng thiếu tín hiệu gene S. Các nhà khoa học đã đặt tên cho nó là “thất bại mục tiêu gene S” hay “lược đồ rơi gene S,” viết tắt là SGTF. Điều này có thể là một phương tiện tiện lợi để ước lượng mức lan truyền của B.1.1.7 trong một khu vực, nhưng vì các biến thể vô hại khác cũng có cùng phần xóa này, cách duy nhất để biết chắc chắn là thực hiện giải mã gen.

Sau khi Anh báo động về B.1.1.7 vào cuối tháng 12, Helix bắt đầu gửi mẫu SGTF đến Illumina để giải mã gen. Khi đó, họ sẽ tìm thấy khoảng 100 trường hợp mất gene S mỗi ngày. Và hầu hết chúng không phải là B.1.1.7. Nhưng bây giờ, theo Lee, ở những nơi như Florida và Nam California, tất cả những trường hợp mất gene S đều là B.1.1.7. Không còn khả thi để giải mã tất cả, vì có quá nhiều—ít nhất là ở hai địa điểm này, chiếm khoảng 50 phần trăm số lượng kiểm tra của Helix. “Tại Florida, chúng tôi thấy B.1.1.7 hiện đang đại diện cho khoảng 15 phần trăm trong tổng số các ca Covid-19 mới,” Lee nói. “Sáu tuần trước, nó chỉ là dưới 1 phần trăm.”

Sở Y tế Florida không trả lời các câu hỏi của Mytour. Nhưng số phận của tiểu bang này trong vài tuần tới có thể là dấu hiệu tiên đoán cho những gì sẽ xảy ra với toàn bộ Mỹ. Theo CDC, sự phổ biến của B.1.1.7 vẫn còn thấp—đang tiến sát 1 phần trăm—trên khắp cả nước. Nhưng dữ liệu của Helix cho thấy những điểm nóng khác bắt đầu xuất hiện, bao gồm Georgia, Texas và Pennsylvania. Điều đó có nghĩa là các quyết định của các quan chức chính phủ trong những khu vực đó trong vài ngày và tuần tới về việc mở lại các trường học và doanh nghiệp sẽ quan trọng.

“Bởi vì chúng ta đã phát hiện ra sớm, điều đó mang lại cho chúng ta thời gian quý báu để cố gắng giảm mức truyền nhiễm hiện tại và tiêm phòng cho càng nhiều người càng tốt,” Karthik Gangavarapu nói. Hai chỉ số đó, anh ta nói, sẽ quyết định liệu Mỹ có trải qua một đợt tăng đột ngột do các dòng di truyền mới hay không. “Đó là cuộc đua với thời gian,” anh ta tiếp tục. “Nếu chúng ta không thực hiện những điều đó, có thể sẽ xảy ra một làn sóng lớn hơn so với những gì chúng ta đã thấy vào mùa đông vừa qua. Nếu bạn mở tất cả mọi thứ ngay bây giờ, đó là gần như đảm bảo sẽ xảy ra.”

Gangavarapu nói đội ngũ cộng tác viên của anh ấy đã phát hiện ra nhiều B.1.1.7 đang lưu thông. Nhưng cho đến nay, các nỗ lực giải mã của họ vẫn chưa bắt gặp bất kỳ trong hai biến thể nào được nghi ngờ là những nghệ sĩ né tránh miễn dịch tốt nhất—biến thể B.1.351 và P.1, phát hiện ở Nam Phi và Brazil, tương ứng. Theo dữ liệu của CDC, chỉ có một số ít đã được báo cáo ở Mỹ cho đến nay, chủ yếu ở những người vừa trở về từ du lịch. Nhưng hàng nhập khẩu không phải là đối tượng đáng lo ngại duy nhất. Còn có những biến thể nội địa.

