Giải quyết những bí ẩn y học

Nhà hóa sinh Joe DeRisi nói về cách thức mới và tuyệt vời để chẩn đoán các virus (và điều trị các bệnh mà chúng gây ra) bằng cách sử dụng ADN. Bài phát biểu của ông có thể giúp chúng ta hiểu được bệnh sốt rét, SARS, cúm gia cầm - và 60 phần trăm các nhiễm trùng do virus thông thường không chẩn đoán được.

Làm sao để chúng ta có thể nghiên cứu

các nhóm virus xung quanh mình
cũng như thuốc đặc trị?

Làm sao để chúng ta có thể gói gọn
kiến thức đã có về virus

vào trong một quyển sổ tay chẩn đoán
đơn giản?

Tôi muốn đưa mọi thứ ta biết
hiện nay về việc phát hiện virus

và loại các loại các virus

vào trong 1 con chip nhỏ.

Khi chúng tôi bắt đầu nghĩ về dự án này--

cách thức làm một phân tích
chẩn đoán đơn giản

để xác định đồng thời các tác nhân
gây bệnh--

thì có một số vấn đề phát sinh.

Trước hết, những con virus
rất phức tạp,

và chúng thay đổi rất nhanh.

Đây là 1 virus picorna.

Virus picorna -- chúng gây ra

bệnh cảm thông thường và bại liệt
hay những thứ tương tự.

Bạn đang nhìn vào lớp
vỏ ngoài của virus,

và màu vàng là phần của virus

thay đổi rất nhanh,

và những phần xanh thay đổi không nhanh.

Khi người ta nghĩ về việc chế tạo
chất phát hiện virus,

thì vấn đề tiến hóa quá nhanh của virus là
điều gây khó khăn,

vì làm sao xác định
được thứ luôn đổi?

Nhưng sự tiến hoá luôn
ở trạng thái cân bằng:

nơi nào bạn có sự thay đổi nhanh chóng
thì cũng có thứ cần phải duy trì--

điều này hầu như không bao giờ thay đổi.

Chúng tôi đã quan sát mẫu này
một cách kĩ lưỡng hơn,

và sau đây
là dữ liệu.

Đây là vài thứ bạn có thể
làm trên máy tính bàn.

Tôi lấy một đám virus picorna, như

virus cảm lạnh, bại liệt và bệnh tương tự,

và tôi chia chúng ra thành nhiều phần.

Và lấy ra mẫu đầu tiên,
được gọi là coxsackievirus,

và chia chúng vào những ô nhỏ.

Tôi sẽ tô xanh những ô nào

có trong bộ gen của virus loại này
chứa một chuỗi đồng nhất với virus loại kia.

với loại virus bệnh kia.

Những chuỗi trên đây--

chúng thậm chí không
mã hóa cho protein--

lại hầu như đồng nhất tuyệt đối với nhau,

do đó tôi có thể sử dụng dãy này
như một vật làm dấu

để phát hiện dải quang phổ rộng của virus,

mà không cần phải làm gì đó quá đặc biệt.

Trên đây là ví dụ về sự đa dạng:

chính là nơi mà chúng phát biến
đổi mạnh mẽ.

Dưới đây bạn có thể thấy sự phát triển
diễn ra chậm lại: sự kém đa dạng.

Trong lúc đó,

virus gây liệt cấp tính ở loài ong--

bạn sẽ biêt nó tệ thế nào
nếu bạn là một con ong--

virus này hầu như không có
điểm chung với coxsackievirus,

nhưng tôi cam đoan với bạn rằng
chuỗi gen vẫn hầu như nguyên vẹn

giữa những virus ở phía bên phải màn hình

ở cùng vùng với nhau bên phải, phía trên.

Vì thế chúng ta có thể tóm gọn
những vùng đồng nhất này

thông qua sự phát triển,
cách thức tiến hóa của virus

chỉ với việc chọn các phân tử DNA hoặc RNA

trong các vùng này để tương ứng với
con chip như thể hợp chất phát hiện virus.

Đó là những gì chúng tôi đã làm
nhưng làm sao làm được điều đó?

