Công nghệ OPS - vũ khí mới chống virus Ebola và các bệnh truyền nhiễm nguy hiểm

Công nghệ quét hình ảnh kết hợp học máy giúp phát hiện các yếu tố tế bào người ảnh hưởng đến khả năng lây nhiễm của virus Ebola.

Các nhà khoa học tại Viện Broad của MIT và Harvard, cùng với Trung tâm Các Bệnh Truyền Nhiễm Mới Nổi Quốc Gia (NEIDL) tại Đại học Boston, vừa công bố một bước đột phá trong việc tìm kiếm mục tiêu điều trị mới cho virus Ebola - loại virus hiếm gặp nhưng cực kỳ nguy hiểm, có tỷ lệ tử vong cao và hiện vẫn thiếu các phương pháp điều trị hiệu quả.

Thay vì nhắm trực tiếp vào virus, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một công nghệ sàng lọc gen dựa trên hình ảnh có tên Optical Pooled Screening (OPS), được phát triển tại Broad, để phát hiện các gen người có thể hỗ trợ hoặc cản trở quá trình sao chép của virus. Bằng cách làm “im lặng” từng gen một trong gần 40 triệu tế bào người và theo dõi quá trình nhiễm virus thông qua ảnh chụp vi mô, họ đã xác định được hàng loạt protein của người đóng vai trò then chốt trong từng giai đoạn lây nhiễm của Ebola.

Nghiên cứu vừa được công bố trên tạp chí Nature Microbiology.

“Công nghệ OPS cho phép chúng tôi hiểu rõ cách virus nguy hiểm như Ebola phụ thuộc vào các yếu tố vật chủ, mở ra hướng mới trong cải thiện sức khỏe con người”, GS. Paul Blainey, đồng tác giả chính, giảng viên Viện Broad và Khoa Kỹ thuật Sinh học tại MIT cho biết.

Trí tuệ nhân tạo giúp giải mã ‘lộ trình’ lây nhiễm của Ebola

Trong nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng công cụ chỉnh sửa gen CRISPR để vô hiệu hóa từng gen trong bộ gen người - gần 40 triệu tế bào được biến đổi và sau đó cho tiếp xúc với virus Ebola.

Các tế bào sau đó được cố định và khử hoạt để có thể xử lý ngoài phòng thí nghiệm an toàn sinh học cấp cao. Nhóm nghiên cứu chụp ảnh tế bào, sử dụng phần mềm CellProfiler để phân tích nồng độ protein và RNA của virus, đồng thời áp dụng học sâu (deep learning) để xác định chính xác giai đoạn nhiễm bệnh của từng tế bào - điều mà trước đây rất khó thực hiện.

“Đây là nghiên cứu chuyên sâu nhất từ trước tới nay về cách Ebola tái lập trình tế bào người, đồng thời là lần đầu tiên chúng tôi nắm được tiến trình thời gian của sự tái lập trình đó”, GS. Robert Davey - đồng tác giả, Giám đốc NEIDL chia sẻ.

Hàng trăm gen người ảnh hưởng đến sự sao chép của virus

Thông qua giải trình tự RNA dẫn đường CRISPR trong từng tế bào, nhóm nghiên cứu xác định gen nào bị “tắt” ở mỗi tế bào, từ đó phát hiện những protein người có vai trò điều tiết virus.

Một số gen, khi bị vô hiệu hóa, làm giảm khả năng virus xâm nhập vào tế bào.
Số khác khiến virus mắc kẹt trong cấu trúc gọi là inclusion bodies - các “nhà máy sản xuất virus” và không thể tiếp tục lây nhiễm.
Đặc biệt, gen UQCRB được xác định có liên quan đến ty thể - một yếu tố chưa được công nhận trước đây trong quá trình nhiễm Ebola. Việc dùng thuốc ức chế nhỏ phân tử với UQCRB đã giúp giảm nhiễm Ebola mà không ảnh hưởng đến sức khỏe tế bào.
Ngoài ra, gen STRAP khi bị tác động khiến RNA của virus tăng bất thường so với protein - mở ra hướng nghiên cứu mới về cân bằng sinh học trong nhiễm virus.

Hy vọng điều trị không chỉ cho Ebola mà còn cho virus Marburg, Sudan

Nhóm nghiên cứu cũng kiểm tra những gen đã xác định trong nhiễm virus Ebola với các chủng liên quan như virus Marburg và Sudan - hai loại cũng có tỷ lệ tử vong cao và chưa có thuốc điều trị.

Kết quả cho thấy việc làm im lặng một số gen người cũng có hiệu quả với các virus này, từ đó gợi mở khả năng một liệu pháp duy nhất có thể điều trị được nhiều loại virus chết người.

“Chúng tôi có thể đo lường nhiều đặc điểm cùng lúc và phát hiện các mối tương tác mới giữa virus và tế bào chủ - điều mà các phương pháp khác không thể làm được”, TS. Rebecca Carlson, đồng tác giả chính cho biết.

(Theo MIT)