Hình 1. Chu kỳ sinh học đặc biệt của Plasmodium vivax |Nguồn: Wikipedia and Quizlet.
Giới thiệu
Trong số năm loài Plasmodium spp. được biết gây bệnh sốt rét ở người, thì P. vivax là loài phổ biến nhất. Mặc dù rất phổ biến ở Châu Á và Châu Mỹ Latinh, P. vivax được cho là không có ở Tây và Trung Phi do sự gần như cố định của một đột biến gây ra kiểu hình Duffy âm tính trên nhóm máu ở người bản địa Châu Phi.
Thụ thể kháng nguyên Duffy cho chemokine (DARC) được các thể hoa thị của P. vivax sử dụng để xâm nhập vào hồng cầu. Vì sự vắng mặt của DARC trên bề mặt hồng cầu mang lại sự bảo vệ chống lại bệnh sốt rét do P. vivax gây ra, nên ký sinh trùng này từ lâu đã được nghi ngờ là tác nhân chọn lọc đột biến này. Tuy nhiên, giả thuyết này khó có thể “dung hòa” với nguồn gốc tiến hóa được đề xuất của P. vivax.
Họ hàng gần nhất của P. vivax được cho là P. cynomolgi- loài gây nhiễm cho khỉ đuôi dài. Hai loại ký sinh trùng sốt rét (KSTSR) này tạo thành một dòng dõi trong một nhánh bao gồm ít nhất 7 loài Plasmodium khác, tất cả đều lây nhiễm cho các linh trưởng chỉ có ở châu Á. Quan điểm chung cho rằng P. vivax xuất hiện ở Đông Nam Á sau sự lây truyền chéo loài của một loại KSTSR khỉ. Theo kịch bản này, đột biến Duffy âm tính phổ biến ở người dân Tây Trung Phi đã được chọn lọc bởi một mầm bệnh chưa xác định khác, tần suất cao của nó đã ngăn P. vivax xâm nhập vào Trung Phi.Gần đây, các KSTSR giống P. vivax đã được xác định ở một số lượng hạn chế các loài vượn Châu Phi và một số loài muỗi Anopheles bị bẫy ở vùng lân cận của chúng. Đặc điểm phân tử của các KSTSR này cho thấy chúng rất giống nhưng rõ ràng là khác biệt với P. vivax ở người. Những phát hiện này làm dấy lên khả năng tồn tại một ổ chứa P. vivax hoang dã ở các loài vượn sống trong tự nhiên hoặc các loài linh trưởng Châu Phi khác. Tuy nhiên, vì chỉ có rất ít KST hoang dã này được xác định, nên thông tin liên quan đến phân bố địa lý, mối liên hệ với loài vật chủ, tỷ lệ mắc bệnh và mối quan hệ với P. vivax ở người còn thiếu.
Trên thực tế, hầu hết bằng chứng về ổ chứa P. vivax tự nhiên này đến từ vật nuôi và vượn trong các trung tâm cứu hộ động vật hoang dã. Vì vượn nuôi nhốt có thể bị nhiễm các loài Plasmodium spp. bình thường chúng không bị nhiễm trong môi trường sống tự nhiên, nên các nghiên cứu về quần thể sống trong tự nhiên là rất quan trọng. Vượn Châu Phi đang bị đe dọa nghiêm trọng và sống ở các vùng rừng hẻo lánh, khiến việc sàng lọc xâm lấn để tìm tác nhân gây bệnh truyền nhiễm trở nên không thực tế và phi đạo đức. Thay vào đó, các nhà nghiên cứu đã phát triển các phương pháp cho phép phát hiện và khuếch đại axit nucleic đặc hiệu của mầm bệnh từ DNA trong phân của vượn. Phương pháp này đã cho phép truy nguồn gốc của virus gây suy giảm miễn dịch ở người loại 1 (HIV-1) đến loài tinh tinh Pan troglodytes ở Tây Trung Phi và xác định tiền thân của P. falciparum ở người trong loài khỉ đột phương Tây Gorilla gorilla.
