Johan Hultin trong lần khai quật hài cốt tìm dấu vết virus thứ hai năm 1997 - Ảnh: Eileen Hultin

Sau đại dịch, virus cúm đã mất tung tích vào thời kỳ mà kiến thức về bệnh nhiễm vẫn còn sơ khai.

Để giải đáp câu hỏi vì sao số người chết nhiều như vậy, các thợ săn virus đã lên đường tìm kiếm virus cúm năm 1918 nhằm giải trình tự gene, khôi phục virus trong phòng thí nghiệm và nghiên cứu bí mật của nó để đối phó tốt hơn với các đại dịch trong tương lai.

Đam mê của nhà khoa học 72 tuổi

Tại bang Alaska (Mỹ) lạnh giá có một ngôi làng nhỏ bên bờ biển mang tên làng Brevig Mission. Hiện nay ở đây có gần 400 cư dân nhưng vào mùa thu năm 1918 chỉ có khoảng 80 người lớn, chủ yếu là dân bản địa Inuit. 

Trong đại dịch cúm năm 1918, dân làng gần như bị xóa sổ. Không rõ virus cúm xâm nhập vào làng từ người mua bán đi xe chó kéo ghé qua hay bưu tá đến giao thư, chỉ trong 5 ngày từ ngày 15-11 đến 20-11-1918, virus cúm đã cướp đi sinh mạng 72 người. Họ được chôn trong một ngôi mộ tập thể trên ngọn đồi ngoài rìa làng. Ngôi mộ được lớp băng vĩnh cửu bảo quản nguyên vẹn.

Năm 1951, nhà vi sinh vật học trẻ tuổi Johan Hultin (25 tuổi) người Mỹ gốc Thụy Điển - nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Đại học Iowa đến làng Brevig Mission. Sau khi xin phép các già làng, anh cùng các đồng nghiệp đốt lửa làm tan băng, tiến hành khai quật và lấy mô phổi từ bốn thi hài. Về đến Đại học Iowa, Hultin đưa mô phổi vào trứng gà cho virus phát triển nhưng cuối cùng không thành công.

Mãi đến 46 năm sau, vào năm 1997, lúc bấy giờ Hultin đã 72 tuổi, ông tình cờ đọc được một bài báo có tựa đề "Đặc điểm di truyền ban đầu của virus cúm Tây Ban Nha năm 1918" đăng trên tạp chí Science của TS bệnh học phân tử Jeffery Taubenberger (Viện Bệnh học quân đội tại Washington, D.C) và các cộng sự. Bài viết mô tả quá trình tách chiết thành công ARN của virus cúm năm 1918 từ mô phổi một quân nhân Mỹ 21 tuổi và sau đó đã phân lập được 9 đoạn ARN virus cúm từ 4 trong 8 gene của virus.

Đọc xong bài viết, Hultin lại bùng lên cảm hứng khôi phục virus cúm năm 1918. Ông gửi thư cho Taubenberger hỏi xem Taubenberger có quan tâm đến việc ông quay trở lại làng Brevig Mission lấy mô phổi hay không. Taubenberger đồng ý. Một tuần sau, Hultin khởi hành đến làng Brevig Mission. Ông lại xin phép hội đồng làng và thuê người dân địa phương khai quật ngôi mộ tập thể. Chi phí chuyến đi khoảng 3.200 USD do ông móc tiền túi trả.

Quá trình khai quật kéo dài 5 ngày. Lần này Hultin đã có một phát hiện đáng chú ý. Thi hài một phụ nữ người Inuit mà ông đặt tên là Lucy được bảo quản nguyên vẹn trong lớp băng vĩnh cửu chôn sâu hơn 2m. Lucy là một phụ nữ béo phì khoảng 20 tuổi có phổi đã đông đặc do nhiễm virus cúm. Ông lấy phổi cho vào chất lỏng bảo quản rồi gửi cho Taubenberger và nhiều đồng nghiệp, trong đó có TS Ann Reid ở Viện Bệnh học quân đội.

10 ngày sau, Hultin được các nhà khoa học báo tin xác nhận trong mô phổi của Lucy có vật liệu di truyền của virus cúm năm 1918. TS Ann Reid và các cộng sự đã giải trình tự hoàn toàn gene hemagglutinin (HA-kháng nguyên ngưng kết hồng cầu H) của virus cúm năm 1918. Kết quả nghiên cứu được đăng trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Science (PNAS) tháng 2-1999. Hultin được công nhận là đồng tác giả.

Đến tháng 6-2000, một bài viết đã mô tả quá trình giải trình tự gene neuraminidase (NA) từ mẫu virus cúm năm 1918 lấy từ thi hài Lucy. Từ đó một lần nữa cho thấy công việc của Hultin là vô giá. Sau đó, một nghiên cứu khác trình bày chi tiết những phát hiện từ 6 gene còn lại của virus cúm năm 1918 (tổng cộng virus cúm có 8 gen). Tuy nhiên đến lúc này các nhà nghiên cứu vẫn chưa giải thích được vì sao virus cúm 1918 có độc lực ghê gớm đến thế.