Jeremy Kamil là một trong những người đang tìm kiếm chúng. Một nhà virus học tại Trường Y khoa Đại học Louisiana State Shreveport, Kamil thông thường nghiên cứu gia đình virus cytomegalovirus, nhưng bắt đầu từ mùa xuân năm ngoái, anh ấy hợp nhất lực lượng với Vaughn Cooper, giám đốc Trung tâm Sinh học và Y học Tiến hóa tại Đại học Pittsburgh, người điều hành một công ty khám nghiệm vi khuẩn, để thiết lập giám sát gen học cho SARS-CoV-2 tại Louisiana. Trong nhiều tháng, họ đã giải mã hàng trăm mẫu từ các bài kiểm tra coronavirus được lựa chọn ngẫu nhiên từ khắp bang, theo dõi mọi thứ kỳ lạ. Vào ngày 27 tháng 1, Kamil nhận ra đúng điều đó—một lô mẫu mà tất cả đều chứa một biến đổi mà anh ấy chưa từng thấy trước đó. Khi anh ấy nhìn kỹ hơn, anh ấy thấy rằng mỗi loại virus biến đổi đều có quan hệ chặt chẽ—tất cả đều thuộc cùng một dòng gen. Và mặc dù dòng gen đó khá trẻ, chỉ trở lại đầu tháng 12 trong dữ liệu của anh ấy, nó đang trở nên phổ biến hơn mỗi ngày.

Kamil đã tải lên các gen vào một cơ sở dữ liệu trực tuyến gọi là GISAID, được sử dụng bởi các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới. Ngày hôm sau, các nhà khoa học tại Đại học New Mexico liên lạc với anh ấy. Họ đã tìm thấy biến thể giống nhau ở tiểu bang của họ. Trong khi đó, Cooper đang lục soát cơ sở dữ liệu để tìm thêm virus có cùng biến đổi—một biến đổi gen thay đổi axit amin thứ 677 trong protein gai của coronavirus. Anh ta tìm thấy thêm, không chỉ ở Louisiana và New Mexico, mà còn ở Bắc Carolina, Massachusetts và tám tiểu bang khác. Các nhà nghiên cứu nhận ra họ cần một nhà phân loại thực vật để xây dựng cây phả hệ của họ, vì vậy họ đã nhờ sự giúp đỡ của Emma Hodcroft tại Đại học Bern ở Thụy Sĩ. Trong vòng một tuần, nhóm của cô ấy đã theo dõi sự xuất hiện của bảy biến thể mới ở Mỹ, mỗi biến thể đã tiến hóa cùng một biến đổi độc lập.

Các nhà nghiên cứu mô tả mô hình này như một ví dụ về “tiến hóa hội tụ” trong một bản tóm tắt được đăng vào Chủ nhật. “Đó là một dấu hiệu mạnh mẽ về một sự thích ứng, ngay cả khi chúng ta vẫn chưa biết sự thích ứng đó là gì,” Cooper, một trong những tác giả của nghiên cứu, nói. Điều này chưa được đánh giá bởi đồng nghiệp.

Chúng ta thường sử dụng từ 'vi-rút corona' khi nói đến vi sinh vật gây Covid-19. Nhưng cách chính xác hơn để nghĩ về SARS-CoV-2 là như một cộng đồng của các loại vi-rút. Và cộng đồng đó đang ở trong trạng thái biến đổi liên tục—mở rộng và thu hẹp, biến đổi và tiến hóa thành các dòng mới khi lây lan từ người này sang người khác. Các nhà dịch tễ học gen có thể theo dõi những biến đổi nhỏ đó, theo dõi chúng như là các nhánh của cây gia đình để xác định các cụm ca bệnh liên kết với nhau. Với đủ gen vi-rút, họ cũng có thể thu phóng ra để so sánh tốc độ tăng trưởng khác nhau của các nhánh. Nếu một nhánh bắt đầu phát triển, có thể chỉ ra rằng những thay đổi gen mà những vi-rút đó đã thu được cung cấp một loại ưu thế cạnh tranh. Và nếu một bó nhánh khác nhau độc lập thu được cùng một biến đổi, và chúng cũng bắt đầu phát triển, vâng, đó là tiến hóa hội tụ.

Mặc dù bảy biến thể được xác định bởi Cooper, Kamil, Hodcroft, và đồng nghiệp có vẻ trở nên phổ biến hơn trong những tháng gần đây—chiếm đến 15% trong một số nơi mà chúng đã được phát hiện—vẫn còn nhiều điều mà các nhà nghiên cứu chưa hiểu về chúng. Chúng xuất hiện lần đầu ở đâu? Chúng có lây lan nhanh hơn vì biến thể 677 thay đổi hành vi của vi-rút, như là trường hợp với các biến thể quan trọng khác đầu tiên được phát hiện ở nước ngoài không? Hay là chuyến du lịch và tụ tập gia đình vào mùa lễ ở Mỹ đã làm lan rộng và nhanh hơn so với các dòng nội địa khác? Ngay cả các câu hỏi cơ bản về sự phổ biến thực sự của từng biến thể mới cũng khó trả lời, vì quốc gia vẫn còn rất xa sau về việc giải mã gen.

