Trường Đại học khoa học nghiên cứu thành công bộ sinh phẩm phát hiện SARS-CoV-2

18/08/2020 16:48 Tùng Dương
GDVN- Sử dụng chất phát quang Sybr Green có ưu điểm độ nhạy cao, khuếch đại những gene ngắn, đặc biệt chu kỳ nhiệt có thời gian ngắn giúp chẩn đoán nhanh, giảm chi phí.

Hôm nay (18/8), Ủy ban nhân dân tỉnh Thái Nguyên đã tổ chức họp báo công bố kết quả nhiệm vụ khoa học và công nghệ "Nghiên cứu và phát triển bộ sinh phẩm phát hiện Sars-CoV-2 virus bằng kỹ thuật Realtime PCR".

Giáo sư Phạm Hồng Quang - Bí thư Đảng ủy, Giám đốc Đại học Thái Nguyên phát biểu tại họp báo. ảnh: TL.

Giáo sư Phạm Hồng Quang - Giám đốc Đại học Thái Nguyên; lãnh đạo Trường Đại học Khoa học cùng các thành viên nhóm nghiên cứu. ảnh: TL.

Dịch bệnh Covid-19 chỉ trong một thời gian ngắn đã trở thành một đại dịch mang tính toàn cầu, ảnh hưởng tới 215 quốc gia và vùng lãnh thổ, với 22 triệu người mắc và gần 800 nghìn người đã tử vong.

Tại Việt Nam, tính đến 11h30 ngày 18/8/2020 đã có 962 ca nhiễm SARS-CoV-2, trong đó có 24 ca tử vong chủ yếu tập trung tại các thành phố lớn là Đà Nẵng, Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh.

Trước tình hình dịch bệnh hiện vẫn đang diễn biến phức tạp đòi hỏi công tác phòng chống dịch bệnh vẫn luôn phải sẵn sàng, để kịp thời đối phó với dịch bệnh.

Vừa qua, Việt Nam đã sản xuất thành công 02 bộ sinh phẩm phát hiện SARS-CoV-2 mang tên One-step RT-PCR Covid-19 kit và RT-LAMP Covid-19 kit.

Tuy nhiên, giá thành của bộ kit vẫn còn cao so với mặt bằng thu nhập của người dân và chưa đáp ứng đủ nhu cầu trong nước trong trường hợp dịch bệnh bùng phát.

Tính cấp thiết của đề tài

Tiến sĩ Nguyễn Phú Hùng - Trưởng khoa Khoa Công nghệ sinh học, Trường Đại học Khoa học (thuộc Đại học Thái Nguyên), chủ nhiệm đề tài này, cho biết: “Để góp phần vào công tác phòng chống dịch bệnh Covid-19, nhóm nghiên cứu của trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên đã tiến hành nghiên cứu phát triển bộ sinh phẩm chẩn đoán virus SARS-CoV-2.

Bằng kỹ thuật Realtime PCR sử dụng chất phát tín hiệu huỳnh quang Sybr Green, đề tài thuộc nhiệm vụ khoa học cấp tỉnh “Nghiên cứu và phát triển bộ sinh phẩm phát hiện SARS-CoV-2 virus bằng kỹ thuật Realtime PCR”.

Trong nghiên cứu này, gene E được chọn làm gene đích để phát hiện vật chất di truyền (RNA) của virus.

Việc phát hiện virus SARS-CoV-2 sử dụng chất phát quang Sybr Green có ưu điểm là độ nhạy cao, cho phép khuếch đại những đoạn gene ngắn, đặc biệt chu kỳ nhiệt có thời gian ngắn giúp rút ngắn thời gian chẩn đoán, giảm chi phí hóa chất dùng trong sản xuất sinh phẩm”.

Chủ nhiệm đề tài – Tiến sĩ Nguyễn Phú Hùng chia sẻ về kết quả nghiên cứu phát triển bộ sinh phẩm chẩn đoán virus SARS-CoV-2. ảnh: TL.

Theo Tiến sĩ Hùng: “Phát triển được bộ sinh phẩm và quy trình phát hiện virus SARS-CoV-2 có độ nhạy và độ đặc hiệu từ 95% trở lên với giá thành giảm từ 15 - 30%, thời gian phát hiện giảm từ 15 - 30 phút so với các bộ kit hiện nay đang sử dụng trong nước.

Mặc dù, tình hình dịch bệnh trong nước được kiểm soát tốt nhưng Việt Nam vẫn đang thực hiện nghiêm việc kiểm soát nhập cảnh đối với người ngoài vì diễn biến dịch bệnh trên thế giới diễn biến hết sức phức tạp.

Vì vậy, việc nghiên cứu và sản xuất những bộ kit mới dựa trên nền tảng của Realtime PCR có khả năng phát hiện SARS-CoV-2 trong thời gian ngắn hơn, giá thành thấp hơn những vẫn đảm bảo độ nhạy và độ đặc hiệu cao luôn luôn là cần thiết, nhất là trong thời điểm hiện nay”.

