CÁC VI SINH VẬT VÔ HÌNH VÀ KHOA VIRUS HỌC

Nhiều năm trước khi các nhà khoa học có thể xác định bản chất của các virus chuyên biệt, thì các bệnh do virus-đậu mùa và bệnh dại-đã cung cấp những ví dụ mang nhiều ý nghĩa và đầy ấn tượng về khả năng của việc tiêm chủng dự phòng. Do ý nghĩa của từ virus trong tiếng Latin đã thay đổi nhiều lần qua 2000 năm sử dụng, cho nên người đọc hiện đại có thể sẽ bối rối khi tìm thấy từ này trong các tài liệu cổ xưa. Nghĩa đầu tiên và phổ quát nhất của virus là một cái gì đó khó chịu, nhưng không nhất thiết phải gây nguy hiểm. Tuy nhiên, các tác giả Latin về sau càng sử dụng nhiều hơn từ virus với hàm ý chất độc hoặc nọc độc, một cái gì đó đe dọa sức khỏe, hoặc một tác nhân lây nhiễm bí hiểm, chưa biết. Vì vậy cả Celsus (khoảng năm 14-37) và Louis Pasteur có thể đều đã nói đến virus bệnh dại. Các học giả thời Trung cổ thường dùng từ virus theo ý là một chất độc. Trong các chuyên luận y học vào thế kỷ 16 và 17, các dịch giả thường thay thuật ngữ virus trong tiếng Latin bằng từ nọc độc trong tiếng Anh. Các tác giả thế kỷ 17 nhắc tới một thứ virus gây dịch (virus pestiferum hoặc virus pestilens) khi bàn luận về bệnh truyền nhiễm. Các tác giả y học thế kỷ 18 áp dụng thuật ngữ virus cho chất lây nhiễm làm lây truyền một chứng bệnh truyền nhiễm, như trong phần bàn luận của Edward Jenner về “virus bệnh đậu bò” trong dịch mủ làm lây truyền bệnh này. Đối với các tác giả y học vào đầu thế kỷ 19, virus đại diện cho những nguồn gốc chưa rõ đóng vai trò gây bệnh trong các bệnh truyền nhiễm. Chính sự mập mờ của thuật ngữ này đã làm cho nó trở nên hấp dẫn đặc biệt.

Sau khi thuyết bệnh là do vi trùng có chỗ đứng vào cuối thế kỷ 19, thì từ virus được sử dụng theo nghĩa chung là “một tác nhân có tính chất truyền nhiễm”. Khi các tác nhân truyền nhiễm đi qua lọc dưới mức độ hiển vi được phát hiện trong thập niên 1890, thuật ngữ virus mới được áp dụng cho những thực thể bí hiểm đó. Ngay cả khi không tìm ra tác nhân gây bệnh của một bệnh truyền nhiễm, Pasteur cũng cho rằng “Mỗi virus là một vi sinh vật”. Khi suy đoán về những nguyên nhân còn chưa biết của nhiều bệnh truyền nhiễm, Koch cho rằng có thể sau này sẽ tìm ra những sinh vật gây bệnh khác hẳn với vi trùng. Những tác nhân ngoại lệ đã được biết của thời đó đều lớn hơn vi khuẩn, nhất là các nguyên sinh vật gây ra bệnh sốt rét, nhưng về mặt lý thuyết thì không có lý do gì để loại bỏ sự tồn tại của ký sinh vật nhỏ hơn. Tuy nhiên trong số các nhà vi sinh học, những người tôn trọng các định đề của Koch, có người có thể đã ngăn cản ngành virus học, cũng như ngành nguyên sinh vật, bởi vì hầu như không thể nào cấy được các thực thể đó trên các môi trường nhân tạo. Bản thân Koch cũng không cho phép học thuyết vi trùng học ngăn cản công trình của mình về y học nhiệt đới ngay cả khi không thể cấy các vi sinh vật trong phòng thí nghiệm.

Vào cuối thế kỷ 19, các kỹ thuật vi sinh học đã đủ phát triển để giúp cho các nhà khoa học phát biểu một cách tự tin rằng một số bệnh là do vi trùng hoặc nguyên sinh vật chuyên biệt gây ra. Tuy nhiên, một số tác nhân truyền nhiễm của một số bệnh vẫn không thể nào phân lập được bằng các kỹ thuật quy ước. Sau này, các tác nhân gây bệnh tuy lạ, nhưng vẫn có thể nhìn thấy được (như rickettsias, chlamydias, mycoplasmas, và bru cellas) gia nhập hàng ngũ những tác nhân cổ điển như vi nấm, vi trùng và nguyên sinh vật. Vì lý do một số các tác nhân gây bệnh mới có vòng đời phức tạp và khó nuôi cấy in vitro, cho nên dường như một số trong nhóm này có thể là tác nhân gây bệnh của nhiều bệnh truyền nhiễm nhưng chưa được phát hiện.