“Những gì chúng tôi đã khám phá chỉ là phần nhỏ của tảng băng,” Cooper nói. Hiện nay, Mỹ chỉ đã giải mã gen của 0.4% tổng số ca nhiễm coronavirus, theo phân tích của Mytour dựa trên dữ liệu GISAID. So với đó, Anh đang thực hiện khoảng 10%. Đan Mạch, người đứng đầu thế giới, đã vượt qua mức 50%.

Tin tốt là tất cả các công việc giải mã đang được thực hiện ở nơi khác trên thế giới đều phát hiện rằng vi-rút tiếp tục chọn những thay đổi gen giống nhau trong sự tìm kiếm lợi thế. Điều đó cho thấy nó đã tìm thấy một chuỗi lá bài may mắn, nhưng có lẽ không còn nhiều lá bài tốt hơn nữa trong bộ bài. “Ở trong trường hợp đó,” Cooper nói, “sự hội tụ thực sự là người bạn của chúng ta ở đây, vì nó giới hạn danh sách biến đổi mà chúng ta cần chú ý.” Điều này không chỉ tốt cho giám sát và kiểm tra, mà còn cho các nhà sản xuất vaccine đang cố gắng làm cho loại vaccine của họ có thể chống lại bất kỳ biến thể nào có thể xuất hiện.

Tuy nhiên, điều này không thay đổi sự thật rằng Hoa Kỳ vẫn hoàn toàn chuẩn bị kém để phát hiện chúng khi chúng xuất hiện. Như Mytour đã đưa tin trước đó, việc mở rộng mạng lưới giám sát quốc gia về SARS-CoV-2 liên quan đến việc phối hợp một mảng người chơi – như các nhà nghiên cứu như Kamil và Gangavarapu, các doanh nghiệp như Helix và các phòng thí nghiệm ở tuyến đầu, do các cơ quan y tế công cộng và bệnh viện điều hành. Kết nối cơ sở máy trình tự với mẫu và dữ liệu bệnh nhân đòi hỏi sự phối hợp—cả về mặt logistics và đồng thuận để thực hiện mọi thứ theo cách chuẩn hóa.

Tất cả đều mất thời gian và tiền bạc. Mỗi chuỗi virut tốn từ 25 đến 400 đô la để tạo ra. Cho đến nay, CDC đã tài trợ bảy trường đại học với số tiền 14,5 triệu đô la; ký hợp đồng với Illumina, Helix, và các đại gia thử nghiệm y tế như LabCorp và Quest Diagnostics với số tiền 12,5 triệu đô la; và phát hành thêm 15 triệu đô la cho các phòng thí nghiệm y tế công cộng. Nhưng tuần này, chính phủ Biden thông báo đang cung cấp một lượng tiền cần thiết—gần 200 triệu đô la—nhằm tăng cường khả năng trình tự hóa quốc gia từ 7,000 lên 25,000 mẫu mỗi tuần. Điều đó sẽ đưa Hoa Kỳ vào đúng đường để bắt giữ khoảng 5 phần trăm ca nhiễm coronavirus mới, miễn là chúng tiếp tục giảm. Đó là một ngưỡng mà các nhà khoa học tại Illumina ước tính rằng nước này cần đạt được để phát hiện ra một biến thể mới trước khi nó tăng lên hơn 1 phần trăm tổng số ca.

Một người phát ngôn cho CDC từ chối nói liệu cơ quan có đặt mục tiêu cụ thể không. “Hiện tại không có sự đồng thuận nào ở Hoa Kỳ hay toàn cầu về tỷ lệ giám sát genôm tối ưu,” cô ấy viết trong một email gửi tới Mytour. Trong cuộc họp báo vào thứ Tư, Bác sĩ Carole Johnson, người chỉ đạo kiểm tra tại Nhà Trắng, mô tả số tiền này như là một “chương trình thử nghiệm” để giúp CDC vượt qua đến khi Quốc hội thông qua Đạo luật Cứu trợ Mỹ 1,9 nghìn tỷ đô la đề xuất. Phiên bản của Thượng viện của dự luật đó dành 1,75 tỷ đô la cho giám sát genôm.