TS Jeffery Taubenberger (trái) và TS Ann Reid - Ảnh: Bảo tàng Sức khỏe và y học quốc gia Mỹ

Người đầu tiên khôi phục virus cúm năm 1918 hoàn chỉnh

Toàn bộ 8 gene virus cúm năm 1918 đã được giải trình tự, như vậy đã đủ thông tin cần thiết để khôi phục phiên bản sống của virus này. Trụ sở Trung tâm Phòng ngừa và kiểm soát bệnh tật (CDC) ở Atlanta được chọn làm địa điểm khôi phục virus cúm năm 1918. 

Virus này nổi danh gây chết người nên quy trình khôi phục virus phải tuân thủ tiêu chuẩn thực hành an toàn sinh học cấp độ 3 (BSL-3) và một số quy định bổ sung như không nghiên cứu virus cúm năm 1918 cùng lúc với các virus cúm khác để tránh lây nhiễm chéo.

Văn phòng giám đốc CDC quy định chỉ cho một nhà khoa học được vào phòng thí nghiệm. Người được chọn là TS vi sinh vật học Terrence Tumpey. Ông chỉ bắt đầu làm vài giờ sau khi các đồng nghiệp về nhà. Muốn vào phòng thí nghiệm phải quét dấu vân tay. Muốn sử dụng tủ đông trữ virus phái qua thủ tục quét mống mắt. Hằng ngày ông dùng một liều thuốc kháng virus cúm oseltamivir đề phòng bị nhiễm.

TS Tumpey bắt đầu công việc vào mùa hè năm 2005. Theo phương pháp di truyền ngược, ông lấy các plasmid (các phân tử ADN vòng nhỏ) do TS vi sinh vật học nổi tiếng Peter Palese ở Đại học Y khoa núi Sinai (New York) cung cấp chèn vào tế bào thận con người. Plasmid giữ vai trò hướng dẫn các tế bào tái tạo ARN hoàn chỉnh của virus cúm năm 1918.

Ngày virus cúm năm 1918 xuất hiện trong quá trình nuôi cấy, TS Tumpey đã gửi email cho các đồng nghiệp: "Đây là một bước tiến nhỏ của con người nhưng là một bước nhảy vĩ đại cho nhân loại" (lấy cảm hứng từ câu nói của nhà du hành vũ trụ Neil Armstrong). TS Tumpey đã trở thành người đầu tiên khôi phục virus cúm năm 1918 hoàn chỉnh.

Bước tiếp theo là khám phá bí mật chết người của virus. Các nghiên cứu bắt đầu từ tháng 8-2005. Kết quả nghiên cứu với tựa đề "Đặc điểm của virus đại dịch cúm Tây Ban Nha năm 1918 đã khôi phục" được công bố trên tạp chí Science ngày 7-10-2005. 

Các nhà khoa học đã cho chuột nhiễm virus và ghi lại diễn biến bệnh để đánh giá khả năng gây bệnh. Họ lập các tổ hợp gen khác nhau từ virus cúm đã khôi phục với virus cúm A (H1N1) theo mùa ở người hiện nay để thiết kế thành virus tái tổ hợp rồi lây nhiễm cho chuột để so sánh.

Các nghiên cứu cho thấy virus cúm năm 1918 đã khôi phục tạo bản sao rất nhanh và lây nhiễm trong phổi. 4 ngày sau khi lây, lượng virus trong mô phổi chuột bị nhiễm virus cúm đã khôi phục cao hơn 39.000 lần so với chuột nhiễm virus cúm tái tổ hợp. Virus gây tử vong tối thiểu gấp 100 lần so với virus tái tổ hợp.

Một số chuột chết trong vòng ba ngày sau khi nhiễm và giảm 13% trọng lượng hai ngày sau khi nhiễm. Virus cúm đã khôi phục không lây các cơ quan quan trọng khác của chuột như não, tim, gan, lá lách, có nghĩa virus cúm không gây nhiễm toàn thân. Đối với con người, nghiên cứu còn cho thấy virus cúm đã khôi phục sản sinh lượng virus trong tế bào phổi nhiều gấp 50 lần so với các loại virus đối chiếu.

****************

Vào thời điểm ngành virus học còn mới mẻ, TS Thomas Francis Jr. cùng thực tập sinh Jonas Salk đã mày mò phát triển được vắc xin đầu tiên ngừa bệnh cúm ở Mỹ.

>> Kỳ tới: Vắc xin cúm ra đời như thế nào

Bệnh cúm - hành trình tìm diệt sát thủ vô hình - Kỳ 2: Virus biến hình, đại dịch bùng phát

TTO - Các nhà sử học y tế ghi nhận trong bốn đại dịch cúm ở người kinh hoàng nhất thế kỷ 20, đại dịch cúm năm 1918-1919 là đại dịch gây tử vong nhiều nhất lịch sử hiện đại.