Tổng quan về virus cúm a H1N1

Cúm gia cầm là bệnh truyền nhiễm cấp tính của gia cầm, do nhóm virus cúm A, thuộc họ Orthomyxoviridae gây ra, có khả năng lan truyền từ động vật sang người. Nhóm virus cúm A có 16 phân type HA (H1 - H16) và 9 phân type NA (N1 - N9) có khả năng tái tổ hợp để tạo nên hàng trăm phân type khác nhau về độc tính và khả năng gây bệnh. H5N1 thể độc lực cao (HPAI) vẫn đang là mối đe dọa cho chăn nuôi và sức khỏe cộng đồng.

Tổng quan về virus cúm A/H5N1: vấn đề dịch tễ học, tiến hóa, hình thành genotype

và tương đồng kháng nguyên-miễn dịch-vaccine

Cúm gia cầm là bệnh truyền nhiễm cấp tính của gia cầm, do nhóm virus cúm A, thuộc họ Orthomyxoviridae gây ra, có khả năng lan truyền từ động vật sang người Nhóm virus cúm A có 16 phân type HA (H1 - H16) và 9 phân type NA (N1 - N9) có khả năng tái tổ hợp để tạo nên hàng trăm phân type khác nhau về độc tính và khả năng gây bệnh H5N1 thể độc lực cao (HPAI) vẫn đang là mối đe dọa cho chăn nuôi và sức khỏe cộng đồng.

Từ cuối năm 2003 đến tháng 6/2008, đã có 385 trường hợp mắc cúm A/H5N1, trong

đó, 243 trường hợp đã tử vong, chiếm 63,11%, trong đó Việt Nam và Indonesia là hai quốc gia có số người nhiễm và tử vong cao nhất Không giống như dịch cúm A/H5N1 giai đoạn 1996 - 2002, có thể khống chế bằng cách tiệu diệt và loại trừ loài gia cầm trong vùng dịch để cắt đứt truyền lây, cúm A/H5N1 thể độc lực cao giai đoạn 2003 đến nay, với

sự xuất hiện nhiều genotype khác nhau, đặc biệt là genotype Z, lan truyền từ Nam Trung Quốc đến các nơi khác trên thế giới Đây vẫn là thách thức đối với cộng đồng và cần nghiên cứu ứng dụng các phương pháp khác nhau để khống chế hiệu quả Tính gây bệnh của A/H5N1 thể độc lực cao không chỉ giới hạn ở chức năng điểm cắt protease của HA

và hoạt tính của NA, mà là hiệu ứng của sản phẩm đa gen và khả năng tái tổ hợp tạo virus mới với đặc tính gây bệnh và độc lực khác nhau là vấn đề cần tính đến Hàng ngàn công trình nghiên cứu về cúm A nói chung và cúm A/H5N1 nói riêng, đặc biệt trong 5 năm gần đây, trong đó có phát triển công nghệ và (các loại) vaccine gây miễn dịch cho gia cầm và chuẩn bị cho đại dịch có thể xảy ra ở người Về phương diện dịch tễ, tiến hóa, tạo biến chủng, biến đổi kháng nguyên - miễn dịch, tính mẫn cảm và đề kháng với dược liệu, khác với nhiều virus khác ở gia cầm, virus cúm A/H5N1 có xu hướng đột biến nhanh để tạo nên nhiều biến chủng phân chia thành nhiều phân dòng khác nhau và có tính thích ứng phổ rộng đối với loài mắc Vaccine được phát triển từ nhiều chủng virus cúm A/H5N1 bằng kỹ thuật hiện đại, trong đó có công nghệ di truyền ngược, đặc biệt vaccine từ chủng NIBRG-14 hứa hẹn tiềm năng phòng chống Trong bài tổng quan này, chúng tôi giới thiệu những đặc điểm cơ bản của vấn đề dịch tễ học, virus học, sinh học phân tử, quá trình tiến hóa, sự hình thành genotype và khái quát mối quan hệ kháng nguyên - miễn dịch - vaccine của cúm A/H5N1 ở Việt Nam và thế giới Tóm lược những nghiên cứu của các nhà khoa học và tổ chức Việt Nam tại bối cảnh Việt Nam và trên nền virus cúm A/H5N1 của Việt Nam, trong đó có đóng góp của Viện Công nghệ sinh học về gen học/protein học về gen kháng nguyên HA/NA và vaccine thế hệ mới cũng được giới thiêu

