Biochip ADN mới giúp nhân loại sẵn sàng trước đại dịch virus tiếp theo

Theo phóng viên TTXVN tại Tel Aviv, ở thời điểm đại dịch COVID-19 bùng phát trong năm 2020, Giáo sư Roy Bar-Ziv cùng nhóm nghiên cứu tại Viện Khoa học Weizmann đã bắt đầu phát triển một biochip ADN có khả năng nhanh chóng “giải mã” cách hệ miễn dịch của con người phản ứng với virus SARS-CoV-2, đồng thời đặt nền móng cho việc đối phó với những mối đe dọa virus mới trong tương lai.

Biochip này là một hệ thống sinh học không tế bào, được lập trình bằng gene, có thể tổng hợp, lập bản đồ và kiểm tra protein ngay trên bề mặt silicon. Nhờ đó, các nhà khoa học có thể xác định chính xác kháng thể của con người nhận diện virus như thế nào và mức độ gắn kết của chúng mạnh hay yếu.

Thông thường để nghiên cứu phản ứng miễn dịch với virus, các nhà khoa học phải sản xuất và tinh sạch từng protein virus riêng lẻ rồi mới đem đi thử nghiệm với kháng thể trong một quy trình có thể kéo dài từ vài ngày đến vài tuần. Một số phòng thí nghiệm sử dụng hệ thống vi lưu để tăng tốc, nhưng các hệ thống này phức tạp và đòi hỏi thiết bị chính xác cao.

Ngược lại, biochip của nhóm Bar-Ziv không cần bơm, ống dẫn hay protein chuẩn bị sẵn. Mỗi vùng siêu nhỏ trên chip chứa một đoạn ADN in sẵn, mang thông tin di truyền của một protein hoặc mảnh protein virus, bao gồm nhiều biến thể khác nhau của virus corona. Khi bổ sung hỗn hợp sinh học không tế bào, ADN này sẽ được dịch mã trực tiếp thành protein tương ứng.

Mỗi biochip có thể tạo ra 30-40 protein hoặc mảnh protein virus, chỉ cần khoảng 1 microlít huyết thanh – chưa tới một giọt máu, để phác họa “dấu vân tay miễn dịch” của một người trước hàng chục kháng nguyên khác nhau.

Tiến sĩ Aurore Dupin, thành viên nhóm nghiên cứu, nói: “Chúng tôi không cần nuôi cấy hay tinh sạch protein trước. Mỗi điểm trên chip tự tạo ra protein của chính nó, Điều này cho phép kiểm tra hàng chục kháng nguyên cùng lúc chỉ trong một thí nghiệm”.

Không chỉ cho biết có hay không sự hiện diện của kháng thể, biochip còn đo được độ ái lực - mức độ gắn kết giữa kháng thể và kháng nguyên. Độ gắn kết càng mạnh, khả năng bảo vệ miễn dịch càng cao. Khi so sánh với phương pháp ELISA tiêu chuẩn, nhóm nghiên cứu nhận thấy biochip phát hiện được nhiều phản ứng kháng thể mà ELISA bỏ sót, cho thấy các xét nghiệm truyền thống đôi khi không nắm bắt được những phản ứng miễn dịch tinh vi.

Thử nghiệm trên mẫu huyết thanh người mắc COVID-19 cho thấy mỗi cá nhân có “chữ ký miễn dịch” rất khác nhau. Có người tạo kháng thể hiệu quả với biến thể ban đầu nhưng không với Delta hay Omicron, giúp các nhà khoa học đánh giá tác động của các đột biến virus đối với khả năng bảo vệ của kháng thể.

Không chỉ dừng lại ở nghiên cứu miễn dịch, biochip còn có tiềm năng lớn trong phát triển thuốc. Nhóm nghiên cứu đã tái tạo thành công tương tác giữa protein gai của virus corona và thụ thể ACE2 của con người - bước then chốt giúp virus xâm nhập tế bào. Việc cả protein gai và ACE2 đều được tạo trực tiếp trên chip cho thấy nền tảng này có thể dùng để sàng lọc nhanh các kháng thể hoặc phân tử thuốc có khả năng ngăn virus bám vào tế bào.

“Chip của chúng tôi mở ra cánh cửa nghiên cứu cách virus tương tác với thụ thể người - và cách chúng ta có thể chặn đứng quá trình đó bằng liệu pháp mới”, Giáo sư Bar-Ziv nhấn mạnh.

Hiện nhóm đang hợp tác với Trung tâm Y tế Sheba để theo dõi phản ứng miễn dịch của bệnh nhân COVID-19 theo thời gian, từ đó xác định các mô hình miễn dịch có thể hỗ trợ phát triển vaccine trong tương lai. Bước tiếp theo là tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI) nhằm thiết kế và kiểm tra nhanh các kháng thể do máy tính đề xuất.

Giáo sư Bar-Ziv chia sẻ: “Nếu ngày mai xuất hiện một đợt bùng phát mới, chúng tôi có thể lấy trình tự gene của virus, tạo protein ngay trên chip và kiểm tra kháng thể gần như tức thì. Đây là một công cụ cực kỳ mạnh mẽ cho công tác chuẩn bị trước đại dịch”.

Thanh Bình (TTXVN)