Các nhà nghiên cứu miễn dịch học và các chuyên gia về mã hóa thông tin di truyền của trường Đại học Y dược Stanford đã tìm thấy những sự khác biệt kì lạ trên gen giữa những người từng bị nhiễm virus và những người bị nhiễm vi khuẩn. Nhóm nghiên cứu cũng đã xác định được một sự khác biệt cụ thể trên gen, giúp phân biệt được người đã từng mắc bệnh cúm và các loại bệnh nhiễm trùng đường hô hấp khác.

Khi mầm bệnh lây nhiễm vào trong các tế bào của cơ thể, quá trình nhiễm trùng sẽ khiến cho hệ thống miễn dịch tạo ra một chuỗi các phản ứng phức tạp, từ đó làm thay đổi “biểu hiện” của hàng trăm gen. Biểu hiện gen (gene expression) là quá trình các tế bào lấy thông tin từ gen và sau đó chuyển đổi thành các phân tử protein hoặc RNA. Tế bào có khả năng sản xuất ra các phân tử protein hoặc RNA nhiều hơn hoặc ít hơn so với lượng cần thiết, tạo ra nhiều dạng biểu hiện gen khác nhau để đáp ứng với những ảnh hưởng từ bên ngoài – trong đó bao gồm sự xâm nhiễm bởi virus.

Purvesh Khatri, tiến sĩ về lĩnh vực y học, và một nhóm sáu nhà nghiên cứu khác tại Đại học Stanford đã xác định 396 gen ở người đã xuất hiện các biểu hiện thay đổi sau khi có sự nhiễm virus. Những thay đổi này được các nhà khoa học gọi là dấu ấn của meta-virus, xảy ra khi các dạng biểu hiện gen ở những người bị nhiễm virus có sự khác biệt so với biểu hiện gen ở những người khỏe mạnh hoặc những người bị nhiễm vi khuẩn. Dấu ấn của meta-virus làm thay đổi biểu hiện gen ngay lập tức sau khi cơ thể của người bị nhiễm virus xuất hiện các triệu chứng bệnh đầu tiên.

Trong công trình nghiên cứu này, các nhà khoa học cũng đã tìm ra được một dạng mô hình thay đổi biểu hiện gen thứ hai. Đó là sự khác biệt trong biểu hiện gen giữa những người bị nhiễm phải virus cảm cúm so với những người mắc các loại bệnh về đường hô hấp khác và các chứng nhiễm trùng do vi khuẩn. Loại dấu ấn này thậm chí có thể xác định được một người có bị nhiễm cúm hay không trước cả khi những triệu chứng đầu tiên xuất hiện.

Tiến sĩ Khatri cho biết khám phá này được phát hiện trong quá trình nhóm nghiên cứu của ông đang tìm kiếm các loại thuốc kháng virus phổ rộng. Thuốc kháng virus phổ rộng có thể được sử dụng để chống lại bệnh sốt xuất huyết và những căn bệnh chết người khác gây ra bởi lây nhiễm virus.

Bước đầu tiên, các nhà khoa học xem xét sự thay đổi chung nhất trong biểu hiện gen nhằm thích ứng với sự lây nhiễm của virus dựa trên tập hợp các thông tin dữ liệu lấy từ người bệnh. Trong các mẫu máu của 205 người bị nhiễm cúm, cảm lạnh hoặc các bệnh về đường hô hấp do virus hợp bào gây ra, nhóm nghiên cứu phát hiện có đến 396 gen có biểu hiện thay đổi theo cùng một cách thức đối với cả ba loại bệnh nhiễm trùng. Điều này thể hiện ở sự gia tăng biểu hiện của 161 gen và sự sụt giảm trong biểu hiện của 235 gen.

Nhóm nghiên cứu sau đó cũng đã tìm thấy sự thay đổi biểu hiện gen tương tự trong mẫu máu và mô từ 2.939 người bao gồm cả người khỏe mạnh và những người bị nhiễm những loại virus đa dạng khác nhau như SARS coronavirus, enterovirus và adenovirus, cùng với các loại vi khuẩn như Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Streptococcus pneumoniae và Salmonella. Trong nhóm này, nhóm nghiên cứu nhận thấy các mô hình gen thay đổi theo cùng một biểu hiện trong 396 gen đối với những bệnh nhân bị nhiễm virus.

Dấu ấn của meta-virus không chỉ giúp xác định cơ thể của một cá nhân đã từng bị nhiễm  virus mà còn giúp chẩn đoán chính xác những người đang trong giai đoạn ủ bệnh chưa phát tác triệu chứng ra bên ngoài. Bằng cách nghiên cứu các mẫu máu được lấy thường xuyên mỗi tám giờ trong vòng năm ngày – nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng các dấu ấn của meta-virus bắt đầu xuất hiện rõ ràng vào thời điểm 24 giờ trước khi các triệu chứng đầu tiên xuất hiện.

"Dường như khi có một xâm nhiễm virus vào cơ thể, hệ thống miễn dịch sẽ tạo ra một phản ứng chung cho tất cả các loại virus. Và theo sau đó là một phản ứng cụ thể hơn đối với từng loại vi rút đặc thù", tiến sĩ Khatri nói. Nói một cách đơn giản, khi cơ thể bị tế bào lạ xâm nhiễm, hệ miễn dịch đầu tiên sẽ xác định xem đó là virus hay vi khuẩn. Nếu nó là virus, hệ miễn dịch sẽ tạo ra các dấu ấn meta-virus để đối phó. Và sau đó, hệ miễn dịch lại tiếp tục xác định xem là loại virus nào và tiếp tục tạo ra dấu ấn meta-virus đặc thù cho từng loại virus này. Điển hình, nếu cơ thể bị xâm nhiễm bởi virus cảm cúm thì hệ miễn dịch sẽ tạo ra dấu ấn meta virus cúm.

Về mặt lý thuyết, các chữ ký meta-virus có thể được sử dụng trên lâm sàng để phân biệt virus từ các bệnh nhiễm trùng do vi khuẩn để nhằm xác định loại kháng sinh thích hợp cho quá trình điều trị, giúp chữa trị bệnh sớm, kịp thời và chính xác.