Từ khóa:Cúm A/H5N1, dịch tễ học, genotype, Orthomyxoviridae, kháng nguyên - miễn

dịch, phân type, thể độc lực cao (HPAI), tiến hóa, vaccine

ĐẶC ĐIỂM DỊCH TỄ HỌC BỆNH CÚM GIA CẦM

Vài nét về dịch tễ học bệnh cúm gia cầm A/H5N1

Khái quát bệnh cúm gia cầm

Cúm gia cầm (Avian Influenza, AI) là bệnh truyền nhiễm cấp tính của gia cầm, do nhóm virus cúm A, thuộc họ Orthomyxoviridae gây ra Đây là nhóm virus có biên độ chủ rộng, được phân chia thành nhiều phân type khác nhau dựa trên kháng nguyên HA và NA

có trên bề mặt capsid của hạt virus (de Wit, Fouchier, 2008) Nhóm virus cúm A có 16 phân type HA (từ H1 đến H16) và 9 phân type NA (từ N1 đến N9), và sự tái tổ hợp (reassortment) giữa các phân type HA và NA, về mặt lý thuyết, sẽ tạo ra nhiều phân type khác nhau về độc tính và khả năng gây bệnh Mặt khác, virus cúm A có đặc tính quan trọng là dễ dàng đột biến trong gen/hệ gen (đặc biệt ở gen NA và HA), hoặc trao đổi các gen kháng nguyên với nhau, trong quá trình xâm nhiễm và tồn tại lây truyền giữa các loài vật chủ Họ Orthomyxoviridae đã được phát hiện bao gồm 4 nhóm virus, đó là: nhóm virus cúm A (Influenza A); nhóm virus cúm B (Influenza B); nhóm virus cúm C (Influenza C); và nhóm Thogotovirus Các nhóm virus khác nhau bởi các kháng nguyên

bề mặt capsid, ở virus cúm A và B là Hemagglutinin (HA), ở virus cúm C là Hemagglutinin Esterase Fusion (HEF), và ở Thogotovirus là Glycoprotein (GP) (Murphy,

Webster, 1996; Ito et al., 1998).

Tình hình dịch bệnh cúm A/H5N1 trên thế giới

Cúm A/H5N1 là một virus có độc lực cao, và gây bệnh trên người trong các vụ dịch cúm gà những năm 1996 - 2008, đặc biệt ác liệt là do virus cúm A/H5N1 thể độc lực cao (HPAI, highly pathogenic avian influenza) gây ra kể từ năm 2003 cho đến nay và phát sinh nhiều dưới dòng (sublineage) và nhóm/phân nhóm (clade) có độc lực rất cao

(Horimoto, Kawaoka, 2001; Nicholson et al., 2003; Perkins, Swayne, 2003; Ligon, 2005)

(Hình 1) Chủng virus cúm A/H5N1 được phát hiện lần đầu tiên gây bệnh dịch trên gà tại Scotland vào năm 1959 Có thể gọi cúm A/H5N1 phân lập năm 1959 tại Scotland là virus cúm A/H5N1 cổ điển (danh pháp: A-Ck-Scotland-(59)(H5N1) (số đăng ký: X07869) Từ

đó cho đến nay, H5 và N1 đã có thay đổi lớn xét về cấu trúc thành phần gen và kháng nguyên miễn dịch (Horimoto, Kawaoka, 2006) Sau gần 40 năm không phát hiện, cúm A/H5N1 xuất hiện tại Quảng Đông (1996), và Hồng Kông (1997) với biến đổi sâu sắc, không những gây chết gia cầm mà còn thích ứng và gây chết người bệnh Có thể coi dòng virus cúm A/H5N1 từ 1996 đến nay là cúm A/H5N1 hiện đại mới xuất hiện (de Jong, Hien, 2006) Đặc biệt, từ 2003 đến nay, virus H5N1 gây ra dịch cúm trên gia cầm tại Hồng Kông, Trung Quốc và lây lan sang hàng chục quốc gia trên thế giới ở châu Á, châu

Âu và châu Phi Cúm A/H5N1 giai đoạn 2003 đến nay, cơ bản về cấu trúc vẫn như trước

đó, nhưng xét về độc lực (tính gây bệnh), loài vật chủ nhiễm bệnh, tính kháng nguyên -

miễn dịch và mức độ truyền lây có nhiều nét đặc trưng hơn và khác với nhiều biến chủng

H5N1 trước đây (Hulse-Post et al., 2005; Subbarao, Luke, 2007; Zhaoet al., 2008) (Hình

1)