Vì vậy, vào đầu thế kỷ 20, thuật ngữ virus thường chỉ giới hạn cho lớp vi sinh vật “chui qua màng lọc - không thấy được”. Những vi sinh vật như thế được định nghĩa về mặt thao tác là khả năng chui qua màng lọc vốn giữ lại vi trùng và không thể thấy được bằng kính hiển vi quang học. Tiêu chuẩn chui qua lọc là kết quả của công trình do Charles Chamberland (1851-1908), cộng sự của Pasteur, thực hiện. Chamberland phát hiện rằng sứ lọc có thể được dùng để tách các vi sinh vật thấy được ra khỏi môi trường cấy. Có thể đem sử dụng kỹ thuật này trong phòng thí nghiệm để lọc lấy các dung dịch không còn chứa vi trùng, còn ở gia đình thì dùng để lọc nước uống tinh khiết. Chamberland cũng là người chủ chốt đưa ra lò hấp, một dụng cụ để tiệt trùng dụng cụ bằng cách hấp ướt dưới áp lực hơi nước. Tuy nhiên, tiêu chuẩn dựa trên kỹ thuật này không đem lại mấy hiểu biết về tính chất di truyền và sinh hóa của virus. Khi các nhà khoa học tập trung vào các virus không thấy được- lọc qua được, họ phát hiện rằng các tiêu chuẩn thực tiễn này không nhất thiết phải liên kết nhau. Việc tác nhân lây nhiễm không mọc trong điều kiện in vitro cũng không phải là một tiêu chuẩn thỏa đáng, bởi vì các nhà khoa học không thể loại bỏ khả năng là các vi sinh xa lạ có thể cần đến các môi trường và điều kiện tăng trưởng đặc biệt. Một cách giải thích triệt để hơn vì sao không tìm được tác nhân gây bệnh của một số bệnh rõ ràng mang tính truyền nhiễm là một số vi sinh vật có thể là những ký sinh vật bắt buộc (obligate) cần đến sinh vật sống cho nên không thể nuôi cấy in vitro trên bất cứ môi trường nuôi cấy không có tế bào.

Mặc dù vì lợi ích sức khỏe con người, sẽ là điều tốt nếu cứ để cho virus phá hủy toàn bộ các cây thuốc lá, nhưng tiến bộ trong ngành virus học đã mang ơn rất nhiều đối với sản phẩm độc hại này của Tân Thế Giới, bởi vì chính virus bệnh khảm thuốc lá đã tạo điều kiện cho Adolf Eduard Mayer, Martinus Beijerinck, và Dimitri Ivanovski trở thành những người sáng lập ngành virus học. Việc nghiên cứu virus học thực vật có thể truy nguyên đến năm 1886 khi Adolf Eduard Mayer (18431942) phát hiện rằng bệnh khảm thuốc lá có thể truyền sang cây thuốc lành bằng cách tiêm vào những cây này chất trích nhựa lấy từ lá của cây bị bệnh. Do không thể cấy vi sinh vật bệnh khảm thuốc lá trên môi trường nhân tạo, Mayer đem lọc chất nhựa cây và chứng minh rằng dịch lọc vẫn còn mang tính lây bệnh. Mayer tin chắc rằng vi sinh vật của mình phải là một loại vi trùng rất đặc biệt. Vào năm 1892, Dimitri Iosifovitch Ivanovski (1864-1920) chứng minh rằng tác nhân lây nhiễm của bệnh khảm thuốc lá có thể chui qua được những phễu lọc nhỏ nhất của thời ấy, nhưng mọi cố gắng để phân lập hoặc nuôi cấy chất “vi sinh thuốc lá” thảy đều thất bại.

Rõ ràng là không biết đến công trình của Ivanovski, Martinus Willem Beijer inck (1851-1931) cũng báo cáo về một chất chui qua lọc gây bệnh khảm thuốc lá. Khi suy nghĩ về cách mà một số lượng nhỏ chất nhựa cây được lọc lại lây truyền bệnh cho một số lượng lớn cây thuốc khác, Beijerinck kết luận rằng nguyên nhân gây bệnh khảm thuốc lá phải là một thứ dịch sống, lây nhiễm (contagium vivum fluidum) có thể chui qua được phễu lọc và tăng sinh trong mô của cây sống. Trên cơ sở các báo cáo trong các tài liệu thực vật học, Beijerinck nghĩ rằng có những vi trùng hòa tan có thể gây ra nhiều bệnh khác cho cây.

