Khoa học về thử nghiệm Covid-19

Khi các quốc gia đấu tranh để kiểm soát đại dịch Covid-19, các xét nghiệm sinh hóa có thể xác định virus Sars-CoV-2 tiềm ẩn đã trở thành loạt tin tức lớn. Tại Mỹ vào đầu tháng 5 đặt mục tiêu kiểm tra ba triệu người mỗi tuần, trong khi đó ở Anh đặt mục tiêu 100.000 bài kiểm tra hàng ngày vào cuối tháng 4, một thách thức lớn đã đưa ra và đã có nhiều người khác thắc mắc về vấn đề này. Tuy nhiên, điều quan trọng là những gì các bài kiểm tra cho chúng ta biết và cách chúng ta sử dụng thông tin đó. Bài viết này là cái nhìn tổng quan ở thời điểm hiện tại của các phương pháp kiểm tra Covid-19. Bạn hãy theo dõi bài viết để hiểu rõ thêm nhé!

Tại sao chúng ta cần thử nghiệm?

Đối với một cá nhân, đó là cách tốt nhất để trả lời câu hỏi mà có lẽ tất cả chúng ta đã tự hỏi mình trong những tuần gần đây: tôi có Covid-19 không? Vì các triệu chứng liên quan đến Sars-CoV-2 có thể được quy cho các bệnh khác.

Rộng hơn, xét nghiệm cung cấp thông tin quan trọng về sức khỏe cộng đồng có thể giúp các quốc gia đưa ra quyết định về cách họ sẽ ứng phó với đại dịch. Xét nghiệm cũng có thể giúp tìm ra những người đã bị nhiễm bệnh mà không có bất kỳ triệu chứng nào. Điều đó đến lượt có thể cho chúng ta biết có bao nhiêu người thực sự đã bị nhiễm bệnh và ai có thể được miễn dịch sau khi bị nhiễm bệnh.

Vậy làm thế nào để các bài kiểm tra làm việc?

Nhìn chung, có hai loại xét nghiệm: loại kiểm tra phát hiện virus có trong cơ thể bạn hay không và loại kiểm tra xem virus có lây nhiễm vào cơ thể bạn trước đó không.

Loại đầu tiên là loại thường liên quan đến việc lấy tăm bông cổ họng. Điều này sử dụng các kỹ thuật dựa trên phản ứng chuỗi polymerase (PCR) để phát hiện mã di truyền RNA Sars-CoV-2. Đầu tiên, chuỗi RNA của virus được phiên mã thành chuỗi đơn DNA bổ sung (cDNA) bởi một enzyme gọi là enzyme sao chép ngược, để enzyme DNA polymerase có thể thực hiện công việc của mình trong các bước tiếp theo. 

Sau đó, các nhà khoa học giới thiệu các chuỗi DNA thăm dò được gọi là mồi cho mẫu, được thiết kế đặc biệt để tìm và liên kết chỉ với một số phần nhất định của chuỗi cDNA của virus. Khi các chuỗi DNA thăm dò đã liên kết với cDNA của virus, enzyme DNA polymerase được kích hoạt và điều này bắt đầu tạo ra các bản sao DNA kép của virus. 

Một số chuỗi DNA thăm dò cũng mang thuốc nhuộm huỳnh quang, được giải phóng khi chúng liên kết với DNA virus. Khi xét nghiệm nhân lên DNA virus, nhiều phân tử thuốc nhuộm được giải phóng và huỳnh quang phát triển, cho thấy một mẫu dương tính. Các phiên bản khác của thử nghiệm. hoạt động bằng cách thêm một loại thuốc nhuộm chỉ phát huỳnh quang khi nó liên kết với DNA virus sợi đôi. 

Nguồn: Courtesy of UK Research and Innovation/CC BY 4.0, xuất bản tại https://coronavirusexplained.ukri.org/en/article/vdt0006/

Ngoài ra còn có xét nghiệm kháng nguyên, có thể phát hiện protein của virus chứ không phải RNA của nó. Chúng sử dụng một slide được bao phủ trong các kháng thể đặc hiệu với virus. Nếu một mẫu chứa protein virus, chúng sẽ dính vào kháng thể. Một kháng thể huỳnh quang thứ hai sau đó được thêm vào, cũng được thiết kế để nhắm mục tiêu các protein virus và do đó sẽ bám vào bất kỳ thứ gì bị ràng buộc trong bước đầu tiên. Cường độ huỳnh quang sau đó đưa ra thước đo nồng độ của virus trong mẫu.

Vậy làm thế nào tôi có thể kiểm tra nếu tôi có Covid-19 trước đây?

Điều này chủ yếu liên quan đến việc phát hiện các kháng thể mà hệ thống miễn dịch của chúng ta tạo ra khi chúng tiếp xúc với virus – những chất này được tìm thấy trong máu hoặc huyết thanh của chúng ta. Một mẫu máu được lấy vào một ống hoặc màng nơi các mảnh virus đã bị mắc kẹt. Nếu mẫu máu chứa kháng thể Covid-19, chúng sẽ phù hợp với chúng giống như một chiếc chìa khóa trong ổ khóa.

Trong phương pháp Elisa (xét nghiệm miễn dịch hấp thụ liên kết enzyme), một loại kháng thể thứ hai sau đó được thêm vào. Điều này nhận ra các kháng thể của bệnh nhân và dính vào chúng (nếu chúng dính vào các hạt virus ở bước trước). Kháng thể thứ hai này cũng được liên kết với một enzyme. Ở bước cuối cùng, thuốc nhuộm được thêm vào và nếu có enzyme (vì nó được liên kết với kháng thể bị dính với kháng thể của bệnh nhân bị dính virus), enzyme sẽ phá vỡ thuốc nhuộm và làm cho nó phát huỳnh quang. Cường độ màu sau đó được liên kết trực tiếp với nồng độ kháng thể Sars-CoV-2 trong mẫu bệnh nhân.