Hình 1 Bản đồ các quốc gia xảy ra dịch cúm A/H5N1 (WHO, tính đến

15/09/2008) Phần bôi đậm là vùngdịch cúm xảy ra trên gia cầm; phần bôi nhạt là vùng dịch cúm chỉ xảy ra trên chim hoang dã

Bảng 1 Tổng số trường hợp nhiễm cúm gia cầm A/H5N1 ở người báo cáo cho WHO

Việt Nam 3 3 29 20 61 19 0 0 8 5 5 5 106 52 Tổng 4 4 46 32 98 43 115 79 88 59 34 26 385 243 Ghi chú: Số ca mắc bệnh bao gồm cả các ca tử vong WHO chỉ ghi nhận những ca

được xác nhận bằng xét nghiệm và được báo cáo chính thức Nguồn: Tổ chức Y tế thế giới - WHO (tính đến tháng 6/2008)

Từ cuối 2005, cúm A/H5N1, chủ yếu là các chủng virus thuộc phân dòng Thanh Hải (nguồn gốc vùng Bắc Trung Quốc) bắt đầu lan sang một số nước vùng Trung Á, trong đó

có Nga, rồi tràn ngập Đông Âu và xâm nhập vào các nước vùng Tiểu Á, bao gồm Thổ Nhĩ Kỳ, các nước Bắc- Trung Phi, đặc biệt Ai Cập và Nigeria là các nước chịu thiệt hại nhiều nhất (Salzberg, 2007) Nhằm ngăn chặn dịch bệnh lây lan, trong hơn mười năm qua, trên thế giới đã có hàng trăm triệu gia cầm đã bị tiêu hủy, gây thiệt hại nặng nề cho ngành chăn nuôi và kinh tế Đặc biệt, số người nhiễm và tử vong do virus cúm A/H5N1, mỗi năm một cao hơn, theo thống kê số người bị nhiễm cúm gia cầm H5N1 báo cáo với

Tổ chức Y tế thế giới (WHO), từ năm 2003 đến tháng 6/2008, đã có tới 385 trường hợp mắc cúm A/H5N1, trong đó, 243 trường hợp đã tử vong chiếm tới 63,11% Việt Nam và Indonesia là các 2 quốc gia có số người nhiễm và tử vong cao nhất do virus cúm A/H5N1 trên thế giới (Bảng 1) Trong số 16 nước có người chết do cúm gia cầm, Inonesia và Việt

Nam được WHO xác định là quốc gia “điểm nóng” có thể cúm A/H5N1 có được các điều

kiện thuận lợi để tiến hóa thích nghi lây nhiễm và trở thành virus của người

Tình hình dịch bệnh cúm A/H5N1 ở Việt Nam

Dịch cúm gia cầm A/H5N1 bùng phát tại Việt Nam vào cuối tháng 12/2003 ở các tỉnh phía Bắc, sau đó đã nhanh chóng lan tới hầu hết các tỉnh/thành trong cả nước chỉ trong một thời gian ngắn Đây là lần đầu tiên dịch cúm gia cầm A/H5N1 xảy ra tại Việt Nam, có tới hàng chục triệu gia cầm bị tiêu hủy, gây thiệt hại nặng nền tới nền kinh tế quốc dân Tính đến nay (tháng 10/2008), dịch cúm gia cầm liên tục tái bùng phát hàng năm tại nhiều địa phương trong cả nước, có thể phân chia thành các đợt dịch lớn như sau:

- Đợt dịch thứ nhất từ tháng 12/2003 và 30/03/2004, dịch cúm xảy ra ở các tỉnh Hà Tây, Long An và Tiền Giang Dịch bệnh lây lan rất nhanh, chỉ trong vòng hai tháng đã xuất hiện ở 57/64 thành trong cả nước Tổng số gà và thủy cầm mắc bệnh, chết và thiêu hủy hơn 43,9 triệu con, chiếm 17% tổng đàn gia cầm Trong đó, gà chiếm 30,4 triệu con, thuỷ cầm 13,5 triệu con Ngoài ra, có ít nhất 14,8 triệu chim cút và các loại khác bị chết hoặc thiêu huỷ Đặc biệt, có 3 người được xác định nhiễm virus cúm A/H5N1 và cả 3 đã

tử vong trong đợt dịch này (http://www.cucthuy.gov.vn)