“Điều quan trọng là chúng ta có sự quan tâm từ Quốc hội để đầu tư vào điều này,” nói Lane Warmbrod, cộng tác viên của báo cáo mới từ Trung tâm An toàn Sức khỏe Johns Hopkins, đề xuất các khuyến nghị về những gì một chương trình giám sát SARS-CoV-2 hiệu quả nên có. Trong dài hạn, cô ấy nói, các phòng thí nghiệm cần tiền để mua reagent và máy trình tự, và để thuê và đào tạo nhân sự để vận hành chúng. Điều đó bao gồm xây dựng một lực lượng lao động thông tin sinh học trong các phòng thí nghiệm y tế công cộng—những người có thể sắp xếp, làm sạch, và diễn giải dữ liệu genôm lớn do trình tự hóa giám sát sản xuất.

“Rào cản lớn hơn nhiều là mặt tin học,” nói Warmbrod. Ngoài con người, điều đó cũng có nghĩa là sức mạnh tính toán. Cô và đồng nghiệp của mình đề xuất rằng các bộ phận y tế công cộng thiếu CPU có thể hợp tác với Bộ Năng lượng Mỹ, vận hành siêu máy tính trên khắp đất nước, để xử lý lượng dữ liệu genôm ngày càng tăng. “Chúng ta có khả năng và chuyên môn ở trong nước,” cô ấy nói. “Chúng ta chỉ cần khuyến khích nó và đặt tài nguyên ở nơi nó sẽ hiệu quả nhất.”

Cô ấy và đồng nghiệp đề xuất rằng các quỹ nên được sử dụng để phối hợp việc đặc trưng các biến thể—các biến thể nào nên được nghiên cứu và các thí nghiệm mà các nhà khoa học nên thực hiện. Hiện nay, các tiêu chuẩn cũ của khoa học vẫn được áp dụng nhiều. Ai phát hiện ra một biến thể đều có quyền giữ nó và nghiên cứu nó. Nhưng khi những phát hiện đó có thể ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người, Warmbrod lập luận, chính phủ có thể muốn can thiệp để đảm bảo rằng các nghiên cứu được thực hiện một cách nhanh chóng, an toàn và trước công chúng. Trong dài hạn, cô ấy cũng tin rằng Hoa Kỳ nên đầu tư một số quỹ của Quốc hội vào một cơ quan dự báo đại dịch quốc gia để bảo vệ khỏi những mối đe dọa mới nảy sinh ngay cả sau khi khủng hoảng Covid giảm đi.

Nhưng trong lúc này, việc xây dựng khả năng trình tự hóa bằng bất kỳ cách nào để đạt được điều đó nhanh nhất nên là ưu tiên hàng đầu, theo lời Warmbrod. “Chúng ta biết các biến thể đã xuất hiện. Chúng ta biết chúng sẽ tiếp tục xuất hiện miễn là có truyền nhiễm. Các biến thể này có thể xuất hiện ở bất kỳ đâu,” cô ấy nói. “Và ngay bây giờ, ở hầu hết mọi nơi trên đất nước, một biến thể mới có thể đang xuất hiện trong khuôn viên nhà bạn, và chúng ta không biết vì chúng ta không thể thấy được nó.”

Cập nhật 02-22-20, 11:50 sáng EST: Câu chuyện này đã được cập nhật để sửa lỗi Helix, một công ty độc lập đã tách khỏi Illumina vào năm 2015, không phải là một công ty con của Illumina. Một phiên bản trước của câu chuyện cũng đã nói sai rằng Helix có trụ sở tại San Diego. Phòng thí nghiệm thử nghiệm của họ nằm ở San Diego, nhưng trụ sở của công ty nằm ở San Mateo.

Nhiều Hơn Từ Mytour về Covid-19

• 📩 Những tin tức mới nhất về công nghệ, khoa học, và nhiều hơn nữa: Nhận những bản tin của chúng tôi!
• Trẻ sơ sinh non và nỗi kinh hoàng cô đơn trong một NICU trong đại dịch
• Đây là cách đeo khẩu trang kép đúng cách
• Khoảng cách kỹ thuật số đang gây khó khăn cho những nhà thờ tại Mỹ
• Những mánh kỹ thuật công nghệ Hollywood giúp đoàn làm phim quay lại địa điểm quay
• Có được miễn dịch Covid của bạn có được mượn không?
• Đọc tất cả bài viết về coronavirus của chúng tôi tại đây