Biến đổi di truyền của virus SARS-CoV-2

Sử dụng tất cả dữ liệu giải trình tự sâu của toàn bộ genome của virus SARS-CoV-2 trên toàn thế giới, Naveen Vankadari đã xác định được hàng trăm đột biến điểm hoặc các đa hình đơn nucleotide trong genome của virus SARS-CoV-2.

Đây có thể là nguyên nhân dẫn tới sự thay đổi liên tục về khả năng lây nhiễm cũng như độc lực và làm gia tăng tỷ lệ mắc và tỷ lệ tử vong bởi SARS-CoV-2.

Từ dữ liệu về genome virus SARS-CoV-2 phân lập từ 12 quốc gia khác nhau, nhóm nghiên cứu đã chỉ ra rằng, trong số hàng trăm biến đổi di truyền có thể có tới 47 đột biến có ảnh hưởng tới độc lực cũng như khả năng đáp ứng các thuốc điều trị kháng virus sử dụng trong điều trị Covid-19.

Đặc biệt chú ý, gene mã hóa cho protein gai của virus (spike glycoprotein) hay còn gọi là protein S tăng đột biến. Cùng với đó các gene Nsp1, RdRp và vùng ORF8 đã bị biến đổi nặng nề trong vòng 3 tháng, trong quá trình lây truyền từ người sang người.

Nghiên cứu và phát triển bộ sinh phẩm phát hiện SARS-CoV-2 virus bằng kỹ thuật Realtime PCR đã thành công và đang trong quá trình hoàn tất các thủ tục đưa vào sử dụng chống dịch Covid-19. Ảnh: TL.

Đột biến D614G trên gene mã hóa cho protein S, đây là protein có chức năng giúp virus bám dính vào tế bào chủ. Các nghiên cứu khác nhau đều chỉ ra rằng, đột biến này đang chiếm phổ biến ở các quốc gia hiện nay.

Đột biến tại vị trí 614 trên gen S đã làm thay đổi amino acid aspartic thành glycin. Biến đổi này đã giúp cho virus tương tác hiệu quả với thụ thể ACE2 của tế bào chủ và làm tăng khả năng lây nhiễm gấp nhiều lần so với chủng đầu tiên.

Thêm vào đó, bằng các chẩn đoán Realtime RT-PCR, các bệnh nhân mắc Covid-19 mang đột biến này đều cho thấy virus được phát hiện ở chu kỳ PCR sớm hơn.

Đột biến này giúp cho chủng G614 dần thay thế chủng D614 ở nhiều quốc gia khác nhau trên thế giới trong đó điển hình là tại Mỹ.

Đại học sư phạm Thái Nguyên công nhận tốt nghiệp cho 408 thạc sĩ, tiến sĩ
Đại học sư phạm Thái Nguyên công nhận tốt nghiệp cho 408 thạc sĩ, tiến sĩ

Những thay đổi liên tục trên genome của virus SARS-CoV-2 đã và đang tạo ra thách thức nhất định đối với việc chẩn đoán bằng kỹ thuật Realtime PCR.

Nếu những mẫu dò được thiết kế vào vùng gene có nhiều đột biến như gene ORF hoặc gene S, gene N đều có nguy cơ bỏ sót các đột biến không bắt cặp với các mẫu dò hoặc trình tự mồi.

Thêm vào đó, thay đổi trên các gene mã hóa kháng nguyên đặc trưng của virus cũng sẽ tạo ra những khó khăn nhất định cho việc nghiên cứu và sản xuất vacxin phòng bệnh Covid-19.

Tuy nhiên cho đến thời điểm hiện tại, một số kit trên thế giới đã bộc lộ hạn chế về độ nhạy, độ đặc hiệu khi các kết quả trả về có các trường hợp dương tính giả và âm tính giả.

Với đặc điểm của chủng SARS-CoV-2 có hệ gene là RNA kém bền vững, tần số đột biến cao, khả năng biến chủng đa dạng, việc nghiên cứu và chế tạo bộ Kit sinh phẩm phát hiện SARS-CoV-2 là hết sức cần thiết, khẩn cấp khi tình hình dịch bệnh trên thế giới vẫn đang diễn biến phức tạp.

Thainguyen Kit - SARS-CoV-2 Realtime-PCR

Theo Tiến sĩNguyễn Phú Hùng: “Sybr Green là hóa chất nhuộm huỳnh quang sử dụng trong các thí nghiệm sinh học phân tử vì khả năng liên kết với DNA.

Sybr Green được sử dụng phổ biến trong việc phát hiện sự có mặt của DNA/RNA bằng phương pháp Realtime PCR, ứng dụng trong các phân tích và chẩn đoán bệnh.

Việc sử dụng Sybr Green nhằm phát hiện sự có mặt của RNA SARS-CoV-2 trong mẫu bệnh phẩm đã được nghiên cứu. Ưu điểm của Sybr Green đó là cho phép chẩn đoán thông qua phân tích đường cong nóng chảy Tm, giúp phát hiện chính xác chủng virus trong mẫu bệnh phẩm.

