Viêm gan C là căn bệnh rất nguy hiểm nhưng chúng ta chưa có vaccine phòng ngừa nó. Tin vui là các nhà khoa học hiện đã có các công cụ hiện đại để tạo ra vaccine chống viêm gan C.
Các nhà nghiên cứu phát hiện protein HCV E1E2 trên virus viêm gan C có thể dùng để tạo ra vaccine. (Ảnh: Questhealth).
Virus viêm gan C gây ra tình trạng nhiễm trùng gan man tính khiến bệnh nhân có thể bị sẹo ở gan vĩnh viễn hoặc thậm chí là ung thư. Khoảng 71 triệu người trên thế giới mắc viêm gan C và gần 400.000 người tử vong vì căn bệnh này.
Mặc dù nền y học hiện nay đã có các phương pháp điều trị cho các bệnh nhiễm trùng liên quan đến viêm gan C, chi phí rất cao. Ngoài ra, những phương pháp đó còn khó tiếp cận và không đảm bảo bệnh nhân sẽ không tái nhiễm. Vì vậy, một loại vaccine giúp ngăn ngừa viêm gan C là thứ mà nền y học và sức khỏe cộng đồng đang tìm kiếm.
Viêm gan C ảnh hưởng đến 71 triệu người trên thế giới. Nếu không được điều trị kịp thời, bệnh nhân có thể bị sẹo vĩnh viễn ở gan hoặc mắc ung thư gan. (Ảnh: ethnichealthcourt).
Các nhà khoa học vẫn chưa xác định được kháng nguyên thích hợp hoặc phần nào của virus sẽ kích hoạt phản ứng miễn dịch trong cơ thể. Đây cũng là lý do chính mà chuyên gia chưa thể điều chế vaccine chống viêm gan C.
Qua nhiều thập kỷ nghiên cứu, các nhà nghiên cứu xác định được HCV E1E2, protein duy nhất trên bề mặt virus, là ứng cử viên sáng giá nhất cho việc điều chế vaccine.
Tuy nhiên, họ không chắc chắn về hình dạng của protein này nên gặp nhiều hạn chế trong việc phát triển vaccine dựa trên protein HCV E1E2. Các chuyên gia cần biết cấu trúc của protein để tìm ra cách hệ thống miễn dịch phản ứng với virus.
May mắn thay, với công nghệ mới, những nhà nghiên cứu chuyên về kính hiển vi và điều chế vaccine có thể trực quan hóa các chi tiết phân tử của loại protein. Điều này cung cấp hiểu biết quan trọng về cách thức hoạt động của virus và mở ra cánh cửa cho việc phát triển vaccine sau này.
Virus viêm gan C - loại virus biến đổi hình dạng
Các nhà nghiên cứu gặp nhiều khó khăn trong việc xác định cấu trúc của protein HCV E1E2 vì loại protein này rất linh hoạt, dễ bị tác động. Nó thường xuyên thay đổi hình dáng, dễ bị bẻ gãy và rất khó để tinh chế.
Tưởng tượng bạn đang có một bát mỳ Ý ngập trong sốt cà chua và bạn cần chụp ảnh từng sợi mỳ ở vị trí cố định trong khi bát mỳ đang rung lắc. Điều này thực sự quá khó. Việc chụp ảnh lại toàn bộ cấu trúc của protein E1E2 cũng tương tự.
Virus viêm gan C hay thay đổi hình dạng khiến các chuyên gia gặp nhiều thách thức trong việc xác định cấu trúc của protein E1E2. (Ảnh: Kcur).
Những chuyên gia cũng gặp nhiều rào cản công nghệ. Hiện nay, các kỹ thuật hình ảnh vẫn còn nhiều hạn chế trong việc quan sát các protein siêu nhỏ. Ví dụ, tinh thể học tia X không thể xác định các phân tử thường xuyên thay đổi hình dạng như virus viêm gan C.
Ngoài ra, các lựa chọn khác, như quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân, yêu cầu chuyên gia phải cắt phần lớn protein hoặc thao tác hóa học với nó để biến đổi trạng thái sinh lý và thay đổi chức năng của protein.
Vì vậy, để kiểm tra cấu trúc của E1E2, những nhà nghiên cứu cần một cách để trích xuất, tinh chế, giữ ổn định và đưa toàn bộ protein thành một tập hợp.