Những nhận xét tương tự cũng được Friedrich Loeffler (1862-1915) và Paul Frosch (1860-1928) đưa ra trong các nghiên cứu bệnh lở mồm long móng (LMLM), thí dụ đầu tiên về các bệnh do virus chui qua lọc gây bệnh cho động vật. Những cố gắng nuôi cấy vi trùng lấy từ các vết loét trong miệng động vật bị ốm đều không thành công. Tuy nhiên, ngay cả sau khi chui qua được phễu lọc Chamberland, chất dịch bên ngoài hoàn toàn không có vi trùng lấy trên các thương tổn bệnh LMLM có thể lây truyền bệnh cho trâu bò và lợn. Dịch lọc từ những con vật này có thể lây truyền bệnh sang các con vật thí nghiệm khác. Những thí nghiệm và tính toán của họ cho thấy rằng chỉ có một tác nhân sống, có khả năng tự sinh sản mới tiếp tục gây bệnh sau khi được truyền qua một loạt các động vật. Loeffler và Frosch cho rằng các bệnh truyền nhiễm khác, chẳng hạn như đậu mùa, đậu bò, bệnh dịch ở trâu bò, có thể có nguyên nhân gây bệnh là các vi sinh vật chui qua lọc tương tự. Tuy nhiên, họ vẫn tiếp tục cho rằng tác nhân truyền nhiễm là những vi sinh vật rất nhỏ và bất thường hơn là một thực thể hoàn toàn khác hẳn.

Các nhà khoa học về sau đã chứng minh rằng bệnh LMLM là một bệnh do virus, có tính lây nhiễm cao, truyền qua không khí. Bệnh tấn công các gia súc loài móng guốc như cừu, bò, dê và lợn. Virus LMLM thuộc họ picornavirus, tức là nhóm có chứa nhiều tác nhân gây bệnh quan trọng cho người như poliovirus, virus viêm gan A, và rhinovirus. Đặc điểm của Picornavirus là có bộ gene RNA nhỏ. LMLM thường không được coi như là mối đe dọa cho những ai ăn thịt hoặc uống sữa đã được tiệt trùng có nguồn gốc từ con vật bị bệnh nhưng những người tiếp xúc gần gũi với súc vật nhiễm bệnh có thể mắc phải bệnh. Trong thập niên 1830, các nhà khoa học hầu như tự gây nhiễm cho mình với bệnh LMLM khi tiêm và uống sữa lấy từ bò nhiễm bệnh. Các ca bệnh LMLM được xác minh ở người đã xuất hiện tại nhiều nước châu Âu, châu Phi và Nam Mỹ. Tuy nhiên, các ca bệnh ở người cực kỳ hiếm, ngay cả khi có hàng loạt đàn gia súc mắc bệnh. Bệnh LMLM được đưa vào châu Mỹ năm 1870 và chẳng bao lâu sau đó được ghi nhận tại nhiều vùng ở Mỹ, Argentina, Chile, Uruguay, Brazil, Bolivia, Paraguay, và Peru. Nhiều vụ dịch bộc phát tại Mỹ từ thập niên 1870 đến thập niên 1920 từ vùng New England đến California. Trong thập niên 1950, bệnh được báo cáo tại Venezuela, Colombia, Ecuador, và Canada. Một Trung tâm bệnh LMLM toàn châu Mỹ được thành lập năm 1951. Sử dụng các thông tin thu thập từ các quốc gia tham gia chương trình, Trung tâm xây dựng các kế hoạch thanh toán bệnh LMLM. Đến năm 2000, các nước Chile, Uruguay, Argentina, Paraguay, và nhiều vùng của Brazil tuyên bố thanh toán xong LMLM. Mặc dù cấp có thẩm quyền cho rằng bệnh LMLM hầu như đã được thanh toán tại tây Âu, nhưng một trận dịch lớn năm 2001, trận dịch đầu tiên kể từ 1967, đã làm tiêu tốn hàng triệu đôla và đưa tới việc tiêu hủy trên một triệu súc vật chỉ riêng tại nước Anh. Tại những nước mà bệnh lưu hành người ta cũng đã thực hiện tiêm chủng, nhưng do động vật được tiêm chủng cũng cho kết quả dương tính với kháng thể LMLM, cho nên những nước thực hiện tiêm chủng cũng không thể gọi gia súc của họ là “không có bệnh”, và họ cũng không thể xuất cảng sang nước khác. Các nhà khoa học Anh nghĩ rằng thịt của các súc vật bị LMLM đã được lén lút mang vào nước Anh để làm thức ăn cho lợn.