Như vậy, tính đặc hiệu trong việc xác định đúng chủng virus trong mẫu bệnh phẩm là rất quan trọng trong việc chẩn đoán bệnh nhân nghi nhiễm có mắc SARS-CoV-2 thật sự hay không.

Trường Đại học Khoa học gây ấn tượng mạnh về nghiên cứu cơ bản và ứng dụng
Trường Đại học Khoa học gây ấn tượng mạnh về nghiên cứu cơ bản và ứng dụng

Bên cạnh đó, phản ứng Realtime PCR sử dụng chất phát huỳnh quang Sybr Green sử dụng cặp mồi đặc hiệu cho phân tử DNA đích mà không đòi hòi thiết kế mẫu dò như các phản ứng Realtime PCR thông thường.

Cặp mồi được lựa chọn dựa trên vùng trình tự bảo thủ của genome virus, tránh các vị trí dễ xảy ra bắt cặp sai và tránh xảy ra hiện tượng bắt cặp giữa mồi xuôi với mồi ngược.

Nhiệt độ bắt cặp mồi và nồng độ mồi cũng được tối ưu hóa như các phản ứng PCR thông thường. Realtime PCR thường được sử dụng Sybr Green phát hiện một đích duy nhất dễ dàng thao thác và giảm được chi phí trong chẩn đoán.

Với một cặp mồi duy nhất và thiết kế ở vùng bảo thủ sẽ hạn chế việc bỏ sót các thể đột biến của SARS-CoV-2.

Gene E hiện chưa có đột biến nào được phát hiện, chính vì vậy đây là một gen mục tiêu rất đáng quan tâm để phát hiện SARS-CoV-2 trong tình hình virus có rất nhiều biến đổi khác nhau đã tìm thấy trên gene N và gene S.

Hạn chế lớn nhất của Realtime PCR là khả năng tạo sản phẩm phụ do các mồi sẽ tạo ra tín hiệu dương tính giả.

Chính vì vậy, việc thiết kế, sàng lọc lựa chọn các cặp mồi đòi hỏi thời gian và nhiều thử nghiệm để tối ưu điều kiện phản ứng”.

Bộ sinh phẩm Thainguyen Kit - SARS-CoV-2 Realtime-PCR được nghiên cứu, chế tạo đã đạt được các tiêu chuẩn về chất lượng của sinh phẩm chẩn đoán, đã được kiểm định bởi Viện kiểm định Quốc gia Vắc xin và sinh phẩm phẩm y tế, Bộ y tế ngày 25/6/2020.

- Có độ nhạy lâm sàng đạt 100%.

- Độ đặc hiệu lâm sàng đạt 100%.

- Độ đặc hiệu phân tích đạt 100%.

- Ngưỡng phát hiện từ 10 - 50 copy/phản ứng.

- Có độ bền (ổn định) trong điều kiện đá gel (2 - 80C) trong 72h.

Thời gian thực hiện phản ứng Realtime PCR dao động từ 54 phút đến 1h 10 phút tùy theo từng hệ thống PCR, nhanh hơn so với hầu hết các bộ Kit Realtime PCR hiện nay từ 25 -30 phút.

Giá thành bộ Kit SARS-CoV-2 Realtime PCR dự kiến giảm khoảng 15 - 30% so với một số bộ Kit đang được sử dụng hiện nay trên thị trường.

Ngày 27/3/2020, Uỷ ban nhân dân tỉnh Thái Nguyên đã có Thông báo số 28/TB-UBND kết luận của Chủ tịch Vũ Hồng Bắc đồng ý chủ trương phối hợp Đại học Thái Nguyên để nghiên cứu và triển khai thực hiện nhiệm vụ.

Uỷ ban nhân dân tỉnh đã có quyết định 1421/QĐ-UBND ngày 18/5/2020 về việc phê duyệt nhiệm vụ Khoa học công nghệ “Nghiên cứu và phát triển bộ sinh phẩm phát hiện SARS-CoV-2 virus bằng kỹ thuật Realtime PCR”.

Trong đó giao cho Đại học Thái Nguyên là cơ quan chủ trì thực hiện nhiệm vụ, Sở Khoa học và Công nghệ Thái Nguyên là cơ quan quản lý nhiệm vụ.

Đại học Thái Nguyên (cơ quan chủ trì nhiệm vụ) đã thành lập nhóm nghiên cứu gồm 13 thành viên của các trường đại học có liên quan.

Tiến sĩ Nguyễn Phú Hùng - Trưởng khoa Khoa Công nghệ sinh học, Trường Đại học Khoa học (thuộc Đại học Thái Nguyên), chủ nhiệm đề tài

Thời gian thực hiện nhiệm vụ là 03 tháng, từ tháng 05/2020 đến tháng 08/2020. Đến nay nhiệm vụ đã hoàn thành.

Tùng Dương