Cuộc truy diệt thỏ lớn nhất lịch sử nhân loại: Khi virus không còn tiến hóa theo lối mòn

Đã gần 3 năm kể từ khi đại dịch COVID-19 bắt đầu bùng phát, tỷ lệ tử vong khi nhiễm virus SARS-CoV-2 đã giảm xuống đến mức thấp nhất kể từ đầu đại dịch. Đây có thể là dấu hiệu cho chúng ta thấy virus đang đi đúng con đường tiến hóa của giống loài nó, lây nhiễm dễ dàng hơn nhưng ngược lại cũng gây bệnh nhẹ nhàng hơn.

"Có một quan niệm phổ biến cho rằng các lực lượng tự nhiên sẽ giải quyết đại dịch này cho chúng ta", nhà sinh vật học tiến hóa Aris Katzourakis đến từ Đại học Oxford cho biết. Giống với nhiều dịch bệnh đã diễn ra trước đây, virus sẽ tự nhiên biến mất hoặc tự nhiên giảm dần độc lực và trở thành một bệnh đặc hữu theo mùa, giống bệnh cúm.

Tuy nhiên, không phải là không có những trường hợp cá biệt. Quá trình tiến hóa của các chủng virus vẫn thường có một thứ gì đó mà chúng ta không ngờ được. Đối với các nhà virus học, ví dụ điển hình nhất cho điều này là câu chuyện của Myxoma, một chủng virus đã trở thành nỗi kinh hoàng cho những con thỏ sống ở Australia trong thập niên 1950.

Điều kỳ lạ là chính con người đã cố tình lây nhiễm virus Myxoma cho chúng. Độc lực của chủng virus này có thể gây ra tỷ lệ tử vong lên tới 99,8%, và họ đã dùng nó để kiểm soát bầy thỏ đang xâm chiếm cả lục địa Châu Úc.

Theo Andrew Read, một nhà sinh vật học tiến hóa tại Đại học Bang Pennsylvania, Myxoma đã giết chết hàng trăm triệu con thỏ, biến nó trở thành chủng virus giết chết nhiều động vật có xương sống nhất mà khoa học từng biết đến. "Đó chắc chắn là cuộc tàn sát động vật có xương sống lớn nhất gây ra bởi dịch bệnh", tiến sĩ Read nói.

Cuộc tàn sát thỏ ở Australia vẫn diễn ra cho tới tận bây giờ, dù đã 72 năm trôi qua, virus Myxoma vẫn lưu hành trong quần thể thỏ ở đó. Một mô hình quen thuộc được quan sát thấy, trong vòng vài năm, virus đã giảm độc lực và tỷ lệ tử vong đã giảm từ 99,8% xuống còn khoảng 50% vào những năm sau thập niên 1950.

Tuy nhiên, trong nghiên cứu của mình, tiến sĩ Read và các đồng nghiệp đã phát hiện Myxoma đã đảo ngược tiến trình và tăng độc lực của chúng trở lại vào những năm 1990. Và nghiên cứu mới nhất vừa được công bố trong tháng 6 vừa rồi còn phát hiện virus Myxoma dường như đang tiến hóa để lây lan nhanh hơn trong quần thể thỏ.

"Nó vẫn đang tung ra những mánh khóe mới", tiến sĩ Read nói.

Câu chuyện dẫn chúng ta quay ngược trở lại năm 1895, một người nông dân Australia tên là Thomas Austin đã nhập khẩu 24 con thỏ ở Anh, thả chúng vào trang trại của mình để làm thú vui săn bắn.

Nhưng điều mà Austin không lường trước được là những con thỏ Châu Âu khi tới Australia không hề có thiên địch. Ở đây cũng không có bất kỳ một mầm bệnh nào có thể lây nhiễm và làm tổn hại chúng.

Kết quả là chỉ từ 24 con thỏ giống Oryctolagus cuniculus ban đầu, chúng đã nhân lên tới hàng triệu con, ăn hết cả thảm thực vật, tấn công vào các trang trại nuôi cừu và đe dọa mạng sống của cả các loài động vật hoang dã bản địa khác.

Vào đầu những năm 1900, các nhà nghiên cứu ở Brazil đã đưa ra một giải pháp cho Australia. Họ đã phát hiện ra virus Myxoma ở một loài thỏ có nguồn gốc Nam Mỹ. Virus Myxoma lây lan qua vật ký sinh trung gian là muỗi và bọ chét, nó ít gây hại cho động vật nói chung.