Hình 2. Cấu trúc quần thể trên toàn cầu, nguồn gốc tổ tiên và admixture các phân lập P. vivax
https://communities.springernature.com/plasmodium-vivax-origins-in-the-americas-a-tale-of-multiple-migrations
Một nghiên cứu dịch tễ phân tử của bệnh nhiễm trùng P. vivax ở các loài vượn sống hoang dã. Bằng cách sàng lọc hơn 5.000 mẫu phân từ 78 địa điểm rừng hẻo lánh, họ đã thử nghiệm trên các quần thể vượn khắp Trung Phi. Vì phân tích PCR thông thường dễ xảy ra lỗi và có khả năng gây nhầm lẫn trong phân tích phát sinh chủng loài, nên trình tự KSTSR được tạo ra bằng cách sử dụng khuếch đại bộ gen đơn (SGA), giúp loại bỏ sự tái tổ hợp do trùng hợp Taqgây ra và sự thay thế nucleotide khỏi các trình tự hoàn chỉnh. Số liệu phân tích chỉ ra khỉ đột phương Tây G. gorilla và khỉ đột phương Đông G. beringei và tinh tinh P. troglodytes, nhưng không phải bonobo P. paniscus, bị nhiễm ký sinh trùng giống P. vivax một cách đặc hữu và tỷ lệ nhiễm trong quần thể vượn hoang dã tương tự như tỷ lệ nhiễm trong quần thể người với sự lây truyền ổn định. Phân tích hơn 2.600 trình tự ty thể, apicoplast và nhân có nguồn gốc từ SGA cho thấy KST ở vượn đa dạng hơn đáng kể so với KST ở người và không phân nhóm theo loài vật chủ của chúng. Ngược lại, KST ở người tạo thành một dòng dõi đơn ngành nằm trong sự phân nhánh của các trình tự KST ở vượn. Điều này chỉ ra P. vivax ở người bắt nguồn từ một loài Plasmodium lây nhiễm cho tinh tinh và khỉ đột sống hoang dã, và tất cả P. vivax ở người hiện nay đều tiến hóa từ một tổ tiên duy nhất lan rộng ra khỏi châu Phi.
Mối liên hệ giữa các loài vật chủ và sự phân bố của loài vượn P. vivax
Sử dụng mồi PCR được thiết kế để khuếch đại DNA ty thể (mtDNA) của P. vivax đã sàng lọc 5.469 mẫu phân từ các quần thể vượn được lấy mẫu tại 78 địa điểm rừng trên khắp vùng cận Sahara thuộc châu Phi. Ngoại trừ 196 mẫu từ những con vượn đã quen với người, tất cả mẫu khác đều có nguồn gốc từ các quần thể chưa quen với người. Các loài và phân loài vượn được xác định bằng phân tích mtDNA trong phân. Một tập hợp con các mẫu cũng được phân tích vi vệ tinh để ước tính số lượng cá thể được lấy mẫu. Bằng cách nhắm mục tiêu vào đoạn mtDNA dài 297 bp, họ đã tìm thấy các trình tự giống P. vivax trong DNA phân của khỉ đột phương Tây G. gorilla, khỉ đột phương Đông G. beringei và tinh tinh P. troglodytes, nhưng không tìm thấy ở tin tinh lùn P. paniscus.
