AI “săn lùng” hàng nghìn tỷ virus trong cơ thể người

Ứng dụng trong Chương trình Hệ virus ở người để phân tích mẫu vật thu thập từ hàng nghìn tình nguyện viên, nhằm khám phá cách thức virus tác động đến sức khỏe con người.

Chúng ta thường chỉ quen thuộc với những virus gây bệnh như virus cúm và đậu mùa. Tuy nhiên, cơ thể người khỏe mạnh còn chứa vô số virus không gây hại. Các nhà khoa học ước tính có đến hàng chục nghìn tỷ virus cư trú trong cơ thể con người, nhưng chỉ một phần rất nhỏ đã được xác định. Phần lớn trong số đó đều lành tính, thậm chí một số còn mang lại lợi ích. Theo New York Times, hệ virus ở người vẫn là một lĩnh vực còn nhiều điều bí ẩn chưa được khám phá.

Hệ virus tìm thấy bằng AI. Ảnh: New Scientist

Năm nay, một liên minh gồm 5 trường đại học đã khởi động chiến dịch khám phá chưa từng có nhằm nhận diện các virus trong cơ thể người. Các nhà khoa học sẽ lấy mẫu nước bọt, phân, máu, sữa và nhiều loại mẫu sinh học khác từ hàng nghìn người tình nguyện. Theo nhà vi sinh vật học Frederic Bushman từ Đại học Pennsylvania, một trong những người đứng đầu dự án, Chương trình Hệ virus ở người sẽ được triển khai trong 5 năm với ngân sách 171 triệu USD từ chính phủ liên bang. Chương trình sẽ ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) để phân tích các mẫu vật, nhằm làm rõ ảnh hưởng của hệ virus đối với sức khỏe con người.

Những phát hiện đầu tiên về hệ virus ở người đã xuất hiện từ hơn một thế kỷ trước. Qua quá trình nghiên cứu mẫu phân, các nhà khoa học đã phát hiện ra thực khuẩn thể – loại virus có khả năng xâm nhập vào vi khuẩn trong ruột. Thực khuẩn thể cũng hiện diện ở miệng, phổi và da. Những nghiên cứu tiếp theo cho thấy một số virus có thể xâm nhập vào tế bào người mà không gây ra triệu chứng rõ rệt. Điển hình như cytomegalovirus (CMV), loại virus mà phần lớn dân số thế giới mang trong người và có thể tồn tại trong tất cả các cơ quan.

Vào đầu những năm 2000, các kỹ thuật giải trình tự gene tiên tiến đã mở ra cánh cửa khám phá nhiều loại virus trong nước bọt, máu và phân. Những công nghệ này còn cho phép các nhà khoa học ước tính được số lượng virus trong cơ thể người bằng cách đếm bản sao gene của chúng. Kết quả nghiên cứu cho thấy mỗi gram phân chứa đến hàng tỷ thực khuẩn thể. Mỗi người có thể mang trong ruột hàng trăm, thậm chí hàng nghìn loài thực khuẩn thể khác nhau. Tuy nhiên, khi so sánh giữa các cá nhân, các nhà sinh vật học nhận thấy sự đa dạng đáng kinh ngạc – nhiều loại virus xuất hiện ở người này lại không tồn tại ở người khác. Càng mở rộng nghiên cứu trên nhiều đối tượng, họ càng phát hiện thêm nhiều loài thực khuẩn thể mới.

Sự đa dạng của virus xâm nhập tế bào người cũng vượt xa dự đoán ban đầu. Năm 1997, nhóm nghiên cứu từ Nhật Bản đã phân tích mẫu máu của một bệnh nhân và phát hiện một họ virus hoàn toàn mới, được đặt tên là anellovirus. Đến năm ngoái, một nghiên cứu đã công bố con số đáng kinh ngạc: hơn 800 loài anellovirus đã được xác định, nâng tổng số các loài virus đã biết lên hơn 6.800.

Các nghiên cứu gần đây về hệ virus ở người đã làm dấy lên những câu hỏi căn bản về định nghĩa virus. Theo quan niệm thông thường, một virus điển hình gồm vỏ protein bao bọc vật liệu di truyền – có thể là ADN xoắn kép hoặc sợi ARN đơn. Tuy nhiên, các nhà khoa học đã phát hiện trong cơ thể người còn chứa những vòng ARN cực nhỏ tự do lưu động. Đến nay, kiến thức của chúng ta về hệ virus ở người vẫn còn hạn chế. Với kích thước vô cùng nhỏ bé, virus có thể ẩn náu trong tế bào mà không bị phát hiện. Một số loài virus thậm chí có khả năng gài gene của chúng vào ADN của tế bào chủ và ẩn mình trong nhiều năm trước khi bắt đầu nhân bản.

