66

Phía trên máy tính treo một poster với thông điệp chính là “the Virosphere”, nghĩa là sự đa dạng của virus trên Trái đất không thể hiểu hết được. Bên cạnh đó, một poster khác cho thấy Homer Simpson là một nhân vật trong bức tranh nổi tiếng “Nighthawks” của Edward Hopper. Tôi không chắc poster này có ý nghĩa gì, trừ khi có thể nó mang hàm ý về những chiếc bánh vòng.

Edward C. Holmes là người Anh, từ London và Cambridge chuyển đến trung tâm Pennsylvania. Đôi mắt ông ấy mở to khi thảo luận về một thực tế quan trọng hay một ý tưởng độc đáo, vì những sự việc và ý tưởng tốt làm ông ấy say mê. Đầu ông ấy tròn và chỗ chưa hói đã được cạo trọc. Ông có lông mày rậm và đeo cặp kính thanh mảnh như trong những bức tranh cũ của Yuri Andropov. Dù cạo trọc đầu, dù rất thông minh, dù thoạt nhìn giống người theo chủ nghĩa xã hội (Andropovian), Edward C. Holmes không hề trầm lặng. Ông ấy sôi nổi và hài hước, một tâm hồn phóng khoáng thích trò chuyện về những điều quan trọng: virus. Mọi người gọi ông ấy là Eddie.

“Hầu hết các mầm bệnh mới nổi là virus RNA,” ông ấy nói với tôi khi chúng tôi ngồi bên dưới hai tấm áp phích. Ý của ông là virus RNA đối lập với virus DNA, với vi khuẩn, hoặc bất kỳ loại ký sinh trùng nào khác. Ông ấy không cần phải trích dẫn các ví dụ cụ thể về virus RNA vì tôi đã có danh sách đó trong đầu: Hendra và Nipah, Ebola và Marburg, Tây sông Nile, Machupo, Junin, cúm, Hanta, sốt xuất huyết và sốt vàng, bệnh dại và họ hàng của nó, chikungunya, SARS-CoV, và Lassa, chưa kể đến HIV-1 và HIV-2. Tất cả chúng đều mang bộ gen RNA. Danh mục này dường như bao gồm nhiều hơn số bệnh lây truyền giữa động vật và người nguy hiểm do chúng gây ra, bao gồm hầu hết các loại mới nhất và tồi tệ nhất. Một số nhà khoa học đã bắt đầu hỏi tại sao. Eddie Holmes đã viết một cuốn sách về chủ đề này. Nó có tựa đề The Evolution and Emergence of RNA Viruses (Sự tiến hóa và xuất hiện của virus RNA), được Oxford xuất bản năm 2009, và đó là điều đã đưa tôi đến gặp ông ấy. Bây giờ, ông ấy đang tóm tắt một số điểm nổi bật.

Eddie nói, đúng là có vô số loại virus RNA, điều này dường như làm tăng khả năng nhiều virus xuất hiện sau con người. Virus RNA trong đại dương, trong đất, trong rừng, và trong thành phố; virus RNA ký sinh trên vi khuẩn, nấm, thực vật và động vật. Ông đề cập trong sách rằng, có thể mọi dạng tế bào của sự sống trên hành tinh đều hỗ trợ ít nhất một loại virus RNA, mặc dù chúng ta không biết chắc chắn vì chúng ta chỉ mới bắt đầu tìm hiểu. Nhìn lướt qua tấm poster virosphere mô tả vũ trụ các loại virus đã biết giống như một chiếc bánh pizza có màu sắc rực rỡ là đủ để hiểu điểm này. Nó cho thấy virus RNA chiếm ít nhất một nửa cái bánh. Nhưng chúng không phải dạng thường, Eddie nói. Chúng không ngừng tiến hóa. Chúng liên tục thay đổi. Chúng thích nghi nhanh chóng.

Ông giải thích có hai lý do cho điều đó. Đó không chỉ là tỷ lệ đột biến cao mà còn một thực tế là quy mô quần thể của chúng rất lớn. “Hai điều đó kết hợp với nhau có nghĩa là bạn sẽ tạo ra sự thích ứng tốt hơn.”

Virus RNA nhân lên nhanh chóng, tạo ra quần thể virion lớn (mật độ cao) trong mỗi vật chủ. Nói cách khác, chúng thường gây nhiễm trùng cấp tính và nghiêm trọng trong một thời gian ngắn rồi thoát ra ngoài. Hoặc chúng sẽ sớm biến mất, hoặc chúng sẽ giết bạn. Eddie gọi đó là “mô hình trồi-sụt”. Nhiễm trùng cấp tính cũng đồng nghĩa với việc phát tán nhiều virus — qua hắt hơi, ho, nôn, chảy máu hoặc tiêu chảy — tạo điều kiện cho việc lây truyền sang các nạn nhân khác. Những virus này cố gắng vượt qua hệ thống miễn dịch của mỗi vật chủ, lấy những gì chúng cần và di chuyển trước khi hệ thống phòng thủ của cơ thể có thể đánh bại chúng. (Lentivirus, bao gồm cả HIV, là ngoại lệ ở đây vì theo một chiến lược khác.) Sự nhân lên nhanh chóng và tỷ lệ đột biến cao cung cấp cho chúng rất nhiều biến dị di truyền. Một khi virus RNA đến được vật chủ khác - thậm chí có thể là loài vật chủ khác - thì sự biến đổi phong phú đó giúp ích nhiều cho virus, mang lại cho nó nhiều cơ hội thích nghi với hoàn cảnh mới, bất kể hoàn cảnh đó có như thế nào. Trong một số trường hợp, nó không thích ứng được; trong một số khác, nó lại cực kỳ thành công.

