Lời kêu cứu từ đại dương – nước thải chứa SARS-CoV-2 sẽ mang đại dịch đến động vật có vú ở biển

COVID-19 là một bệnh lây nhiễm đường hô hấp do SARS-CoV-2, xuất hiện lần đầu tại Trung Quốc vào 12/2019. Do khả năng lây lan nhanh chóng, Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đã tuyên bố COVID-19 là một đại dịch. Đại dịch này gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe, tác động xấu đến kinh tế, xã hội trên toàn thế giới. Ngoài ra, SARS-CoV-2 cũng đã xâm nhập vào môi trường sống và tác động đến các loài động vật khác.

SARS-CoV-2 lây truyền qua đường hệ hô hấp nhưng gần đây, nhiều bằng chứng cho thấy chủng này đã xâm nhập và gây nhiễm trùng đường ruột, viêm dạ dày. Điều này dẫn đến sự tồn tại của SARS-CoV-2 trong phân và nước tiểu của người bệnh. Theo các nghiên cứu, khoảng pH của vi-rút corona rất rộng (3-10) và thời gian sống trong nước thải lên đến vài tuần, thậm chí là 25 ngày. Vi-rút trong chất thải sẽ nhiễm vào nước thải, trở thành nguồn lây lan tiềm tàng. Trên thực tế, Ý, Pháp, Úc đã ghi nhận SARS-CoV-2 trong nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý. Ở Ecuador, vi-rút này được phát hiện ở cả trong nước sông. Gần đây, nước thải đường phố chứa vi-rút đã trở thành nguồn lây ở một khu vực thuộc Quảng Châu, Trung Quốc. Tóm lại, SARS-CoV-2 từ chất thải người bệnh có thể tồn tại lâu trong nước thải và biến nước thải không được xử lý thành nguồn lây truyền đại dịch.

Việc xử lý nước thải, loại bỏ mầm bệnh là hết sức cần thiết. Hiện nay, việc xử lý nước thải được thực hiện qua ba công đoạn: cấp I, cấp II và cấp III. Xử lý cấp I là tiến hành lắng đọng các chất rắn có thể lắng. Ở xử lý cấp II, các hợp chất hữu cơ hòa tan và lơ lửng trong nước sẽ được loại bỏ. Trong xử lý cấp III, nhiều quy trình được thực hiện để loại bỏ các chất dinh dưỡng và mầm bệnh. Các nghiên cứu cho thấy, sau ba quá trình xử lý, vi-rút có thể được loại ra khỏi nước thải; tuy nhiên, nước chưa xử lý, hoặc xử lý cấp I tiềm ẩn nguy cơ lây bệnh rất cao.

Bảng 1. Tỷ lệ phát hiện vi-rút trong nước thải sau xử lý.

Nhiều nơi trên thế giới, có hay không qua xử lý, các loại nước thải vẫn được thải ra kênh rạch, sông ngòi, cuối cùng ra đại dương, làm ảnh hưởng đến nhiều động vật hoang dã. Chúng dễ bị tổn thương bởi chất thải rắn, chất hóa học, hạt nano và sự xâm nhiễm của mầm bệnh từ người. Sự truyền vi-rút từ người sang động vật gây ra những hậu quả nghiêm trọng. Ebola ở người đã từng lây và giết chết hơn 5.000 con khỉ. Gần đây, ở New York, một con hổ Malay đã nhiễm SARS-CoV-2 từ người, sau đó lây sang một số động vật khác. Thật không may, một số thú cưng như mèo cũng có hiện tượng này. Ở động vật, SARS-CoV-2 gây nhiễm trùng đa tạng, dẫn đến tử vong. Tuy nhiên, không phải loài nào cũng có thể nhiễm bệnh. Điều này phụ thuộc vào thụ thể ACE2 và động vật có vú được dự đoán là có nguy cơ nhiễm cao. Động vật có vú trên cạn, sống ở nơi ít dấu chân người sẽ khó bị tác động. Tuy nhiên, động vật có vú ở biển có thể chịu ảnh hưởng lớn từ SARS-CoV-2. Để bảo vệ chúng, điều cần làm là xác định loài có thể nhiễm và khu vực phân bố có gần với vùng nguy hiểm hay không.

Đầu tiên, chúng ra cần tìm hiểu và xác định loài có nguy cơ. Để làm điều này, các nhà khoa học sẽ dựa vào thụ thể ACE2, nơi tương tác giữa vi-rút và tế bào chủ. Các đột biến gen thuộc trình tự mã hóa ACE2 có thể thay đổi sự mẫn cảm với SARS-CoV-2. Dựa vào đây, các nhà khoa học đã phân tích, so sánh trình tự gen mã hóa ACE2 ở 35 loài động vật có vú ở biển, thuộc bốn nhóm chính: Cetacea (cá voi), Pinnepidia (hải cẩu), Sirenia (bò biển) và Fissipedia (gấu trắng, rái cá), sau đó xác định các trình tự đột biến có nguy cơ, cuối cùng mô phỏng và đánh giá protein ACE2 đột biến. Vi-rút sử dụng protein gai (Spike) để gắn lên ACE2, do đó protein này được dùng để thử tương tác với ACE2 đột biến và MutaBind2 là phầm mềm được sử dụng để đánh giá tương tác. Tương tác giữa các ACE2 khác nhau với protein gai được sử dụng làm chuẩn, tương tác càng mạnh (giá trị ΔΔGbind càng thấp), thì sự mẫn cảm với vi-rút càng cao.

