Theo một nghiên cứu gen mới, vi khuẩn gây bệnh tả đang trải qua một cuộc đấu tranh tiến hóa không ngừng với virus lây nhiễm chúng.

Các nhà nghiên cứu từ Viện Wellcome Sanger , icddr,b (Trung tâm Nghiên cứu Bệnh tiêu chảy Quốc tế, Bangladesh), Viện Giáo dục và Nghiên cứu Y khoa Sau đại học (PGIMER) và các cộng sự đã phát hiện ra rằng ở Đồng bằng sông Hằng, vi khuẩn tả thường xuyên có được và mất đi các đặc điểm bảo vệ. Những cơ chế phòng vệ này giúp chúng sống sót trước các cuộc tấn công của một loại virus gọi là thực khuẩn thể ICP1.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature cho thấy việc duy trì các cơ chế phòng vệ chống virus này đi kèm với một sự đánh đổi. Vi khuẩn duy trì được các cơ chế này thường gây ra bệnh nhẹ hơn ở người và ít có khả năng lây lan ra ngoài khu vực của chúng.

Suy nghĩ lại về nguồn gốc toàn cầu của bệnh tả

Bằng cách nghiên cứu cách bệnh tả lây lan khắp Nam Á, nghiên cứu này thách thức quan điểm lâu đời cho rằng vùng châu thổ sông Hằng là nguồn gốc chính của bệnh trên toàn cầu. Thay vào đó, nó chỉ ra một mô hình khu vực phức tạp hơn.

Hiểu rõ hơn về cách các chủng virus khác nhau tiến hóa và lây lan có thể hỗ trợ các hệ thống cảnh báo sớm. Các hệ thống này có thể giúp xác định các chủng virus có nguy cơ cao trước khi chúng lan rộng, cho phép các biện pháp ứng phó y tế công cộng nhanh hơn.

Những phát hiện này cũng có thể cung cấp thông tin cho các phương pháp điều trị trong tương lai, bao gồm cả khả năng sử dụng chính thực khuẩn thể để giúp kiểm soát bệnh tả.

Bệnh tả là một bệnh tiêu chảy nghiêm trọng, có thể gây tử vong trong vòng vài giờ nếu không được điều trị. Bệnh do vi khuẩn Vibrio cholerae (V. cholerae) gây ra, lây lan qua thực phẩm và nước bị ô nhiễm. Thế giới hiện đang trải qua đại dịch tả lần thứ bảy, bắt đầu từ năm 1961. Mỗi năm, ước tính có từ 1,3 đến 4 triệu ca mắc bệnh và lên đến 143.000 ca tử vong trên toàn cầu. Đại dịch này do chủng V. cholerae 7PET O1 gây ra, có nguồn gốc từ Vịnh Bengal gần Bangladesh và Ấn Độ. Đồng bằng sông Hằng từ lâu đã được coi là nguồn gốc toàn cầu của bệnh này.

Tìm hiểu nguồn gốc thực sự của bệnh tả

Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đã phân tích các mẫu vi khuẩn từ Bangladesh và Bắc Ấn Độ, xây dựng bộ dữ liệu chi tiết nhất về bệnh tả trong khu vực cho đến nay. Bộ dữ liệu này bao gồm hơn 2.300 bộ gen được thu thập trong khoảng 20 năm.

Kết quả nghiên cứu của họ cho thấy rằng toàn bộ lưu vực sông Hằng, chứ không chỉ riêng vùng châu thổ sông Hằng, mới là nguồn gốc chính gây ra bệnh tả trên toàn cầu trong giai đoạn này.

Việc theo dõi cách thức lây lan của vi khuẩn đã hé lộ một điều bất ngờ khác. Bệnh tả không chỉ lây lan theo hệ thống sông ngòi. Thay vào đó, nó có xu hướng chỉ lây lan trong phạm vi biên giới quốc gia, cho thấy sự di chuyển của con người và mật độ dân số đóng vai trò lớn hơn so với dòng chảy nước trong môi trường.

Các nhà nghiên cứu cũng quan sát thấy chủng V. cholerae 7PET O1 ở Bangladesh liên tục thu nhận và mất đi các đặc điểm di truyền được gọi là hệ thống phòng vệ. Các hệ thống này hoạt động như lớp giáp bảo vệ chống lại thực khuẩn thể ICP1.

Thực khuẩn thể, hay phage, là các loại virus lây nhiễm vi khuẩn. Chúng dựa vào tế bào vi khuẩn để sinh sản, nhìn chung vô hại đối với con người và có thể nhanh chóng tiêu diệt vật chủ vi khuẩn. Chúng cũng thường được tìm thấy trong hệ vi sinh vật đường ruột của con người.

Phân tích dữ liệu trong hai thập kỷ cho thấy vi khuẩn tả liên tục thích nghi để kháng lại ICP1. Đồng thời, virus cũng phát triển các biện pháp đối phó riêng để vượt qua những cơ chế phòng vệ đó và tiếp tục lây nhiễm vi khuẩn.