Một thời gian dài từ khi
còn ở lớp cao học,

tôi đã tốn thời gian làm chip DNA--

tức là in mẫu DNA trên kính.

Đó là thứ bạn thấy:

Những chấm muối nhỏ là
những DNA được đính lên mặt kính

và tôi có thể đặt hàng ngàn
DNA lên con chip thủy tinh

và dùng chúng như
hợp chất phát hiện virus.

Chúng tôi đem con chip
tới Hewlett-Packard

dùng kính hiển vi nguyên tử
để quan sát

và đây là những gì bạn thấy

Bạn có thể thực sự thấy được các sợi
của DNA nằm trên tấm kính.

Và những gì chúng ta đang làm chỉ
là in DNA lên kính,

những thứ nhỏ bé này sẽ là
chỉ điểm cho tác nhân gây bệnh.

Tôi tạo ra vài con robot ở
phòng thí nghiệm để chế tạo chip,

Và tôi là một người rất thích
truyền bá công nghệ.

Nếu bạn có đủ tiền để mua một chiếc Camry,

bạn cũng có thể tạo ra
một trong số chúng.

Chúng tôi đã viết một bản hướng dẫn
kỹ càng, hoàn toàn miễn phí, trên website,

với những phần về cơ bản đã được làm sẵn.

Bạn có thể tạo ra một cái máy
sắp xếp DNA ngay trong gara.

Đây là phần chứa công tắc dừng
trong mọi trường hợp khẩn cấp.

( cười )

Mọi thiết bị quan trọng đều phải có
một nút bấm thật to màu đỏ.

Nhưng nó hơi to quá.

Bạn có thể thực sự tạo ra
chip DNA trong gara của mình

và giải mã vài chương trình gen khá nhanh.
Nó khá là thú vị.

( cười )

Và đó là những gì chúng tôi đã làm
và đây thực sự là một dự án độc đáo.

Chúng tôi bắt đầu làm
con chip virus hô hấp

Tôi đã nói về điều đó --

bạn biết đấy, lúc bạn
bước vào phòng khám

và không được chẩn đoán?

Đặt những virus hô hấp
cơ bản trên người

vào một con chip và đưa virus herpes
vào để thêm phần thú vị --

Tại sao không chứ?

Việc đầu tiên bạn làm như
một nhà khoa học

là đảm bảo chip hoạt động.

Và những gì chúng tôi đã làm là,
lấy các tế bào nuôi cấy mô

lây nhiễm chúng bằng các virus khác nhau,

sau đó lấy những thứ đó đi và dán nhãn
huỳnh quang lên các axit nucleic,

thành phần gen sẽ thoát ra
các tế bào nuôi cấy mô-

hầu hết là thành phần virus- và đặt chúng
vào mảng để thấy nơi chúng bám vào.

Nếu chuỗi DNA khớp,
chúng sẽ dính vào nhau

Và bạn có thể nhìn thấy các điểm.

Trong các điểm sáng
chắc chắn chứa virus.

Đây là hình ảnh của một con chip,

Các điểm đỏ, thực chất
là dấu hiệu của virus.

Mỗi điểm đại diện cho
một họ các dòng virus

hoặc các loài virus.

Thật khó để nhìn mọi thứ bằng cách đấy,

do đó tôi sẽ mã hóa chúng như mã vạch,

được nhóm theo dòng, bạn sẽ thấy được
kết quả theo một cách hết sức trực quan.

Việc chúng tôi làm là
lấy tế bào đã cấy mô

và lây nhiễm chúng với virus adeno,

bạn có thể thấy vạch vàng
cạnh virus adeno.

Và tương tự, chúng tôi
lây nhiễm chúng với parainfluenza-3

virus quai bị và bạn sẽ thấy một vạch nhỏ.

Sau đó chúng tôi tiến hành với
virus hô hấp hợp bào.

Đó là tai họa ở khắp
các trung tâm nhà trẻ

nó cơ bản giống như chất nhầy trong mũi.

