Ai là người đầu tiên phát hiện ra virus?

Vào cuối thế kỷ 19, Dmitry Ivanovsky là người đầu tiên tìm ra virus. Tuy nhiên, cho đến đầu thế kỷ 20, các nhà khoa học mới tìm ra virus với nhiều loại khác. Và cùng với sự phát minh ra kính hiển vi điện tử, các nhà khoa học mới nhìn rõ được cấu trúc của các loại virus và nghiên cứu sâu hơn về sự tiến hóa của chúng.

Dmitri Ivanovsky là người đầu tiên tìm ra virus. Ông sinh ra ở làng Nizy, Gdov Uyezd. Ông học tại Đại học Saint Petersburg dưới thời Andrei Famintsyn. Vào năm 1887, khi Ivanovsky được gửi đến Ukraine và Bessarabia để điều tra một căn bệnh trên cây thuốc lá, bệnh này gây thiệt hại lớn cho các đồn điền vào thời điểm đó. Ba năm sau, Ivanovsky lại được cử đi kiểm tra sự xuất hiện bệnh tương tự trên cây thuốc lá, lần này hoành hành ở vùng Crimea. Ivanovsky phát hiện ra rằng cả hai sự cố gây bệnh là do một tác nhân truyền nhiễm cực kỳ nhỏ, có khả năng thẩm thấu qua các bộ lọc Chamberland, điều mà vi khuẩn không bao giờ có thể làm được. Ivanovsky đã mô tả những phát hiện của mình trong một bài báo (năm 1892) và một luận án (năm 1902). Sau đó, ông chuyển sang làm việc khác tại Warsaw và Rostov-on-Don.

Sáu năm sau, vào năm 1898, một nhà sinh vật học người Hà Lan tên là Martinus Beijerinck đã tự thực hiện các thí nghiệm tương tự, ông tuyên bố đã tìm thấy một loại sinh vật lây nhiễm mới và đặt tên cho nó là “virus”. Cả Ivanovsky và Beijerinck đều không hiểu rằng virus là các phân tử được gọi là virion; Ivanovsky nghĩ rằng đó là một độc tố được sản xuất bởi vi khuẩn. Mãi cho đến khi có sự ra đời của kính hiển vi điện tử vào những năm 1950, người ta mới phát hiện ra rằng virus khảm thuốc lá là một que rỗng nhỏ, được hình thành bởi một chuỗi RNA xoắn ốc duy nhất, được bao quanh bởi một lớp vỏ protein.

Virus đã tồn tại từ thời xa xưa. Các nghiên cứu ở cấp độ phân tử đã cho thấy mối quan hệ giữa hệ thống virus lây nhiễm từ một trong số ba lĩnh vực của cuộc sống, cho thấy các protein virus có trước sự phân kỳ của sự sống. Điều này chỉ ra rằng một số virus xuất hiện sớm trong quá trình tiến hóa của sự sống, và chúng có thể đã phát sinh nhiều lần. Có ý kiến ​​cho rằng các nhóm virus mới đã liên tục xuất hiện ở tất cả các giai đoạn tiến hóa, thường thông qua sự dịch chuyển giữa cấu trúc các gen sao chép và bộ gen nguồn.

Có ba giả thuyết cổ điển về nguồn gốc của virus và cách chúng phát triển:

• Giả thuyết đầu tiên về virus: Virus tiến hóa từ các phân tử phức tạp của protein và axit nucleic trước khi các tế bào xuất hiện lần đầu tiên trên trái đất. Theo giả thuyết này, virus đã góp phần vào sự gia tăng của sự sống tế bào. Điều này được khẳng định bởi ý tưởng rằng tất cả các bộ gen của virus mã hóa các protein không có tương đồng tế bào. Giả thuyết đầu tiên về virus đã bị một số nhà khoa học bác bỏ vì nó vi phạm định nghĩa về virus, theo đó chúng cần một tế bào chủ để sao chép.
• Giả thuyết giảm (giả thuyết thoái hóa): Virus từng là những tế bào nhỏ ký sinh trên các tế bào lớn hơn. Việc phát hiện virus khổng lồ có vật chất di truyền tương tự như vi khuẩn ký sinh là cơ sở cho giả thuyết này. Tuy nhiên, giả thuyết này không giải thích được tại sao ngay cả những ký sinh trùng tế bào nhỏ nhất cũng không giống với virus theo bất kỳ cách nào.
• Giả thuyết thoát (giả thuyết mơ hồ): Một số virus tiến hóa từ các phân tử DNA hoặc RNA "thoát" khỏi hệ thống gen. Điều này không giải thích được tại sao các cấu trúc cho virus là duy nhất và không thấy ở bất kỳ đâu trong các tế bào. Nó cũng không giải thích các vỏ bọc phức tạp bên ngoài protein của virus và các cấu trúc khác của các phân tử virus.