Nhưng khi các nhà khoa học lây nhiễm Myxoma cho thỏ Châu Âu trong phòng thí nghiệm của họ, virus này đã thể hiện một siêu độc tính cách đáng kinh ngạc. Những con thỏ sau khi bị nhiễm bệnh sẽ mọc ra các nốt sần trên da, trong đó chứa đầy virus.

Khi virus lây nhiễm vào các cơ quan nội tạng, chúng có thể giết chết con thỏ chỉ trong vòng vài ngày. Căn bệnh khủng khiếp này được biết đến với cái tên myxomatosis, hay bệnh đậu mùa thỏ. Bây giờ, nó có thể trở thành một thứ vũ khí sinh học để giúp Australia xóa sổ quần thể thỏ đang xâm lấn đất nước nước.

Và thế là các nhà khoa học Brazil đã vận chuyển một số mẫu virus Myxoma đầu tiên của họ đến Australia, nơi các nhà khoa học của họ tiếp tục dành nhiều năm để kiểm tra nó trong phòng thí nghiệm.

Mục đích là để đảm bảo chủng virus này chỉ gây ra mối đe dọa cho thỏ, chứ không gây ảnh hưởng tới các loài động vật khác. Một số nhà khoa học Australia thậm chí còn tự tiêm virus Myxoma vào người mình để chứng minh virus này không thể gây hại cho con người.

Năm 1950, tất cả các thí nghiệm kiểm chứng an toàn cho virus Myxoma trong phòng thí nghiệm đều đã kết thúc với kết quả khả quan. Nhà chức trách cuối cùng cũng đã bị thuyết phục, Hội đồng Nghiên cứu Khoa học và Công nghiệp Quốc gia Australia sau đó chính thức cấp phép cho thứ vũ khí sinh học này để nhắm đến nạn dịch thỏ.

Các nhà khoa học đã phun nó vào cửa các hang thỏ ở Wardang, một hòn đảo phía nam Australia để xem điều gì sẽ diễn ra sau đó. Kết quả không nằm ngoài dự đoán, những con thỏ đã chết như ngả rạ. Chẳng bao lâu, dịch bệnh đậu mùa thỏ đã lây ra một bán kính hàng trăm dặm, những đàn thỏ sống cách địa điểm phun virus cũng không tránh được số phận nghiệt ngã.

Tiến sĩ Frank Fenner, một nhà virus học người Australia đã theo dõi chiến dịch diệt thỏ từ những ngày đầu ước tính virus Myxoma đã giết chết ít nhất 100 triệu con thỏ chỉ trong vòng 6 tháng. Lũ thỏ sau khi nhiễm virus sẽ chết trong vòng chưa đầy 2 tuần, tỷ lệ tử vong lên tới 99,8%. Nghĩa là cứ 500 con thỏ nhiễm virus thì chỉ có 1 con sống sót.

Ngưỡng tưởng Myxoma sẽ trở thành dấu chấm hết cho loài thỏ ở Châu Úc, nhưng không, tiến hóa một lần nữa đứng về phía chúng. Sau khoảng một vài năm, những con thỏ sống sót ít ỏi qua dịch đậu mùa cuối cùng lại sinh sôi trở lại.

Chúng bắt đầu truyền gen kháng bệnh của mình cho những con thỏ hậu duệ. Chọn lọc tự nhiên liên tục tìm ra những con thỏ có thể chống chọi với virus Myxoma lâu hơn và có khả năng sống sót cao hơn.

Độc lực của virus vì thế cũng giảm xuống. Vào khoảng giữa những năm 1950, tiến sĩ Fenner phát hiện chủng virus Myxoma ban đầu đã giảm tỷ lệ gây tử vong của chúng xuống chỉ còn 60%. Và khi khó giết chết thỏ hơn, nó chuyển sang chiến lược tăng cường độ lây nhiễm.

Sự phát triển này phù hợp với những ý tưởng phổ biến vào thời điểm đó, khi nhiều nhà sinh vật học tin rằng virus và các ký sinh trùng khác chắc chắn sẽ tiến hóa để dần dần gây bệnh nhẹ hơn. Điều này thậm chí đã được đúc kết thành một nguyên lý gọi là quy luật giảm độc lực.

"Những ký sinh trùng lâu đời, trong quá trình tiến hóa của chúng sẽ dần dần tạo ra ít tác động có hại lên vật chủ hơn là những ký sinh trùng mới nổi, mới xuất hiện gần đây", nhà động vật học Gordon Ball đã viết vào năm 1943.