Phương pháp để xác định cấu trúc của protein
Kính hiển vi điện tử đông lạnh là một loại kỹ thuật hình ảnh giúp quan sát mẫu vật ở nhiệt độ đông lạnh. Đối với trường hợp của protein E1E2, các nhà khoa học sử dụng nhiệt độ sôi của nitơ là -196 độ C.
Trong nhiệt độ lạnh như vậy, hiện tượng đóng băng xảy ra nhanh đến mức protein không có thời gian để kết tủa. Kỹ thuật này khiến protein bị bao bọc bởi một cái khung giống thủy tinh giúp các nhà nghiên cứu có thể quan sát mọi chi tiết của cấu trúc.
Kính hiển vi điện tử nghiệm lạnh là phát minh giành giải thưởng Nobel Hóa học năm 2017 và giải thưởng “Phương pháp của năm” của tạp chí Nature năm 2015. Đây là phương pháp tuyệt vời để trực quan hóa các đại phân tử sinh học ở trạng thái tự nhiên trong môi trường nước của máu người. Kính hiển vi điện tử nghiệm lạnh cũng là công nghệ mấu chốt giúp xác định cấu trúc của virus SARS-CoV-2 và các biến thể của nó.
Quá trình xác định cấu trúc protein
Bước đầu tiên, các chuyên gia nhúng mã di truyền để tạo ra E1E2 trong tế bào người và để chúng trong đĩa petri để có đủ lượng protein cho nghiên cứu.
Sau khi tinh chế protein, họ nhúng nó vào etan lỏng và sau đó là nitơ lỏng. Etan lỏng được sử dụng để đóng băng protein vì nó có nhiệt độ sôi cao hơn nitơ lỏng. Điều này có nghĩa là etan lỏng cho phép protein đóng băng nhanh hơn nhiều so với nitơ lỏng và tránh làm hỏng cấu trúc của protein.
Khi protein ở trạng thái đóng băng giống như thủy tinh, các nhà nghiên cứu vừa nhìn thấy cấu trúc tổng thể của nó, vừa thu được nhiều cấu hình riêng lẻ của protein khi nó thay đổi hình dạng, bao gồm cả các cấu hình kém ổn định.
Kỹ thuật hiện đại này cho phép các nhà khoa học quan sát được toàn bộ cấu trúc của protein, thậm chí có thể thu được đa dạng các mẫu cấu hình của nó. (Ảnh: Medicalnewstoday).
Tiếp đó, họ chuẩn bị chụp cận cảnh cấu trúc của protein. Họ dùng một kính hiển vi có chùm electron năng lượng cao hội tụ và một máy ảnh rất lạ mắt để ghi lại cấu trúc protein. Quá trình này tạo ra một hình ảnh 2D. Các nhà khoa học dùng sẽ dựa vào hình ảnh đó để dựng mô hình 3D.
Bước tiếp theo là đánh giá vị trí của từng axit amin hoặc khối cấu tạo của protein trong không gian 3D. Vì mỗi axit amin có một hình dạng duy nhất, họ phải sử dụng một chương trình máy tính đặc biệt để xác định từng loại axit amin trong mô hình 3D. Điều này cho phép các chuyên gia tái tạo thủ công mô hình protein có độ phân giải cao, với độ chi tiết lên đến từng khối một.
Công cụ mới để điều chế vaccine chống viêm gan C
Bản đồ 3D và mô hình protein HCV E1E2 giúp các chuyên gia củng cố những nghiên cứu trước đây về cấu trúc của loại protein này. Chúng cũng đem tới những hiểu biết mới về các tính năng mà có thể giúp ích cho quá trình tạo ra vaccine chống viêm gan C.
Theo nghiên cứu, cấu trúc của protein cho thấy giao diện giữa 2 phần chính của protein được ổn định bởi đường và các chất kỵ nước, hoặc các khu vực đẩy phân tử nước ra ngoài. Điều này tạo ra sự liên kết bám dọc theo protein và giữ cho nó không vỡ. Đây cũng là vị trí tiềm năng cho các kháng thể và các loại thuốc mới.
Các nhà nghiên cứu hiện đã có các công cụ để điều chế thuốc kháng virus và vaccine chống viêm gan C.