( cười )

Bạn có thể thấy mã vạch này
là cùng một họ,

tuy nhiên nó khác xa parainfluenza-3,

thứ có thể khiến bạn cảm lạnh rất nặng.

Chúng tôi tìm ra vân tay virus

Polio và Rhino: chúng là một gia đình,
rất thân thiết

Rhino là bệnh cảm,
polio thì ai cũng đã rõ.

Và bạn có thể thấy các dấu hiệu khác biệt.

Và Kaposi's sarcoma
kết hợp với virus herpes

cho ra một dấu hiệu tích cực dưới đây.

Và nó không phải đường sọc hay thứ gì

báo với tôi có virus loại nào ở đây;

mà chính mã vạch với số lượng lớn
là thứ đại diện cho toàn bộ.

Tôi có thể quan sát một con virus rhino

đây là hình phóng to
mã vạch virus rhino

nhưng các loại virus rhino khác thì sao?

Làm sao tôi biết mình đang có loại nào?

Có 102 chủng loại cảm lạnh được biết đến,

Và chỉ 102 vì họ đã chán tập hợp chúng

Mỗi năm có thêm một chủng mới

Và đây là 4 virus rhino khác nhau

và có thể thấy bằng mắt thường

mà không ghép mẫu lên máy tính

thuật toán phần mềm nhận diện

Bạn có thể phân biệt các mã vạch

Nó không cần thiết

Vì tôi biết chuỗi gen virus

Tôi làm con chip

rõ ràng là để có thể phân biệt chúng,

nhưng còn các nhóm virus rhino mà ta
chưa bao giờ thấy bộ gen sắp xếp ra sao?

Không rõ về chuỗi,
chúng tôi đưa chúng ra.

Và đây là 4 loại virus rhino

mà chúng tôi chưa bao giờ biết đến.

Chưa ai nhận diện trình tự gen của chúng
và bạn cũng có thể thấy

các mẫu độc nhất và phân biệt được.

Bạn có thể tưởng tượng việc xây dựng
vài thư viện, thật hoặc ảo,

về "vân tay" của hầu hết các loại virus.

Nhưng điều đó, mặt khác, quá đơn giản
bạn biết mà đúng không?

Bạn có các tế bào cấy mô
với cả loạt virus.

Còn về người thật thì sao?

Bạn biết không thể
kiểm soát con người.

Bạn không biết một người sẽ
ho những cái gì vào một cái chén,

và điều đó có lẽ thật sự
phức tạp, phải không?

Nó có thể chứa nhiều vi khuẩn,
có thể có nhiều hơn 1 con virus

và chắc chắn có chất liệu gen từ vật chủ.

Vậy phải làm thế nào?

Làm sao để tạo ra 1 gen chứa sẵn virus đó?

Điều đó thực ra khá đơn giản.

Tôi đang tiến hành rửa mũi.

Và ý tưởng ở đây là tiêm nhiễm
thực nghiệm virus lên cơ thể người.

Đó là những gì đã được ủy ban xét duyệt
thông qua và họ được trả tiền cho việc đó.

Và về cơ bản, chúng tôi đã tiêm nhiễm
thực nghiệm trên người

virus cảm thường.

Hay thậm chí tốt hơn, hãy cùng đưa người

ra phòng cấp cứu

việc lây nhiếm qua đường hô hấp, dễ
lan rộng ra cộng đồng và chưa xác định.

Bạn sẽ không biết cái gì vừa đi qua cửa.

Do đó, trước tiên, hãy cùng bắt đầu với
mẫu gen chứa sẵn virus,

trên một cơ thể người khỏe mạnh.

Họ phun virus lên trên mũi,

hãy xem có chuyện gì.

Ngày 0: không có gì bất thường xảy ra.

Họ sạch sẽ và khỏe mạnh. Thật ngạc nhiên!

Thực sự chúng tôi nghĩ
mũi có đầy virus

ngay cả khi bạn khỏe.

Khá sạch. Nếu khỏe,
bạn cũng khá khỏe đấy.

Ngày 2: chúng tôi có một mẫu
virus rhino ở trạng thái khỏe mạnh,

rất giống mẫu trong phòng thí nghiệm

khi tiến hành cấy mô.