Hầu hết các virus DNA có đặc điểm đối lập với virus RNA. Tỷ lệ đột biến thấp và quy mô quần thể của chúng có thể tương đối nhỏ. Eddie nói, các chiến lược tự tồn tại của chúng “có xu hướng đi theo con đường bền bỉ”. Bền bỉ và kín đáo. Chúng ẩn nấp, chúng chờ đợi. Chúng trốn tránh hệ thống miễn dịch hơn là cố gắng vượt qua nó. Chúng án binh bất động trong một số tế bào nhất định, đôi khi nhân lên rất ít hoặc hoàn toàn không nhân lên trong nhiều năm. Tôi biết ông ấy đang nói về những loại virus như varicella zoster, một loại virus DNA cổ điển gây bệnh thủy đậu khi bắt đầu ký sinh trên người và có thể tái xuất sau nhiều thập kỷ để gây bệnh zona. Eddie cho rằng, nhược điểm của virus DNA là chúng không thể thích nghi dễ dàng với một loài vật chủ mới. Chúng quá ổn định. Cố chấp. Trung thành với những gì đã hiệu quả trong quá khứ.

Sự ổn định của virus DNA bắt nguồn từ cấu trúc của phân tử di truyền và cách nó nhân lên, sử dụng DNA polymerase để lắp ráp và hiệu đính từng sợi mới. Mặt khác, theo Eddie, enzyme do virus RNA sử dụng lại “dễ bị lỗi. Nó chỉ là một polymerase vô giá trị,” không hiệu đính, không dò lại, không sửa các vị trí sai của các bazơ nucleotide là A, C, G và U. Tại sao lại như vậy? Bởi vì bộ gen của virus RNA rất nhỏ, dao động từ khoảng hai nghìn đến khoảng ba mươi nghìn nucleotide, ít hơn nhiều so với bộ gen của hầu hết các virus. Eddie nói: “Cần nhiều nucleotide hơn” – một bộ gen lớn hơn, nhiều thông tin hơn – “để tạo ra một loại enzyme mới hoạt động hiệu quả”. Ý ông là một loại enzyme hoạt động hiệu quả như DNA polymerase.

Và tại sao bộ gen RNA lại nhỏ như vậy? Bởi vì khả năng tự nhân lên của chúng đã có quá nhiều lỗ hổng, nên nếu được cung cấp nhiều thông tin hơn để nhân lên, chúng sẽ tích lũy nhiều lỗi hơn và không còn hoạt động nữa. Eddie nói, đó là một dạng vấn đề con gà-quả trứng. Các virus RNA được giới hạn trong bộ gen nhỏ vì tỷ lệ đột biến của chúng rất cao và tỷ lệ đột biến của chúng rất cao vì chúng chỉ giới hạn trong các bộ gen nhỏ. Trên thực tế, có một cái tên mỹ miều cho sự ràng buộc đó: Nghịch lý của Eigen. Manfred Eigen là nhà hóa học người Đức đã từng đoạt giải Nobel, người đã nghiên cứu các phản ứng hóa học tạo ra sự tự tổ chức của các phân tử dài hơn, một quá trình có thể dẫn đến sự sống. Nghịch lý của ông mô tả một giới hạn kích thước cho các phân tử tự sao chép, nếu vượt quá giới hạn này, tỷ lệ đột biến sẽ khiến chúng có quá nhiều lỗi và ngừng nhân lên. Chúng sẽ chết đi. Do đó, virus RNA bù đắp cho quá trình nhân lên dễ xảy ra lỗi của chúng bằng cách tạo ra những quần thể khổng lồ, đồng thời tăng tốc độ và tần suất lây truyền. Có vẻ chúng không thể phá được nghịch lý của Eigen, nhưng chúng có thể lướt qua nó, biến tính bất ổn trở thành ưu điểm. Các lỗi sao chép tạo ra nhiều biến dị, và nhiều biến dị cho phép chúng tiến hóa nhanh chóng.

Eddie nói: “Virus DNA có thể tạo ra những bộ gen lớn hơn nhiều.” Không giống virus RNA, chúng không bị giới hạn bởi nghịch lý của Eigen.

Chúng thậm chí có thể nắm bắt và kết hợp với các gen từ vật chủ, nhằm đánh lạc hướng phản ứng miễn dịch của vật chủ. Chúng có thể cư trú trong cơ thể trong thời gian dài hơn, làm vật chủ hài lòng rồi di chuyển qua các phương thức lây truyền chậm hơn, như đường tình dục và lây truyền dọc. Quan trọng nhất là chúng có thể sửa chữa các lỗi sao chép khi chúng nhân lên, do đó làm giảm tỷ lệ đột biến. «Virus RNA không thể làm điều đó.» Chúng phải đối mặt với một loạt các giới hạn và lựa chọn khác nhau. Tỷ lệ đột biến của chúng không thể giảm xuống. Bộ gen của chúng không thể mở rộng. «Chúng đang bị mắc kẹt.»

Bạn sẽ làm gì nếu bạn là virus đang bị mắc kẹt, không được an toàn nếu ở lâu, không thể lãng phí thời gian, không còn gì để mất và đang sở hữu khả năng thích ứng cao với hoàn cảnh mới? Bây giờ, chúng tôi đã chuyển đến phần mà tôi quan tâm nhất. Eddie nói: “Chúng nhảy qua rất nhiều loài.”