Tuy nhiên, các nhà virus học đang trong quá trình đánh giá lại tất cả các giả thuyết này.

• Giả thuyết Coevolution (Lý thuyết bong bóng): Vào giai đoạn đầu, một cộng đồng sao chép (những mẩu thông tin di truyền có khả năng tự sao chép) tồn tại gần những nơi có nguồn thức ăn. Nguồn thực phẩm này cũng tạo ra các phân tử giống như lipid tự lắp ráp thành các túi để có thể chứa các bản sao. Ở gần các bản sao nguồn thực phẩm phát triển mạnh, nhưng ở vị trí xa hơn thì chỉ các nguồn tài nguyên không pha loãng mới ở bên trong các túi. Do đó, áp lực tiến hóa có thể đẩy các bản sao dọc theo hai con đường phát triển: hợp nhất với một túi, tạo ra các tế bào; và xâm nhập vào túi, sử dụng tài nguyên của nó, nhân lên và để lại một túi khác, làm phát sinh virus.
• Giả thuyết về nguồn gốc của di truyền học: Dựa trên các phân tích về sự tiến hóa của các mô-đun sao chép và cấu trúc của virus, một kịch bản di truyền học cho nguồn gốc của virus đã được đề xuất vào năm 2019. Theo giả thuyết này, các mô-đun sao chép của virus có nguồn gốc từ nhóm gen nguyên thủy, mặc dù quá trình tiến hóa dài sau đó của chúng liên quan đến nhiều sự dịch chuyển bởi các gen sao chép từ vật chủ tế bào. Ngược lại, các gen mã hóa các cấu trúc protein chính được phát triển từ các protein chủ đa dạng về chức năng trong suốt quá trình tiến hóa của thế giới virus. Kịch bản này khác với ba kịch bản truyền thống nhưng kết hợp được các tính năng của giả thuyết đầu tiên và giả thuyết thoát.

Một trong những vấn đề trong việc nghiên cứu nguồn gốc và sự tiến hóa của virus là tỷ lệ đột biến của virus rất cao, đặc biệt là trường hợp nhiễm RNA retrovirus như HIV/AIDS. Tuy nhiên, một nghiên cứu gần đây dựa trên so sánh cấu trúc gấp protein của virus, đang đưa ra một số bằng chứng mới. Fold Super Family (FSF) là các protein cho thấy các cấu trúc gấp tương tự không phụ thuộc vào chuỗi axit amin và đã tìm thấy bằng chứng về phát sinh virus. Do đó, virus đã được tìm thấy có khả năng được chia thành 4 FSF. Hệ protein của virus vẫn chứa dấu vết của lịch sử tiến hóa cổ đại, cái mà hiện nay vẫn đang được nghiên cứu. Nghiên cứu về protein FSF cho thấy sự tồn tại của các dòng tế bào cổ đại phổ biến cho cả tế bào và virus trước khi xuất hiện 'tổ tiên tế bào phổ quát cuối cùng' đã tạo ra các tế bào hiện đại. Áp lực tiến hóa để giảm kích thước bộ gen và hạt cuối cùng có thể đã làm giảm các tế bào vero thành các virus hiện đại, trong khi các dòng tế bào cùng tồn tại khác cuối cùng đã phát triển thành các tế bào hiện đại. Hơn nữa, khoảng cách di truyền dài giữa RNA và DNA FSF cho thấy giả thuyết thế giới RNA có thể có bằng chứng thực nghiệm mới, với một giai đoạn trung gian dài trong quá trình tiến hóa của sự sống tế bào.