Theo lý thuyết, ký sinh trùng mới mắc phải có thể nhanh chóng gây chết vật chủ, vì chúng chưa thích nghi được với vật chủ. Điều này gây bất lợi cho chính chúng, vì nếu vật chủ chết quá nhanh, vật ký sinh sẽ chưa có đủ thời gian để sinh sôi và lây sang vật chủ mới. Chúng cuối cùng cũng phải chết theo vật chủ.

Vì vậy, việc giữ cho vật chủ sống đủ lâu cũng nằm trong chiến lược tiến hóa của chính mầm bệnh. Quy luật giảm độc lực này cũng giải thích tại sao virus Myxoma sống lâu ở Brazil lại gần như vô hại, trong khi lúc mới được đưa vào Châu Úc, chúng đã giết chết lũ thỏ một cách điên cuồng.

Rõ ràng ở Nam Mỹ, Myxoma đã có nhiều thời gian để tiến hóa hơn, làm quen với các vật chủ của chúng hơn.

Tuy nhiên, mọi thứ không phải lúc nào cũng diễn ra theo lối mòn. Các nhà sinh học tiến hóa đã đặt câu hỏi về tính logic của quy luật giảm độc lực trong những thập kỷ gần đây. Tiến hóa đến chỗ gây bệnh nhẹ hơn có thể là chiến lược tốt nhất đối với một số mầm bệnh, nhưng nó không phải là chiến lược duy nhất.

"Có những áp lực có thể đẩy độc lực của mầm bệnh quay sang hướng khác", Tiến sĩ Katzourakis nói. Năm 2008, tiến sĩ Read và các đồng nghiệp của mình quyết định lật lại vụ điều tra về virus Myxoma tại phòng thí nghiệm của mình ở Đại học Pennsylvania.

"Tôi biết virus này đã từng được xem như một ví dụ trong sách giáo khoa", ông nói. Điều đó có nghĩa là: Sự suy giảm độc lực của Myxoma thậm chí đã được thừa nhận một cách hiển nhiên và không ai còn nghi ngờ nó nữa.

Những nghiên cứu của tiến sĩ Fenner trong thập niên 50 đã đóng chiếc đinh cuối cùng vào nắp quan tài cho định luật giảm độc lực. "Nhưng bây giờ, tôi bắt đầu nghĩ, 'Chà, chuyện gì sẽ xảy ra tiếp theo?", tiến sĩ Read nói.

Fenner kết thúc những công trình cuối cùng của mình về virus Myxoma vào thập niên 1960. Và ông có lý do chính đáng để làm điều đó. Nhật ký của nhà virus học nổi tiếng cho biết đây là khoảng thời gian ông chuyển hướng nghiên cứu của mình sang bệnh đậu mùa trên người.

Tiến sĩ Fenner sau đó được bổ nhiệm làm cố vấn, và cuối cùng là Chủ tịch Ủy ban của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO). Chính ông là người đã dẫn dắt thế giới xóa sổ bệnh đậu mùa vào năm 1980.

Nhưng trở lại với bệnh đậu mùa thỏ, với việc tiến sĩ Fenner chuyển hướng nghiên cứu của mình, những con virus Myxoma tất nhiên đã bị ông bỏ lại. Vì vậy, trong nghiên cứu mới của mình, tiến sĩ Read và các đồng nghiệp của ông muốn lật lại bộ sưu tập bệnh phẩm những thập niên 1960 của tiến sĩ Fenner.

Họ đã chuyển chúng đến Đại học Pennsylvania để đối chiếu và so sánh với những chủng virus Myxoma khác, mới xuất hiện gần đây hơn. Các nhà nghiên cứu cũng đã giải trình tự DNA của virus - điều mà tiến sĩ Fenner không thể làm được - và thực hiện các nghiên cứu lây nhiễm trên thỏ trong phòng thí nghiệm.

Kết quả cho thấy đúng là các dòng virus chiếm ưu thế vào thập niên 60 đã ít gây chết thỏ hơn so với chủng virus ban đầu. Kết quả giải trình tự gen tiếp tục xác nhận phát hiện của tiến sĩ Fenner. Virus Myxoma đúng là đã giảm độc lực trong suốt giai đoạn từ năm 1960 đến tận những năm 1990. Nhưng sau đó, mọi thứ đã thay đổi.

Các dòng virus Myxoma mới hơn đã giết chết nhiều thỏ thí nghiệm hơn. Và đặc biệt hơn nữa, những con virus đã làm điều đó theo một cách mới. Chúng không trực tiếp giết chết thỏ như trước, mà lại tấn công vào hệ miễn dịch của vật chủ.