Năm 1915, Frederick William Twort (1877-1950) phát hiện rằng thậm chí các vi trùng cũng có thể trở thành nạn nhân của những bệnh do virus vô hình gây ra. Như Jonathan Swift (1667-1745) đã từng nêu trong một bài thơ trào phúng về kính hiển vi, các nhà tự nhiên học có thể dùng dụng cụ này để chứng minh rằng con bọ chét lớn thì bị con bọ chét nhỏ hút máu, con bọ chét này đến phiên lại là con mồi của con bọ chét nhỏ hơn. Trong khi thử nuôi virus trên các môi trường cấy nhân tạo, Twort nhận thấy khuẩn lạc của một số vi trùng mọc trên thạch đôi khi bất động và trong suốt. Chỉ cần đưa một chút xíu chất lấy từ các khuẩn lạc bất động này vào những khuẩn lạc thuần chủng của nhóm micrococcus, thì chúng cũng trở thành trong suốt. Giống như tác nhân lây nhiễm của nhiều thứ bệnh bí hiểm trên động vật và thực vật, cái mà ta gọi là hạt nhỏ Twort cũng chui qua được màng lọc. Thế chiến thứ Nhất làm gián đoạn công trình của Twort về vấn đề này và bài báo của ông cũng không tạo được tiếng vang trong ngành vi sinh học. Về sau Twort lúc nào cũng bị ám ảnh với công trình lý thuyết về khả năng vi trùng tiến hóa từ các virus và virus lại đi từ những dạng còn nguyên sơ hơn nữa.

Trong khi nghiên cứu trực khuẩn bệnh lỵ tại viện Pasteur, Félix d’Hérelle (1873-1949) cũng phát hiện sự hiện diện của các virus trên vi trùng. Vào năm 1917, ông ta công bố những quan sát của mình về “Một thứ vi sinh vật vô hình đối kháng với trực khuẩn bệnh lỵ”. Ông này không bao giờ thừa nhận rằng Twort là người đã phát hiện ra một hiện tượng tương tự dù rằng Twort đã công bố hai năm trước. Vì lẽ các vi sinh vật vô hình không mọc được trên môi trường cấy phòng thí nghiệm hoặc trên các vi khuẩn đã được giết bằng nhiệt, nhưng lại mọc tốt trong một huyền phù gồm các vi khuẩn đã được rửa đi trong một dung dịch muối đơn giản, d’Hérelle kết luận rằng vi sinh vật đối kháng vi khuẩn lị là một thể thực khuẩn (bacteriophage) bắt buộc, tức là sinh vật “ăn” vi khuẩn. Các virus trên vi khuẩn đôi khi còn được gọi là các hạt nhỏ Twort - d’Hérelle. Các vi sinh vật vô hình được tìm thấy trong các mẫu phân lấy từ bệnh nhân hồi phục sau lị trực trùng. Khi một chất lọc hoạt tính được thêm vào môi trường cấy trực khuẩn lị, vi khuẩn ngừng tăng sinh và sau đó chết đi và li giải. Một chút xíu chất li giải (lysate) cũng tạo ra cùng hiệu ứng trên một môi trường cấy vi trực khuẩn lị mới. Cũng đạt được cùng kết quả sau hơn 50 lần cấy chuyển như thế, chứng tỏ rằng một tác nhân sống là nguyên nhân của sự li giải vi khuẩn.

Nghiền ngẫm về ý nghĩa của hiện tượng mà mình khám phá, d’Hérelle tiên đoán rằng có thể tìm thấy các thể thực khuẩn trên những vi khuẩn gây bệnh khác. Mặc dù tình trạng ký sinh tự nhiên của vi sinh vật vô hình dường như chuyên biệt theo loài, d’Hérelle tin rằng các thao tác trong phòng thí nghiệm có thể biến đổi các thể thực khuẩn thành các “vi sinh vật gây miễn dịch” có hoạt tính chống lại các tác nhân gây bệnh ở người. d’Hérelle cho rằng các thể thực khuẩn này tham gia vào sự hồi phục tự nhiên của bệnh và chấm dứt các vụ dịch. Tiểu thuyết gia người Mỹ Sinclair Lewis (1885-1951), khi cộng tác với tác giả y khoa và nhà vi trùng học Paul de Kruif (1890-1971), đã thăm dò ý kiến này trong tác phẩm Bác sĩ Arrowsmith (1925).

Mặc dù các test thí nghiệm về “liệu pháp thể thực khuẩn” nói chung đều bị bãi bỏ khi kháng sinh xuất hiện như là “thần dược”, phương pháp này đã từng được sử dụng tại Liên Xô, và trong một số bài thuốc cổ truyền Ấn Độ sử dụng các thể thực khuẩn lấy từ thiên nhiên. Lấy ví dụ, năm 1896, một nhà khoa học châu Âu cho biết là nước lấy từ sông Hằng của Ấn Độ, vốn được coi như có tính chất chữa bệnh, có thể giết chết phẩy khuẩn tả.