Một loại trừ cuối cùng của một giả thuyết về nguồn gốc của virus là rất khó thực hiện trên trái đất vì virus và tế bào tương tác với nhau ở mọi nơi. Do đó, từ quan điểm sinh vật học, người ta đã đề xuất rằng trên các thiên thể như Sao Hỏa không chỉ các tế bào mà cả dấu vết của virion hoặc viroid trước đây nên được tích cực tìm kiếm. Nếu chỉ có dấu vết của virion nhưng không có tế bào nào được tìm thấy trên một thiên thể khác, thì đây sẽ là một dấu hiệu mạnh mẽ của giả thuyết đầu tiên về virus.

Virus học là môn khoa học nghiên cứu về virus và các bệnh nhiễm trùng mà chúng gây ra - bắt đầu từ những năm cuối thế kỷ 19. Mặc dù Louis Pasteur và Edward Jenner đã phát triển các loại vắc-xin đầu tiên để bảo vệ chống lại sự nhiễm virus, nhưng họ không biết rằng virus tồn tại. Bằng chứng đầu tiên về sự tồn tại của virus đến từ các thí nghiệm với các bộ lọc đủ nhỏ để giữ lại vi khuẩn. Năm 1892, Dmitri Ivanovsky đã sử dụng một trong những bộ lọc này để cho thấy nhựa cây từ một cây thuốc lá bị bệnh vẫn lây nhiễm sang cây thuốc lá khỏe mạnh mặc dù đã được lọc. Martinus Beijerinck chất bị nhiễm được đặt tên cho virus và phát hiện này được coi là khởi đầu của virus học.

Các phát hiện tiếp theo đó cùng với nghiên cứu của Frederick Twort và Félix d'Herelle về một phần đặc tính của thể thực khuẩn đã xúc tác thêm cho lĩnh vực này. Đến đầu thế kỷ 20, các nhà khoa học đã phát hiện ra nhiều loại virus. Năm 1926, Thomas Milton Rivers đã định nghĩa virus là ký sinh trùng. Virus đã được chứng minh là các phân tử, chứ không phải là chất lỏng, bởi Wendell Meredith Stanley. Năm 1931 việc phát minh ra kính hiển vi điện tử đã giúp cho các nhà khoa học nhìn rõ được cấu trúc của virus.

Sự tiến hóa của virus là một lĩnh vực thuộc sinh học tiến hóa và virus học, chú trọng vào nghiên cứu sự tiến hóa của virus. Virus có thời gian thế hệ ngắn và nhiều loại virus, đặc biệt là RNA có tỷ lệ đột biến tương đối cao (theo thứ tự đột biến một điểm trở lên trên mỗi bộ gen trên mỗi vòng sao chép). Tỷ lệ đột biến tăng cao này, khi kết hợp với chọn lọc tự nhiên, cho phép virus nhanh chóng thích nghi với những thay đổi trong môi trường vật chủ của chúng. Ngoài ra, hầu hết các virus sinh sôi rất nhanh, do đó, bất kỳ gen đột biến nào cũng có thể được truyền sang nhiều thế hệ một cách nhanh chóng. Mặc dù khả năng đột biến và tiến hóa có thể thay đổi tùy thuộc vào từng loại virus (DNA chuỗi kép, RNA chuỗi kép, DNA chuỗi đơn, v.v.), nói chung, virus có khả năng đột biến cao.

Sự tiến hóa của virus là một khía cạnh quan trọng của dịch tễ học về các bệnh do virus như cúm (virus cúm), AIDS (HIV) và viêm gan (ví dụ: HCV). Sự đột biến nhanh chóng của virus cũng gây ra khó khăn trong việc phát triển vắc-xin và thuốc kháng virus, vì đột biến kháng thuốc thường xuất hiện trong vòng vài tuần hoặc vài tháng sau khi bắt đầu điều trị. Một trong những mô hình lý thuyết chính được áp dụng cho quá trình tiến hóa của virus là mô hình quarkpecies. Định nghĩa một quarkpecies là một nhóm các chủng virus có liên quan chặt chẽ cạnh tranh trong môi trường.

Nguồn tham khảo: en.wikipedia.org, lindahall.org, britannica.com.