Khi hệ miễn dịch của thỏ bị suy yếu, chúng không còn kiểm soát được những con vi khuẩn bình thường sống vô hại trong đường ruột của mình. Chúng bắt đầu trỗi dậy như những mầm bệnh, gây nhiễm trùng và giết chết thỏ.

"Lần đầu tiên chúng tôi nhìn thấy điều đó, thật sự rất đáng sợ", tiến sĩ Read nói.

Nhưng cũng thật kỳ lạ, ông nhận ra những con thỏ hoang dã ở Australia đã không phải chịu chung số phận ghê rợn như những con vật trong phòng thí nghiệm của mình. Vì vậy, tiến sĩ Read và các đồng nghiệp nghi ngờ sự tiến hóa của virus Myxoma là một phản ứng chống lại khả năng phòng thủ mạnh mẽ hơn ở thỏ.

Các nghiên cứu đã phát hiện ra rằng thỏ Australia đã đạt được những đột biến mới trong các gen liên quan đến hệ miễn dịch, đặc biệt là các tuyến đầu giúp chúng phòng chống bệnh tật, được gọi là hệ miễn dịch bẩm sinh.

Khi những con thỏ phát triển khả năng miễn dịch bẩm sinh mạnh hơn, chọn lọc tự nhiên sẽ đặt áp lực ngược trở lại với virus Myxoma, khiến chúng cũng phải đột biến và tăng độc lực nếu muốn vượt qua hàng rào phòng thủ của thỏ.

Cả vật chủ và vật ký sinh lúc này bị đẩy vào một cuộc chạy đua vũ trang tiến hóa, trong đó, chủng Myxoma ban đầu đã vượt lên lũ thỏ hoang dã trong một thời gian ngắn. Những virus này thậm chí còn tỏ ra hung hăng hơn đối với những con thỏ chưa phát triển khả năng miễn dịch bẩm sinh, chẳng hạn như những con trong phòng thí nghiệm của tiến sĩ Read.

Và câu chuyện vẫn chưa dừng lại, cuộc chạy đua vũ trang vẫn đang diễn ra. Khoảng một thập kỷ trước, có một dòng virus Myxoma mới đã xuất hiện ở đông nam Australia. Nhánh này, được gọi là Dòng C, đang phát triển nhanh hơn nhiều so với các dòng virus khác.

Theo nghiên cứu mới nhất của tiến sĩ Read, các thí nghiệm lây nhiễm mà ông thực hiện cho thấy, với nhiều đột biến mới, virus Myxoma Dòng C đang thực hiện tốt hơn công việc lây từ vật chủ này sang vật chủ khác.

Nhiều con thỏ bị nhiễm bệnh biểu hiện một dạng bệnh đậu mùa thỏ kỳ lạ. Chúng phát triển các vết sưng lớn trên mắt và tai. Đó chính xác là những nơi mà muỗi thích hút máu - và là nơi mà virus có cơ hội tiếp cận vật chủ mới cao hơn qua những vết muỗi đốt từ động vật trung gian.

Nhưng cuối cùng, câu chuyện về bệnh đậu mùa thỏ có thể giúp ích gì cho con người? Các nhà virus học nhận thấy một số bài học quan trọng mà virus Myxoma có thể dạy cho chúng ta, khi thế giới phải vật lộn với đại dịch COVID-19.

Khi đại dịch tiếp tục kéo dài sang năm thứ ba, mọi người chúng ta đã được bảo vệ hơn bao giờ hết nhờ khả năng miễn dịch được trang bị từ việc tiêm chủng hoặc các lần nhiễm bệnh trước đó. Nhưng virus corona, giống như myxoma, không phải chỉ đi theo một hướng để giảm độc lực và gây bệnh nhẹ hơn.

Điển hình như biến thể Delta vào năm ngoái đã đột biến để gây chết nhiều người hơn so với phiên bản gốc của SARS-CoV-2 ở Vũ Hán. Bây giờ, Delta đã bị đánh bật bởi Omicron, một biến thể dường như gây bệnh nhẹ hơn ít.

Nhưng các nhà virus học tại Đại học Tokyo đã thực hiện các thí nghiệm cho thấy biến thể Omicron đang tiến hóa thành các dạng nguy hiểm hơn ban đầu. "Chúng ta không biết bước tiếp theo trong quá trình tiến hóa ấy sẽ là gì", tiến sĩ Katzourakis cảnh báo. Nếu có một cuốn sách giáo khoa thì "chương đó trong quỹ đạo của sự tiến hóa độc lực vẫn chưa hề được viết".