Mối hy vọng có thể “tập” cho các thể thực khuẩn trong phòng thí nghiệm trở thành các vũ khí sử dụng trong chiến tranh vi trùng đã không thực hiện được trong thế kỷ thứ 20, nhưng các nhà nghiên cứu vẫn thăm dò khả năng đưa virus vào trận chiến chống vi khuẩn kháng thuốc. Ước tính có chừng 90.000 người Mỹ chết năm 2000 vì nhiễm trùng bệnh viện do các vi khuẩn kháng thuốc. Một số nhà khoa học cho rằng từ các thể thực khuẩn tấn công trực khuẩn lao có thể giúp ta hiểu rõ về tính sinh bệnh của vi sinh vật, cũng như các phương pháp mới nhằm chẩn đoán và sàng lọc thuốc. Những nghiên cứu trên bộ gene của thể thực khuẩn tấn công trực khuẩn lao cho thấy có sự trao đổi di truyền giữa thể thực khuẩn và ký chủ vi khuẩn. Nhiều nhà nghiên cứu hoài nghi về cách tiếp cận này, chủ yếu bởi vì các tác dụng không có lợi có thể xảy ra khi đưa các virus tự tăng sinh vào trong máu bệnh nhân. Tuy vậy, một số công ty dược đã thăm dò việc đưa công nghệ di truyền để kiểm soát “các thể thực khuẩn trị liệu” có ích, được đưa vào cơ thể qua đường uống hoặc dùng ngoài da. Để tìm ra một virus có khả năng giết được một tác nhân vi trùng gây bệnh chuyên biệt, các nhà nghiên cứu đã dùng đến một hỗn dịch các virus. Những người chống đối cảnh báo rằng những chế phẩm có thể thực khuẩn có thể bị vấy nhiễm với các chủng chưa biết. Ngay cả với các chế phẩm được thuần khiết cao, những chủng virus nguy hiểm cũng có thể phát sinh qua quá trình tái tổ hợp hoặc biến dị. Ngoài ra, các virus khi tăng sinh cũng có thể thu nhận và biểu hiện những gene sản xuất độc tố hoặc tìm được cách tấn công tế bào của bệnh nhân thay vì các mục tiêu vi khuẩn. Một số nhà nghiên cứu hi vọng rằng có thể sử dụng công nghệ di truyền để sản xuất ra các virus rất chuyên biệt và, như thế, sẽ làm giảm đi các nguy cơ. Những người khác cho rằng nên sử dụng các virus trong tự nhiên - vốn đã được Bà Mẹ Thiên nhiên xử lý - với nhiều tính trội hơn, cũng như ít tốn kém hơn các virus biến đổi nhân tạo. Một phương cách khác là sử dụng các thể thực khuẩn để giết vi khuẩn Salmonella và Listeria, vốn thường hay gặp trong ngộ độc thức ăn khi chế biến thực phẩm.

Trong một chừng mực thực tế hơn là triết lý, nhiều lập luận về bản chất của virus đã trở nên lỗi thời khi các nhà nghiên cứu trong thập niên 1930 và 1940 đem các kỹ thuật hóa sinh mới để xem xét vấn đề này. Đến thập kỷ 1940, các nhà hóa sinh phát hiện rằng các phân tử lớn sinh học thật ra quá phức tạp. Những tiến bộ trong ngành hóa sinh đã củng cố quan niệm cho rằng virus là một thực thể phức tạp nằm ở mức lưng chừng giữa tế bào, gene và phân tử. Vì vậy, virus có thể được coi là những hạt nhỏ gồm một vỏ bọc bằng protein và một nhân bên trong là nucleic acid, nhân này có khả năng xâm nhập vào tế bào ký chủ và chiếm lấy bộ máy chuyển hóa của tế bào này. Đề cập tới virus là thứ gì và chúng thuộc vào nơi nào trong hệ thống sinh vật của cây cỏ và động vật, vi sinh vật và đại phân tử, trên chất sống và chất trơ, nhà vi trùng học người Pháp, André Lwoff (1902-1994), đã chú giải một câu nổi tiếng của nhà văn Gertrude Stein, dường như là câu trả lời phù hợp nhất: “Nên coi virus là virus bởi vì virus là virus”.

Những câu chuyện về Dự án Bộ gene con người thường được in trong báo chí phổ thông và nhật báo. Ngược lại, việc giải trình tự các bộ gene của vi sinh vật ít gây sự chú ý. Việc nghiên cứu bộ gene có thể đưa ra nhiều ứng dụng thực tế để chế tạo tốt hơn vaccine, các thực phẩm và nước giải khát lên men, những chất bảo vệ sinh học, chất làm sạch môi trường, và sức khỏe tốt hơn. Mặc dù toàn bộ bộ gene của khoảng 100 vi sinh vật đã được giải trình tự vào năm 2003, nhưng các nhà khoa học cho rằng thực ra chúng ta biết còn rất ít về thế giới vi sinh vật.