Hình 1. Các mức độ nguy cơ nhiễm SARS-CoV-2 dựa trên phần mềm MutaBind2.

Qua các kết quả (Hình 2), ta thấy có đến 31/35 loài có nguy cơ nhiễm vi-rút. Chỉ hai loài thuộc nhóm trung bình-thấp, trong khi có đến 15 loài ở mức nguy cơ cực cao (cao hơn cả người). Mười lăm loài này gần như sẽ mắc bệnh nếu tiếp xúc trực tiếp SARS-CoV-2.

Hình 2. Nguy cơ nhiễm SARS-CoV-2 ở động vật có vú ở biển.

Phần lớn các loài cá voi (18/21) được dự đoán là có nguy cơ nhiễm bệnh, ACE2 của chúng gần giống với ACE2 của người nhất. Những loài này có tập tính bầy đàn cao, dẫn đến khả năng cả quần thể sẽ bệnh nếu một cá thể tiếp xúc vi-rút. Giống cá voi, hầu hết các loài hải cẩu (8/9) mẫn cảm với SARS-CoV-2, ngoại lệ duy nhất là Zalophus californianus. Trong nhóm rái cá, Enhydra lutris rất nhạy cảm với vi-rút. Bò biển là nhóm duy nhất không ghi nhận sự tương tác, do đó chúng an toàn tuyệt đối trước SARS-CoV-2.

Sau khi xác định các loài có nguy cơ, các nhà khoa học kiểm tra xem chúng có thuộc vào Sách Đỏ của Hiệp hội Bảo tồn Thiên nhiên Quốc tế (IUCN) không. Sách Đỏ được chia thành bốn cấp độ: bị đe dọa, sắp nguy cấp, nguy cấp và cực nguy cấp. Thật đáng quan ngại là có đến 15 loài mẫn cảm với SARS-CoV-2 xuất hiện trong Sách Đỏ. Nếu bị nhiễm SARS-CoV-2, số lượng quần thể ít ỏi của chúng sẽ ngày càng suy kiệt.

Hình 3. Động vật có vú ở biển thuộc Sách Đỏ có nguy cơ nhiễm SARS-CoV-2.

Cuối cùng, một khảo sát được thực hiện tại Alaska nhằm xác định các khu vực nguy hiểm đối với động vật có vú thuộc vùng biển này, bao gồm: hải cẩu phương bắc, sư tử biển Stellar, rái cá biển bắc, hải cẩu Harbor, cá voi Beluga, cá heo Harbor và cá voi lưng gù. Tại Alaska, đến 7/8/2020, đã có 4.221 người nhiễm COVID-19 và đang tiếp tục tăng. Việc xác định và đánh giá hiệu quả xử lý nước thải có thể giúp dự đoán các vị trí tiềm ẩn nguy cơ. Kết hợp các vị trí này với bản đồ phân bố quần thể sẽ giúp xác định “điểm nóng”, nơi dịch bệnh có thể bùng phát. Ở đây, nước thải được đổ ra đầm phá, hoặc đến các nhà máy xử lý. Nước trong các đầm phá không được xử lý và có thể trở thành nguồn lây. Ở phía bắc, nước thải được xử lý trước khi thải ra môi trường. Tuy nhiên điều này không xảy ra ở phía tây. Ba loài hải cẩu Phoca hispida, Erignathus barbatus và Phoca largha ở bờ biển phía tây đang đối mặt với nguy cơ nhiễm bệnh. Hầu hết các loài mẫn cảm được tìm thấy ở phía nam, nơi phần lớn nước thải đã được xử lý. Tuy nhiên, một số khu vực vẫn chuyển nước trực tiếp ra đầm phá, hình thành các “điểm nóng” bùng dịch như Cold Bay, Naknek, Dillingham và Palmer. Đặc biệt, cá voi Beluga ở Palmer là loài có nguy cơ tuyệt chủng. Nếu nhiễm SARS-CoV-2, loài này hoàn toàn có thể biến mất khỏi hệ sinh thái.

Khi xâu chuỗi các thông tin trên, ta thấy rằng từ chất thải người bệnh, qua hệ thống nước thải, SARS-CoV-2 có thể xuất hiện và tác động đến các loài động vật có vú ở biển, đặc biệt là những loài đang đối mặt với nguy cơ tuyệt chủng. Điều này có thể dẫn đến một đại dịch mới ở biển cả, nó có thể là COVID-21, COVID-22, hay COVID-23, hoặc sẽ không có thêm một đại dịch tương tự COVID-19 nào nữa nếu chúng ta hành động ngay bây giờ.

Từ khóa: ACE2, COVID-19, động vật có vú ở biển, quản lý nước thải, SARS-CoV-2.

Lược dịch từ:
Mathavarajah, Sabateeshan et al. 2021. Pandemic danger to the deep: The risk of marine mammals contracting SARS-CoV-2 from wastewater. The Science of the total environment, vol. 760: 143346.