Nhiễm trùng phổ biến nhất ở tinh tinh trung tâm P.t. troglodytes và khỉ đột vùng đất thấp phía Tây G.g. gorilla với các cá thể nhiễm được xác định tại 76% điểm nghiên cứu, bao gồm sáu địa điểm nơi tìm thấy P. vivax ở cả hai loài này.P. vivax ở vượn cũng là bệnh đặc hữu ở tinh tinh phương Đông P.t. schweinfurthii và khỉ đột vùng đất thấp phía Đông G.b. graueri, với các cá thể vượn nhiễm bệnh được ghi nhận tại 38% điểm nghiên cứu. Mặc dù có sự phân bố địa lý rộng khắp, song tỷ lệ mẫu phân vượn chứa trình tự giống P. vivax tại bất kỳ địa điểm nào cũng thấp: trong số 2.871 mẫu tinh tinh và 1.844 mẫu khỉ đột được phân tích, chỉ có 45 và 32 mẫu được phát hiện dương tính với PCR. Sau khi hiệu chỉnh mẫu, đồng thời tính đến độ nhạy của xét nghiệm chẩn đoán không xâm lấn đã ước tính tỷ lệ cá thể dương tính với trình tự P. vivax cho mỗi địa điểm. Các giá trị thu được là 4-8%, thấp hơn tỷ lệ hiện mắc được xác định trước đây đối với KST giống P. falciparum (Laverania ) ở vượn hoang dã, nhưng chúng rất giống với tỷ lệ KST P. vivax được báo cáo ở các quần thể người bị nhiễm bệnh đặc hữu.Ở người, ước tính điểm về nhiễm trùng rõ ràng hiếm khi vượt quá 7%, ngay cả ở những khu vực có tỷ lệ mắc cao, và tỷ lệ KST >1% cho thấy sự lây truyền ổn định.
Các địa điểm nghiên cứu thực địa được thể hiện liên quan đến phạm vi sinh sống của ba phân loài tinh tinh thông thường (P.t. ellioti màu đỏ tươi; P t. troglodytes màu đỏ và P.t. schweinfurthii màu xanh lam, khỉ đột phương Tây G. gorilla màu vàng và khỉ đột phương Đông G. beringei màu xanh lá nhạt), cũng như tinh tinh lùn P. paniscus màu xanh lá cây. Hình tròn, hình vuông và hình lục giác lần lượt xác định các địa điểm nghiên cứu thực địa nơi lấy mẫu tinh tinh, khỉ đột sống hoang dã hoặc cả hai loài. Hình bầu dục chỉ ra các địa điểm lấy mẫu tinh tinh lùn. Hình tam giác biểu thị vị trí của các trung tâm cứu hộ động vật hoang dã. Các khu vực rừng được thể hiện bằng màu xanh lá cây đậm, trong khi các khu vực khô hạn và bán khô hạn được thể hiện bằng màu vàng và màu nâu tương ứng. Các hồ lớn và sông lớn được thể hiện bằng màu xanh lam. Các đường chấm trắng biểu thị biên giới quốc gia. Các địa điểm phát hiện vi rút P. vivax ở vượn được đánh dấu màu vàng, với chữ màu đỏ cho biết cả tinh tinh và khỉ đột đều bị nhiễm bệnh.
Vì P. vivax ở người có thể gây nhiễmở gan tiềm ẩn nên đã xem xét khả năng DNA KST ở vượn có thể được bài tiết qua phân ngay cả khi không có nhiễm trùng giai đoạn máu, nên làm tăng ước tính tỷ lệ nhiễm. Để kiểm tra họ đã so sánh độ nhạy của phương pháp phát hiện KST dựa trên PCR mẫu máu và phân của những con tinh tinh bị nuôi nhốt tại một trung tâm cứu hộ động vật hoang dã. Điều quan trọng là, những con tinh tinh này được nuôi trong các chuồng ngoài trời ngay cạnh môi trường sống của vượn hoang dã, nên tiếp xúc với cùng quần thể muỗi. Dù các mẫu máu và phân không được đối chiếu, 11/48 con tinh tinh (23%) được phát hiện dương tính với P. vivax bằng phân tích máu, so với 1/68 con tinh tinh (1,5%) bằng phân tích phân. Do đó, việc phát hiện P. vivax trong phân kém nhạy hơn đáng kể so với phát hiện trong máu, rất có thể là do tải lượng KST thấp hơn và có thể đánh giá thấp số lượng vượn bị nhiễm bệnh xuống.