Việc nghiên cứu về những bệnh mà tác nhân gây bệnh được gán cho virus chậm, giống như virus (viroid) và prion cho thấy rằng những sinh vật vô hình, bí hiểm và có lẽ lắm đe dọa có thể đang tồn tại nhiều vô kể trong thế giới dưới mức độ hiển vi. Khác với virus, các viroid dường như là những tác nhân gây bệnh chỉ có một chuỗi phân tử RNA nhỏ, không có vỏ bọc protein. Từ năm 1971, khi Theodor O. Diener (1921-) phát hiện rằng một tác nhân truyền nhiễm gây ra bệnh củ khoai tây có hình thoi (potato spin dle tuber disease) là một tác nhân gây bệnh mới, chỉ có một chuỗi RNA trần trụi, đến năm 2001, có khoảng 30 loài viroid và hàng trăm biến thể đã được nghiên cứu. Những bệnh do viroid tấn công nhiều loại cây cỏ, từ cây bơ avocado đến cây dừa, nhưng viroid cũng có mặt trong ung bướu và các bệnh khác của các loài động vật. Dù rằng việc nghiên cứu viroid và những RNA nhỏ khác tạo nên nhiều thích thú, nhưng vẫn còn nhiều câu hỏi chưa có câu trả lời như cách thức tăng sinh, cách di chuyển từ tế bào sang tế bào và cách gây ra bệnh. Viroid đã từng được coi như là các hóa thạch tiến hóa và các tàn tích của sự tiến hóa trước khi có tế bào, nhưng sự phát hiện ra chúng đã kích thích việc nghiên cứu về cách tương tác giữa các phân tử RNA xa lạ và các bệnh của con người.

Viroid được gọi là “những kẻ xâm nhập trần trụi” nhưng do chúng có chứa nucleic acid, cho nên dường như chúng phù hợp với cái khung cơ bản, hoặc Học thuyết trung tâm (Central Dogma), của ngành sinh học phân tử, tức là, dòng chuyển thông tin di truyền từ nucleic acid sang các protein. Prion, là tác nhân truyền nhiễm kỳ dị nhất trong các tác nhân được phát hiện trong thế kỷ 20, đã thách đố Học thuyết Trung tâm, cũng như ý kiến “virus là virus”, ít nhất trong các trường hợp bệnh mà trước đây được gán cho “virus chậm”. Năm 1982, Stanley B. Prusiner (1942-) đặt ra thuật ngữ prion, viết tắt của chữ “proteinaceous infectious particle” (những hạt nhỏ gây nhiễm có tính chất như protein). Những bệnh được gán cho prion thuộc nhóm bệnh viêm não thể xốp lây truyền (transmissible spongiform encephalopathies = TSE), tức là một bệnh thoái hóa của hệ thần kinh trung ương. Bệnh do Prion trên động vật gồm có bệnh gãi (scrapie) ở cừu và dê, bệnh não lây truyền trên chồn vizon (mink), bệnh suy mòn mạn tính trên nai, bệnh não xốp của mèo, và bệnh não xốp của bò, thường gọi là bệnh bò điên. Những bệnh do prion ở người là bệnh Creutzfeldt-Jakob và một biến thể mới (vCJD) dường như có liên quan đến bệnh bò điên, bệnh mất ngủ gây chết người kiểu gia đình (Fatal Familial Insomnia), hội chứng Gerstmann- SräüsslerScheinker và bệnh kuru.

Carleton Gajdusek (1923-) đưa ra ý kiến cho rằng một số bệnh thoái hóa thần kinh có thể do một tác nhân truyền nhiễm mới gây ra khi nghiên cứu về kuru, một bệnh chỉ gặp ở bộ tộc người Fore tại New Guinea. Căn cứ trên các nghiên cứu thực địa, Gajdusek đi đến kết luận rằng kuru được lây truyền qua các nghi thức tang lễ trong đó phụ nữ và trẻ em chế biến và ăn bộ não của người chết trong gia đình. Sau khi tục ăn thịt người bị bãi bỏ, số ca mới mắc của bệnh này giảm đi. Sử dụng mô não của các nạn nhân chết vì bệnh kuru, Gajdusek và cộng sự có thể truyền bệnh sang tinh tinh. Tuy nhiên, các triệu chứng chỉ xuất hiện hai năm sau khi mô này được tiêm vào não. Các thí nghiệm trong labô của Gajdusek và những người khác cho thấy bệnh kuru, scrapie và CJD có thể là do những tác nhân truyền nhiễm tương tự gây ra. Gajdusek, nhận được giải Nobel năm 1976, cho rằng tác nhân truyền nhiễm phải là một “virus chậm” độc đáo.