Ý nghĩa đối với điều trị và phòng ngừa

Nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng ICP1 trong ruột có liên quan đến bệnh nhẹ hơn vì virus này tiêu diệt vi khuẩn tả. Nghiên cứu này mở rộng ý tưởng đó bằng cách cho thấy một cuộc cạnh tranh tiến hóa liên tục giữa hai loại vi khuẩn này. Khi vi khuẩn đầu tư vào hệ thống phòng vệ, khả năng lây lan toàn cầu của chúng dường như giảm đi.

Việc hiểu rõ sự tương tác này có thể dẫn đến các phương pháp điều trị hoặc chiến lược kiểm soát bệnh tả mới.

Các phát hiện cũng cho thấy việc nghiên cứu hệ sinh thái tự nhiên của bệnh tả có thể cải thiện hệ thống cảnh báo sớm. Những hệ thống này có thể xác định các chủng đã mất đi các cơ chế phòng vệ quan trọng, khiến chúng trở nên nguy hiểm hơn và có khả năng lây lan rộng hơn.

Hướng tới các chiến lược y tế công cộng thông minh hơn

Việc xác định sớm các chủng virus có nguy cơ cao có thể giúp các quan chức y tế ứng phó hiệu quả hơn. Các biện pháp khả thi bao gồm cập nhật hướng dẫn điều trị, phân phối vắc-xin và cải thiện vệ sinh nguồn nước ở các khu vực mục tiêu.

Bằng cách nhìn nhận bệnh tả và sự lây lan của nó từ góc độ sinh thái rộng hơn, các nhà nghiên cứu tin rằng có thể hạn chế tác động toàn cầu của căn bệnh này.

Tiến sĩ Amber Barton, đồng tác giả chính tại Viện Wellcome Sanger, cho biết: “Nghiên cứu của chúng tôi đã khám phá ra cuộc đấu tranh tiến hóa giữa vi khuẩn tả ở Bangladesh và thể thực khuẩn săn mồi chúng. Cụ thể, việc phát hiện ra sự mất mát và phục hồi nhanh chóng các cơ chế bảo vệ của V. cholerae và tác động của chúng đến mức độ nghiêm trọng của bệnh là chìa khóa để hiểu các yếu tố liên quan đến sự lây lan của vi khuẩn này. Không có các cơ chế bảo vệ, vi khuẩn sẽ nguy hiểm hơn đối với con người, và việc theo dõi điều này trong thời gian thực thông qua hệ gen học có thể giúp chúng ta xác định khi nào các chủng vi khuẩn gây ra rủi ro cao nhất và can thiệp sớm. Ngoài ra, nghiên cứu trong tương lai về tương tác giữa bệnh tả và hệ vi sinh vật ở các khu vực khác trên thế giới có thể tiết lộ các thể thực khuẩn khác săn mồi vi khuẩn, điều này có thể giúp phát triển các phương pháp điều trị mới trong tương lai”.

Tiến sĩ Firdausi Qadri, đồng tác giả chính tại icddr,b ở Bangladesh, cho biết: “Bằng cách tạo ra cơ sở dữ liệu di truyền toàn diện nhất về các mẫu vi khuẩn tả trên khắp Bangladesh và Bắc Ấn Độ, nghiên cứu của chúng tôi đã chỉ ra rằng sự hiểu biết của chúng ta về nguồn gốc toàn cầu của bệnh tả cần được cập nhật và hoàn thiện để xem xét khu vực trải rộng khắp Bangladesh và Ấn Độ. Chúng ta cũng có thể thấy rằng sự lây lan của bệnh tả không theo các con sông và đường thủy. Điều này cho thấy rằng, mặc dù bệnh tả là một mầm bệnh lây truyền qua đường nước, vai trò của việc đi lại của con người và mật độ dân số là những yếu tố quan trọng hơn trong việc lây truyền bệnh tả so với môi trường xung quanh. Hiểu được điều này có thể giúp định hướng các biện pháp can thiệp y tế công cộng để giúp ngăn chặn sự lây lan của bệnh truyền nhiễm”.

Giáo sư Nick Thomson, đồng tác giả chính tại Viện Wellcome Sanger, cho biết: “Thế giới đang trải qua đại dịch tả toàn cầu lần thứ bảy, với vi khuẩn đang tiến hóa và thích nghi với các phương pháp điều trị và môi trường xung quanh. Bằng cách xem xét bệnh tả từ góc độ sinh thái học trên toàn bộ các khu vực trên thế giới bằng phương pháp gen học, chúng tôi đã có thể bác bỏ những thông tin không chính xác trước đây về sự lây lan toàn cầu của đại dịch và cung cấp một bức tranh rõ ràng hơn về các yếu tố và mối đe dọa mà vi khuẩn này phải đối mặt. Điều này có thể giúp định hướng các chiến lược y tế công cộng và các phương pháp điều trị trong tương lai, với hy vọng chấm dứt đại dịch này và bảo vệ hàng ngàn người bị ảnh hưởng”.