Nguồn: Courtesy of UK Research and Innovation/CC BY 4.0, xuất bản tại https://coronavirusexplained.ukri.org/en/article/vdt0006/

Những xét nghiệm này nhắm mục tiêu kháng thể immunoglobulin M (IgM) và immunoglobulin G (IgG). Phản ứng IgM xuất hiện khi chúng ta bị bệnh nặng nhất và IgG là phản ứng miễn dịch trưởng thành. Ví dụ, xét nghiệm miễn dịch Elecsys Anti-Sars-CoV-2 của Roche xác định các kháng thể Sars-CoV-2 có ái lực cao đặc biệt, chủ yếu là IgG và một số IgM. Trong đó, Elecsys là một hệ thống phát quang điện, chỉ tạo ra ánh sáng khi có dòng điện. 

Tại sao việc kiểm tra Covid-19 rất khó khăn?

Ban đầu đã có vấn đề với việc cung cấp thuốc thử cho xét nghiệm PCR, nhưng những điều này hiện đã được giải quyết phần lớn ở Anh. Vấn đề bây giờ là đảm bảo độ chính xác kiểm tra, hay chính xác hơn là độ đặc hiệu và độ nhạy của chúng. Độ nhạy liên quan đến tỷ lệ các trường hợp dương tính mà xét nghiệm phát hiện. Tính đặc hiệu liên quan đến số lượng dương tính giả mà nó trả về.

Khi chúng ta chuyển sang giai đoạn mà số người thử nghiệm dương tính đang giảm, các xét nghiệm đặc biệt cao trở nên quan trọng hơn. Thí dụ như nếu một bài kiểm tra có độ nhạy 100%, nó sẽ không bao giờ bỏ lỡ kết quả dương tính thật. Nhưng nếu nó chỉ có 99,5%, nó cũng sẽ cho một dương tính giả trong mỗi 200 mẫu. Trong một mẫu gồm 1000 người với tỷ lệ nhiễm 1%, bạn sẽ nhận được 10 dương tính thật và năm dương tính giả. Hai phần ba là đúng và một phần ba là sai. Đây là điều đáng lưu ý.

Xét nghiệm kháng thể có thể còn khó khăn hơn, nếu là đối với một số loại chứng nhận miễn dịch, điều quan trọng là càng ít kết quả dương tính giả càng tốt, vì những điều này có thể dẫn đến việc các cá nhân dễ bị tổn thương có nguy cơ bị nhiễm trùng. Độ đặc hiệu càng cao từ 100%, ‘hộ chiếu miễn dịch’ sẽ càng sai lầm nguy hiểm,

Ví dụ, một loại xét nghiệm kháng thể khác gọi là xét nghiệm miễn dịch dòng chảy bên (LFIA), sử dụng công nghệ tương tự như xét nghiệm thử thai tại nhà, đã được phát triển để thử giọt máu từ ngón tay. Tuy nhiên gần đây, Hội đồng tư vấn khoa học thử nghiệm Covid quốc gia Vương quốc Anh đã phát hiện ra rằng các xét nghiệm LFIA dao động từ 65-85% về độ nhạy và đặc hiệu từ 93-100%. Cơ quan Quản lý Thuốc và Sản phẩm Y tế Vương quốc Anh đã đặt ngưỡng đặc hiệu tối thiểu 98% cho LFIA. 

Trong khi đó, xét nghiệm kháng thể Roche Elecsys sử dụng các mẫu máu lấy từ bệnh nhân bởi các chuyên gia chăm sóc sức khỏe có trình độ. Khi được phân tích trên nền tảng xét nghiệm Roche, xét nghiệm khẳng định độ nhạy 100% sau hơn 14 ngày kể từ khi xác nhận PCR nhiễm SARS-CoV-2 và độ đặc hiệu trên 99,8%.

Còn các loại thử nghiệm mới thì sao?

Nhiều loại thử nghiệm khác nhau đang được phát triển để giúp giải quyết cuộc khủng hoảng Covid-19. Một phiên bản đáng chú ý sử dụng công cụ chỉnh sửa gen Cripsr, với các phiên bản khác nhau được phát triển bởi hai công ty, Mammoth Bioscatics và Sherlock Bioscatics. 

Các xét nghiệm sử dụng một loại enzyme – thường là Cas9, Cas12 hoặc Cas13 – có liên quan đến các chuỗi RNA được thiết kế để liên kết với các phần của RNA virus. Nó cũng bao gồm các chuỗi RNA chứa các chuỗi ‘reporter’ hoạt động như tín hiệu. Khi RNA virus bị ràng buộc, enzyme Cas được kích hoạt để bắt đầu cắt các chuỗi RNA, giải phóng các chuỗi RNA của reporter. Các phương pháp dựa trên Crispr này gây ra sự thay đổi màu sắc trên các dải giấy để chỉ ra sự hiện diện của virus Sars-CoV-2 một cách nhanh chóng và rẻ tiền.

Các nhà khoa học lưu ý rằng Covid-19 cũng đã thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của các phương pháp PCR và kháng thể tốt hơn. Tốc độ của đại dịch virus Sars-Cov-2 có nghĩa là các xét nghiệm thường mất hai hoặc ba năm để phát triển phải được phát triển trong nhiều tháng. Điều này chưa từng xảy ra trước đây trong đời chúng ta.

Bài viết đến đây là hết rồi. Hi vọng sẽ giúp ích cho các bạn phần nào trong tương lai. Lần sau nếu có ai hỏi về chủ đề này thì hãy nhớ về hóa học đằng sau chúng nhé!

Tham khảo ChemistryworldGAO.