Tiến sĩ Pardis Sabeti, nhà sinh vật học máy tính tại Trường Y tế Công cộng T.H. Chan thuộc Đại học Harvard, cùng với các đồng nghiệp đang phát triển một hệ thống trí tuệ nhân tạo. Hệ thống này sẽ được triển khai trong chương trình Hệ virus ở người nhằm nhận diện các đặc điểm gene của virus. Sau bước này, các nhà nghiên cứu sẽ tập trung xác định chức năng của tất cả các loại virus trong cơ thể người. Trước đây, giới khoa học thường xem thực khuẩn thể như những “kẻ săn mồi” của vi khuẩn – tiêu diệt chúng để tạo ra nhiều bản sao. Tuy nhiên, các thí nghiệm gần đây đã chỉ ra một mối quan hệ phức tạp hơn nhiều. Theo Colin Hill, nhà vi sinh vật học tại trung tâm nghiên cứu APC Microbiome Ireland: “Chúng không chiến đấu tới chết mà có mối quan hệ cộng tác”.

Trong cơ thể người, thực khuẩn thể thường không tiêu diệt vi khuẩn chủ của chúng. Ngược lại, vi khuẩn có thể hưởng lợi từ mối quan hệ với thực khuẩn thể, khi chúng giúp loại bỏ một số gene khỏi vi khuẩn vật chủ, có thể nâng cao khả năng sống sót. Mối quan hệ hợp tác này có thể mang lại lợi ích cho sức khỏe con người. Những nghiên cứu gần đây đã phát hiện thực khuẩn thể phân bố tại các gene phòng thủ mà cơ thể có thể sử dụng để chống lại các tác nhân gây bệnh trên da.

Các nghiên cứu gần đây về hệ virus ở người đã làm dấy lên những câu hỏi căn bản về định nghĩa virus. Theo quan niệm thông thường, một virus điển hình gồm vỏ protein bao bọc vật liệu di truyền – có thể là ADN xoắn kép hoặc sợi ARN đơn. Tuy nhiên, các nhà khoa học đã phát hiện trong cơ thể người còn chứa những vòng ARN cực nhỏ tự do lưu động. Đến nay, kiến thức của chúng ta về hệ virus ở người vẫn còn hạn chế. Với kích thước vô cùng nhỏ bé, virus có thể ẩn náu trong tế bào mà không bị phát hiện. Một số loài virus thậm chí có khả năng gài gene của chúng vào ADN của tế bào chủ và ẩn mình trong nhiều năm trước khi bắt đầu nhân bản.

Tiến sĩ Pardis Sabeti, nhà sinh vật học máy tính tại Trường Y tế Công cộng T.H. Chan thuộc Đại học Harvard, cùng với các đồng nghiệp đang phát triển một hệ thống trí tuệ nhân tạo. Hệ thống này sẽ được triển khai trong chương trình Hệ virus ở người nhằm nhận diện các đặc điểm gene của virus. Sau bước này, các nhà nghiên cứu sẽ tập trung xác định chức năng của tất cả các loại virus trong cơ thể người. Trước đây, giới khoa học thường xem thực khuẩn thể như những “kẻ săn mồi” của vi khuẩn – tiêu diệt chúng để tạo ra nhiều bản sao. Tuy nhiên, các thí nghiệm gần đây đã chỉ ra một mối quan hệ phức tạp hơn nhiều. Theo Colin Hill, nhà vi sinh vật học tại trung tâm nghiên cứu APC Microbiome Ireland: “Chúng không chiến đấu tới chết mà có mối quan hệ cộng tác”.

Trong cơ thể người, thực khuẩn thể thường không tiêu diệt vi khuẩn chủ của chúng. Ngược lại, vi khuẩn có thể hưởng lợi từ mối quan hệ với thực khuẩn thể, khi chúng giúp loại bỏ một số gene khỏi vi khuẩn vật chủ, có thể nâng cao khả năng sống sót. Mối quan hệ hợp tác này có thể mang lại lợi ích cho sức khỏe con người. Những nghiên cứu gần đây đã phát hiện thực khuẩn thể phân bố tại các gene phòng thủ mà cơ thể có thể sử dụng để chống lại các tác nhân gây bệnh trên da.

Phương Thi  (Theo New York Times)