Nó thú vị nhưng khó hiểu đúng không

Chúng tôi để tất cả virus vào mũi cậu bé

( Cười )

Ý tôi là chúng tôi muốn nó hoạt động.
Và quả thật cậu bé đã bị cảm lạnh.

Vậy những người cách xa đường phố thì sao?

Hai cá thể vô danh này có mã ID đại diện

Chúng đều có virus rhino, những mẫu
chúng tôi chưa từng thấy trong phòng lab.

Chúng tôi giải mã
các phần của virus;

chúng giờ là những con virus rhino mới
hiện nay chưa ai thấy.

Hãy nhớ, chuỗi gen bảo tồn khi tiến hóa

chúng ta dùng trong mảng
giúp ta phát hiện

các virus lạ, thậm chí chưa rõ đặc điểm

vì chúng ta đã lựa chọn dấu hiệu
được bảo tồn suốt chiều dài tiến hóa.

Đây là một anh chàng khác. Bạn có thể
tự mình chẩn đoán ở đây.

Những khối khác biệt này đại diện

các virus khác nhau của họ virus quai bị,

hãy đi xuống các khối

và quan sát vị trí
của các dấu hiệu.

Không có bệnh nào của chó ở đây,
điều đó có vẻ tốt đấy.

( Cười )

Nhưng lúc bạn tới khối thứ 9,

bạn sẽ nhận ra virus hợp bào hô hấp.

Có thể chúng có thế hệ sau nữa. Và sau đó,
bạn cũng có thể thấy,

thành viên liên quan trong họ: RSVB.

Điều đó thật tuyệt.

Đây là một cá thể khác, được lấy mẫu
vào hai ngày riêng biệt

bằng việc quay lại
phòng khám vào ngày khác

Mẫu này có chứa parainfluenza-1,

bạn có thể thấy, ở đây có một ít vết sọc

của virus Sendal : parainfluenza chuột

Mối quan hệ di truyền rất gần gũi

Chúng tôi làm con chip

Chúng tôi đã làm một con chip chứa
các loại virus được biết từ trước tới nay.

Tại sao không? Virus trên cây,
côn trùng, virus ở biển.

Mọi thứ chúng tôi lấy
được ở ngân hàng gen,

kho chứa quốc gia về các chuỗi gen.

Chúng ta dùng chíp để làm gì

Đầu tiên cần chíp lớn cỡ này

cần ít kiến thức tin học

Chúng tôi tạo ra máy tự chuẩn đoán

Và ý tưởng ở đây là chúng ta chỉ việc
sử dụng các mẫu ảo,

vì ta không bao giờ
có mọi mẫu virus--

Đó là điều thực sự không tưởng.
Nhưng lại nhận được mô hình ảo

và so sánh chúng với kết quả quan sát,

phức tạp đánh giá

mức độ tương tự virus rhino và virus khác

Và nó trông thế này đây

Ví dụ bạn dùng một tế bào cấy mô

thứ bị u nhú lây nhiễm

Sẽ có thiết bị thông tin

Và thuật toán phát hiện là u nhú 18

Các tế bào cấy mô

đã nhiễm mãn tính

Hãy thử việc khó hơn

Để máy nơi khám

khi có bệnh nhân, và bệnh viện không biết phải làm gì

Vì họ không chuẩn đoán được, họ gọi điện

Ý tưởng này sẽ được làm ở Bayrena

Và 3 tuần trước, tình huống
này đã diễn ra.

Chúng tôi gặp một cô gái khỏe mạnh
28 tuổi, chưa từng đi đâu xa,

không thuốc lá, không rượu bia.

Có bệnh án 10 ngày sốt cao,
đổ mồ hôi đêm, có máu trong đờm,

cô ấy ho ra máu, chấn thương cơ bắp.

Cô ấy đến phòng khám và
được phát thuốc kháng sinh

sau đó trở về nhà.

Cô ấy trở lại sau mười ngày bị sốt,
đúng không nhỉ? Và cô ấy vẫn còn sốt.

và cô ấy thiếu oxy, cô ấy không có
nhiều oxy dự trữ trong phổi.