Nhiều khía cạnh trong lịch sử bệnh kuru dường như có liên quan tới câu chuyện còn giữ kín về bệnh bò điên và bệnh Creutzfeldt-Jakob mới. Scrapie, một từ của tiếng Scotland cổ để chỉ một thứ bệnh của dê và cừu, tuy đã biết từ thế kỷ 18, nhưng mãi đến thập niên 1980 khi bệnh bò điên xuất hiện lần đầu tại Anh, thì vẫn chưa có bằng chứng lây truyền từ bò sang người. Các nhà khoa học tin rằng dịch bò điên bắt đầu khi người ta nuôi bò thịt bằng những thành phần phế phẩm của cừu và bò đáng lẽ vất đi nhưng được chế biến lại thành thực phẩm bổ sung. Qua cách thay đổi một cách cơ bản các gia súc ăn cỏ thành loài ăn thịt, hoặc thậm chí ăn thịt đồng loại như các nạn nhân bộ tộc Fore mắc bệnh kuru, chế độ dinh dưỡng mới dường như đã tạo nên một cơ hội chưa từng có để cho bệnh scrapie gây nhiễm cho trâu bò. Khi dịch bò điên lên đến đỉnh năm 1992, hàng ngàn gia súc bị tiêu hủy, nhưng cũng từ đó các sản phẩm vấy nhiễm của thịt có lẽ đã đi vào chuỗi thức ăn. Năm 2003 Tổ chức Y tế Thế giới cảnh báo rằng nhiều quốc gia, nhất là các nước Đông Âu và Đông Nam Á, có nguy cơ mắc bệnh bò điên, dù rằng tình hình tệ hại nhất dường như đã chấm dứt tại Anh. Bệnh bò điên xuất hiện tại nhiều nơi ở châu Âu, vùng Đông Nam Á, Canada, bắc Mỹ, và nước Mỹ là những nơi sử dụng thức ăn gia súc bị vấy nhiễm.

Không phải mọi trường hợp nhiễm prion đều có thể lây truyền từ loài này sang loài khác, nhưng biến thể mới của bệnh bò điên, là vCJD, được gán cho sự tiêu thụ thịt của những con bò mắc bệnh bò điên. Nhiều điều chưa rõ về sự lây truyền của bệnh do prion, thể hiện qua số lượng tương đối nhỏ những ca bệnh ở người tại nước Anh, so với con số hàng triệu người ăn thịt bị nhiễm bẩn. Mối kinh hoàng từ bệnh bò điên đã nâng cao ý thức về tất cả những bệnh do prion. Có lẽ, sự xuất hiện những bệnh mới như bệnh bò điên và biến thể của nó vCJD, có lẽ có liên hệ đến cái cách mà con người tác động lên môi trường, nhất là qua sự trao đổi với quy mô toàn cầu những cây, con và các tác nhân truyền nhiễm trước đây vẫn khu trú tại các khu vực khác nhau.

Năm 1972, sau khi một trong những bệnh nhân của mình chết vì bệnh bò điên, Stanley Prusiner bắt đầu nghiên cứu tài liệu kết nối bệnh bò điên với bệnh kuru và scrapie. Bệnh bò điên hoặc bệnh CreutzfeldtJakob dường như xảy ra rải rác, tỷ lệ tấn công một phần triệu trên những người từ 60 tuổi trở lên trên khắp thế giới. Khi Prusnier phân lập được tác nhân gây bệnh scrapie trên não của chuột hamster mắc bệnh, ông ta rất ngạc nhiên khi phát hiện rằng nó là một loại protein chuyên biệt. Tất cả những tác nhân truyền nhiễm được biết trước đó, ngay cả các virus nhỏ nhất, cũng chứa vật liệu di truyền duới dạng nucleic acid, DNA hoặc RNA. “Giả thuyết chỉ có protein” của Prusnier lúc đầu được coi là sai lạc, nhưng chỉ trong vòng vài năm, người ta tìm thấy các gene mã hóa protein prion trên tất cả các động vật thử nghiệm, kể cả con người.

Mặc dù vẫn còn tiếp tục hoài nghi và tranh luận, nhưng đến đầu thập niên 1990 thì nhiều nhà khoa học đã chấp nhận giả thuyết prion của Prusnier. Vào năm 1997, Prusnier được trao giải Nobel về Sinh lý hoặc Y học vì đã phát hiện ra prion và xác định một dạng tác nhân gây bệnh mới. Theo lý thuyết của Prusnier, các protein prion có thể tồn tại dưới hai cấu hình khác nhau, trong đó một hình thức hoàn toàn vô hại. Protein prion cũng có thể tồn tại dưới những cấu hình bị biến đổi hoạt động như các protein côn đồ (rogue). Dưới hình thức bị biến đổi, các protein prion có vẻ có khả năng dẫn dụ “người anh em hiền lành” chuyển đổi cho giống hệt như mình. Khi các protein prion bị chuyển đổi tích tụ và kết tập lại, chúng tạo ra các cấu trúc như sợi chỉ cuối cùng phá hủy các tế bào thần kinh và gây nên những bệnh não chết người. Mặc dù vẫn còn nhiều điều không chắc chắn về cái cách mà các prion gây ra bệnh não, nhưng Prusnier cho rằng sự hiểu biết về cấu trúc ba chiều của protein prion có thể tạo điều kiện tìm ra các phương cách điều trị hữu ích. Hơn thế nữa, thành công của giả thuyết prion trong việc giải thích những hình thái rải rác, di truyền, lây nhiễm của những bệnh giống như scrapie đã cho thấy nhiều cơ chế tương tự có thể có vai trò trong các bệnh khác như bệnh Alzheimer, bệnh Parkinson và bệnh xơ cứng teo cơ một bên (amyotrophic lateral sclerosis).