Hình 3. Trình tự PvDBP dựa trên phả hệ di truyền, chỉ ra đa nguồn gốc của nhóm Plasmodium vivax tại châu Phi có nhóm máu Duffy âm.
https://www.researchgate.net/publication/351535969_Contrasting_Epidemiology_and_Genetic_Variation_of_Plasmodium_vivax_Infecting_Duffy_Negatives_across_Africa/
Điều này có thể giải thích lý do không phát hiện được P. vivax ở loài tinh tinh Nigeria-Cameroon ( P.t. ellioti) và khỉ đột Cross River G.g. diehli sống hoang dã, vì chỉ có rất ít mẫu phân được thu thập. Thật vậy, sau đó họ đã xác nhận nhiễm P. vivax bằng phân tích máu ở 5 con tinh tinh Nigeria-Cameroon được lấy mẫu trong điều kiện nuôi nhốt và dù không được kiểm tra trong nghiên cứu này, tinh tinh phương Tây P.t. verus trước đây đã được chứng minh là mang KST này trong tự nhiên. Do đó, cả bốn phân loài của tinh tinh thông thường cũng như khỉ đột phương Tây và phương Đông đều bị nhiễm P. vivax, cho thấy sự tồn tại của một ổ chứa mầm bệnh đáng kể trong tự nhiên.
Với tình trạng nhiễm lan rộng cả quần thể tinh tinh và khỉ đột, hơn 700 mẫu phân tinh tinh lun từ 8 địa thu thập khác nhau cho kết quả âm tính với P. vivax là một điều đáng ngạc nhiên. Vì tinh tinh lùn sống hoang dã cũng không có KST liên quan đến P. falciparum, nhưng lại dễ bị nhiễm P. falciparum ở người khi bị nuôi nhốt, nên phát hiện này có thể phản ánh sự khan hiếm các vectơ muỗi truyền. Ở người, một đột biến (T thành C tại vị trí -33) trong vị trí liên kết yếu tố phiên mã GATA-1 trong vùng khởi động của gen DARC tạo ra khả năng đề kháng nhiễm P. vivax, nhưng phân tích trình tự của cùng vùng này trong 134 mẫu vượn, gồm 28 mẫu từ tinh tinh lùn cho thấy không có mẫu nào có sự thay thế này. Ngoài ra, tất cả gen DARC của loài vượn được phân tích đều mã hóa kháng nguyên nhóm máu với axit aspartic ở axit amin 42, thay vì glycine được tìm thấy trong alen Fy a bảo vệ ở người.
Câu hỏi đặt ra liệu các loài linh trưởng khác ở Trung Phi có thể mang KST giống P. vivax hay không. Sử dụng cùng một cặp mồi PCR đặc hiệu cho P. vivax, sàng lọc 998 mẫu máu từ 16 loài khỉ Cựu Thế giới đã được thu thập trước đó cho các nghiên cứu dịch tễ học phân tử về virus suy giảm miễn dịch ở khỉ. Khi thử nghiệm các mẫu từ 11 điểm khác nhau ở miền Nam Cameroon và vùng phía Tây của Congo không phát hiện nhiễm P. vivax ở bất kỳ con vật nào được thử nghiệm. Dù 501 trong số 998 mẫu máu (50,2%) cho ra sản phẩm khuếch đại PCR, tất cả đều đại diện cho nhiễm trùng Hepatocystis spp. được xác định bằng phân tích trình tự. Do đó, không tìm thấy bằng chứng về ổ chứa P. vivax ở các loài khỉ châu Phi này.
(còn nữa) --> Tiếp theo Phần 2
TS.BS. Huỳnh Hồng Quang
Viện Sốt rét-KST-CT Quy Nhơn