Họ đã chụp cắt lớp.

Một lá phối bình thường ở chỗ này thì màu
phải đen hoặc tối.

Toàn bộ đây lại màu trắng,
rất không tốt.

Cấu trúc đám cây và chồi này
chỉ ra rằng chỗ đó đã bị viêm;

có vẻ như ở đây đã có sự lây nhiễm.

Và sau đó bệnh nhân đã được điều trị

với thuốc kháng sinh doxycycline,
và cephalosporin đời ba,

Tới ngày thứ ba nó không còn hữu hiệu nữa:
việc điều trị đã thất bại nghiêm trọng.

Họ phải luồn ống vào khí quản
để giúp cô gái hô hấp

Và bắt đầu thông khí cho cô ấy.

Cô gái đã không thể tự thở được nữa.

Tiếp theo phải làm gì? Không ai biết được.

Họ đã thay đổi thuốc kháng sinh cho cô ấy,

Tamiflu

Không rõ tại sao họ nghĩ cô gái bị cúm,

nhưng họ đã đổi sang dùng Tamiflu.

Và đến ngày thứ sáu về cơ bản
họ đã bỏ cuộc

Bạn buộc phải tiến hành sinh thiết phổi
khi mà bạn không còn lựa chọn nào khác.

Tỉ lệ tử vong khi sử dụng cách này là 8%,

và về cơ bản, bạn học được điều gì từ đây?

Bạn đang thấy sinh thiết phổi của cô gái.

Bạn không thể rút ra được gì nhiều từ đây.

Những gì bạn có thể nói là có nhiều
vết sưng tấy: viêm phế quản.

Nó không được tiết lộ: Đó là báo cáo
của chuyên gia bệnh lí học.

Vậy họ đã thử nghiệm cô gái
với mục đích gì?

Có thí nghiệm riêng,

và họ đã kiểm tra cô ấy
với hơn 70 xét nghiệm,

với tất cả các loại vi khuẩn,
nấm cũng như virus thử nghiệm

bạn có thể thấy những thứ đã có từ trước:

SARS, metapneumovirus, HIV,
RSV-- tất cả chúng .

Kết quả âm tính và việc này mất 100.000$

ý tôi là họ giành số tiền lớn cho cô gái

Đến ngày thứ tám họ gọi chúng tôi

Họ cho chung tôi hút khí quản

Một ít chất lỏng từ họng

từ cái ống ở đó và đưa cho chúng tôi

Chúng tôi đặt lên con chip, thấy được gì?
Kết quả, chúng tôi thấy parainfluenza-4.

Parainfluenza-4 là cái quái gì chứ?

Không ai kiểm tra parainfluenza-4.
Chẳng ai để ý gì về nó cả.

Thực tế, nó thậm chí không được
giải mã nhiều.

Chỉ có một phần nhỏ của nó được giải mã.

Hầu như không có nghiên cứu nào về nó.

Thậm chí chưa có ai từng để ý về nó,

vì không ai có manh mối nào về việc
nó có thể gây ra suy hô hấp.

Đó là lí do? Chỉ toàn lí thuyết.
Chẳng hề có dữ liệu nào--

không có bất cứ dữ liệu nào xác minh việc
nó gây ra chứng bệnh nặng nhẹ ra sao.

giờ thì chúng ta có một trường hợp về tình trạng suy giảm sức khỏe của một người

OK, đó là một tình huống.

Tôi sẽ nói với bạn một điều
vào 2 phút cuối

điều này chưa được công bố--
nó sẽ được thông báo vào ngày mai

và nó là một tình huống thú vị về
cách bạn có thể dùng con chip

để tìm kiếm thứ mới và mở ra cánh cửa mới.

Ung thư tuyến tiền liệt. Tôi sẽ không
đưa nhiều con số thống kê cho các bạn

về căn bệnh này. Hầu hết các bạn
đã có những hiểu biết về nó:

bệnh ung thư gây tử vong
nhiều thứ ba ở Mỹ.