Năm 1972, Frank Macfarlane Burnet, nhà virus học người Úc, cùng chia giải Nobel với Peter Medawar năm 1960, đã tuyên bố một câu để đời “lời tiên đoán có nhiều khả năng nhất là tương lai của bệnh truyền nhiễm sẽ rất ảm đạm”. Kể từ thập niên 1960, nhiều bác sĩ và những nhà phân tích y tế đã giả định rằng về cơ bản có thể quên đi những bệnh do vi sinh vật bởi vì thế giới đang có đủ mọi vũ khí mạnh như kháng sinh, vaccine và các thuốc điều trị khác. Đến cuối thế kỷ 20, rõ ràng là những tiên đoán về sự suy tàn của bệnh truyền nhiễm đã bị phóng đại quá mức. Các sinh vật gây bệnh truyền nhiễm - đã biết hoặc trước đây chưa biết - vẫn tiếp tục tiến hóa và tìm ra các phương cách để tận dụng các cơ hội mới. Đến cuối thế kỷ 20, có vào khoảng 500 triệu ca bệnh và 6 triệu người chết mỗi năm vì AIDS, lao và sốt rét. Cứ một trong mỗi hai tử vong tại các nước đang phát triển là do các việc truyền nhiễm trong khi đó các nơi trên thế giới đều được kết nối thông qua sự toàn cầu hóa và vận tải nhanh chóng.

“Catalog” các bệnh ở người có khả năng còn dài thêm nữa do xuất hiện những bệnh mới và những bệnh cũ, chẳng hạn như “các thứ sốt” hoặc “sốt chưa rõ nguyên nhân”, đang được rà soát lại và chẻ thành những bệnh “mới” riêng biệt. Sự xuất hiện virus West Nile tại New York City năm 1999 và sau đó lan rộng sang các bang khác đã chứng tỏ rằng các tác nhân gây bệnh có thể xuất hiện dễ dàng như thế nào tại các vùng đất mới. Những bệnh trước đây chưa hề biết tới, chẳng hạn như AIDS, bệnh Legionnaire, bệnh Lyme, bệnh bò điên, sốt Ebola, sốt Rift Valley, SARS, cúm gà, đậu khỉ, virus Nipah, Lyssavirus, Chandipura virus, và còn nữa, đã xuất hiện và những bệnh cũ đã lan truyền sang các khu vực mới trong khi đó nhiều tác nhân gây bệnh đã kháng với kháng sinh. Lấy ví dụ, các chủng tụ cầu vàng Staphylococcus aureus kháng kháng sinh đã gây nên bệnh viêm phổi chết người, nhiễm trùng tim, hội chứng sốc nhiễm độc và viêm màng bao cơ hoại tử (“vi khuẩn ăn thịt”).

Các nhà khoa học đã tìm ra nhiều yếu tố tác động lên sự phân bố và xuất hiện của các bệnh truyền nhiễm, trong đó có các yếu tố môi trường, bùng nổ dân số và phân bố tuổi tác, sự di dân, chiến tranh, đi lại và giao thương quốc tế, những yếu tố kỹ thuật và công nghệ, và sự cam kết quốc tế và quốc gia đối với việc kiểm soát bệnh tật và các biện pháp y tế công cộng. Những sự thay đổi khí hậu do hậu quả của sự ấm lên của Trái đất đã dẫn đến các hậu quả nghiêm trọng trong việc phát tán bệnh tật trên quy mô toàn cầu, nhất là những bệnh lây theo đường nước và những bệnh lây qua trung gian muỗi. Mặc dù những bệnh mạn tính, thoái hóa của tuổi già đã trở thành mối quan tâm chính của các quốc gia công nghiệp giàu có, phần lớn các vùng khác trên thế giới, sự nghèo khó và thiếu những tiện nghi vệ sinh cơ bản vẫn còn buộc họ phải chịu gánh nặng các bệnh truyền nhiễm. Theo Liên hiệp quốc, vào đầu thế kỷ 21 có hơn một tỷ người vẫn chưa có nước uống sạch và trên hai triệu người chết hàng năm do những bệnh liên quan đến nước bẩn và vệ sinh môi trường kém.