Rất nhiều các yếu tố rủi ro,

nhưng có một nhân tố gen dễ
gây ra ung thư tuyến tiền liệt.

Chiếm 10% nguyên nhân gây bệnh này

có những người rất dễ mắc phải bệnh này.

Và gen đầu tiên được vẽ trên bản đồ
trong nghiên cứu về quần thể về bệnh này,

ở giai đoạn đầu của bệnh,
là một gen được gọi là RNASEL.

Đó là cái gì? Chính là một loại
enzym kháng virus.

Chúng ta ngồi quanh đây và suy ngẫm.

" Tại sao người có đột biến gen--

một lỗi trong hệ thống enzym kháng virus
lại bị ung thư tuyến tiền liệt?

Điều đó thật vô lí-- trừ phi,
có thể có một con virus?"

Và chúng tôi đưa các khối u ra ngoài và
bây giờ đã có hơn 100 khối u trong danh sách hội thẩm.

Và chúng tôi biết cái nào mắc lỗi
trong RNASEL và cái nào không.

Tôi đang chỉ cho các bạn thấy
các tín hiệu từ con chip ở đây,

và đang cho các bạn quan sát các khối
oligo nucleotit của virus retro.

Và cái tôi muốn nói với
các bạn từ dấu hiệu

là những người có đột biến
trong enzym kháng virus này,

và có một khối u, sẽ có 40%
trường hợp-- thường có

một tín hiệu báo trước
sự xuất hiện của virus retro mới.

OK, khá là lộn xộn. Vậy nó là cái gì?

Nhân bản virus.

Đầu tiên có một dự đoán

Nó giống virus ở chuột

Kết quả không cho ta biết nhiều

vậy chúng ta nhân bản toàn bộ.

Và gen virus mà các bạn đang thấy đây?

Nó là một con virus retro gamma cổ điển,
nhưng nó hoàn toàn mới;

chưa ai từng thấy nó.

Họ hàng gần nhất của nó,
thực tế, từ những con chuột,

và chúng tôi gọi đó là
virus retro xenotropic,

bởi vì nó lây nhiễm loài khác
nhiều hơn loài chuột.

Và đây là một mô hình cây về gen

để thấy liên kết của nó
với các virus khác.

Chúng tôi hiện nay đã tiến hành
dự án này cho nhiều bệnh nhân,

và chúng tôi có thể nói rằng tất cả
đều lây nhiễm độc lập.

Họ đều có cùng virus,

tuy nhiên, họ đủ khác nhau để
có lý do tin rằng

kết quả thu được hoàn toàn độc lập.

Có thật nó ở trong mô?
Tôi sẽ trả lời: Có.

Chúng ta lấy các lát nhỏ của những
sinh thiết từ mô của khối u

và sử dụng vật liệu gen để định vị virus,

và chúng tôi tìm được các tế bào
ở đây với những con virus bên trong.

Nhưng người này thực sự có chứa virus.

Virus gây ra ung thư tuyến tiền liệt?

Không có điều nào tôi đang nói ở đây
ngụ ý điều đó cả. Tôi cũng không rõ nữa.

Đó có phải là cầu nối của sự phát sinh? Tôi không biết nữa.

Đây là trường hợp đàn ông dễ
bị virus tấn công hơn bình thường không?

Có thể. Và có thể nó chẳng có
liên hệ gì tới bệnh ung thư cả.

Song đó là hướng đi.

Chúng tôi có sự kết hợp chặt chẽ giữa
sự có mặt của virus này

với một chứng đột biến gen
liên quan tới bệnh ung thư.

Chúng ta đang ở đó.

Và tôi lo ngại rằng, nó gợi mở ra
nhiều câu hỏi hơn là câu trả lời,

đó là "nghề" của khoa học,
bạn biết mà.

Nó được mọi người trong phòng lab làm ra--

tôi không thể công nhận hầu hết những điều này

Tôi và Don đã cộng tác

Đây là chàng trai đã bắt đầu
dự án trong phòng thí nghiệm của tôi,

và cũng là người làm
vụ tuyến tiền liệt.

Cảm ơn các bạn rất nhiều. (Vỗ tay)