- Đợt dịch thứ 2 từ tháng 4 đến tháng 11/2004: dịch bệnh tái phát tại 17 tỉnh, thời gian cao điểm nhất là trong tháng 7, sau đó giảm dần đến tháng 11/2004 chỉ còn một điểm phát dịch Tổng số gia cầm tiêu hủy được thống kê trong vụ dịch này là 84.078 con Trong đó, có gần 56.000 gà; 8.132 vịt; và 19.950 con chim cút Và đã có tới 27 người mắc bệnh virus cúm A/H5N1, trong đó có 9 ca tử vong (http://www.cucthuy.gov.vn)

- Đợt 3 từ tháng 12/2004 cho đến tháng 15/12/2005: dịch cúm gà xảy ra trên 36 tỉnh thành trong cả nước Số gia cầm bị tiêu hủy được Cục Thú y thống kê là 1,846 triệu con (gồm 470.000 gà, 825.000 thủy cầm và 551.000 chim cút) Vào những tháng cuối năm

2005, dịch cúm gà xảy ra trong tháng 10/2005 lan nhanh trong gần 40 tỉnh thành và giảm dần trong tháng 12/2005 (http://www.cucthuy.gov.vn)

- Sau một năm (2006), do áp dụng chương trình tiêm chủng rộng rãi cho các đàn gia cầm trong cả nước, cùng với các biện pháp phòng chống dịch quyết liệt, dịch cúm A/H5N1 không xảy ra ở Việt Nam Mặc dù vậy, đến 06/12/2006 dịch cúm gia cầm A/H5N1 đã tái bùng phát ở Cà Mau, sau đó lan sang các tỉnh Bạc Liêu, Hậu Giang, Vĩnh Long và Cần Thơ(http://www.cucthuy.gov.vn)

- Trong năm 2007, dịch bệnh tái phát tại Hải Dương vào ngày 17/02/2007 và được khống chế sau 1 tháng Tuy nhiên, đến ngày 01/05/2007 dịch bệnh tiếp tục tái phát tại Nghệ An, sau đó lan sang nhiều tỉnh, thành phố trong cả nước Theo Báo cáo của Cục Thú y (Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn) đến ngày 10/06/2007 dịch đã xảy ra trên 16 tỉnh, thành phố (Nghệ An, Quảng Ninh, Cần Thơ, Sơn La, Nam Định, Đồng Tháp, Hải Phòng, Bắc Giang, Ninh Bình, Bắc Ninh, Vĩnh Phúc, Hà Nam, Quảng Nam, Hưng Yên, Thái Bình và Phú Thọ), và chỉ được khống chế hoàn toàn vào 8/2007

- Gần đây, dịch bệnh lại tiếp tục tái bùng phát ở một số tỉnh phía Bắc vào tháng 3/2008 Cho đến tháng 6/2008, dịch cúm gia cầm A/H5N1 về cơ bản đã được khống chế trên toàn quốc (http://www.cucthuy.gov.vn)

Quan hệ lây nhiễm và biểu hiện bệnh

Loài mắc

Quần thể chim hoang dã (chủ yếu là vịt trời) và gia cầm (vịt, gà tây, gà, ngan, ngỗng) là các vật chủ tự nhiên của virus cúm A Do đó, virus cúm A thường không gây bệnh hoặc chỉ gây bệnh nhẹ cho chim và gia cầm Tuy nhiên, một số biến thể cường độc (H5, H7) xuất hiện gần đây do tái tổ hợp với nhiều gen khác nhau, có thể gây dịch cúm

nguy hiểm làm chết hàng loạt cả ở chim và gia cầm (Li et al., 2004; Hulse-Post et al.,

2005; Alexander, 2007) Tuy nhiên, virus cúm A đặc biệt là chủng virus A/H5N1 hiện đang lưu hành có thể xâm nhiễm gây bệnh ở các loài động vật có vú khác như hổ, mèo ngựa, lợn và người (Murphy, Webster, 1996; Alexander, 2007) Bệnh lây truyền nhanh chóng từ cơ thể bệnh sang cơ thể khỏe mạnh bằng đường hô hấp thông qua các hạt aerosol có chứa virus trong không khí và/hoặc qua đường tiêu hóa do tiếp xúc trực tiếp với các bề mặt (không khí, đất, nước, phương tiện vận chuyển, dụng cụ chăn nuôi bị ô

nhiễm (dịch bài xuất, xác vật bệnh, chất thải) của cơ thể bệnh (Silas et al., 2007;

Alexander, 2007)

Triệu chứng

Thời gian ủ bệnh từ vài giờ đến 21 ngày, có trường hợp kéo dài đến 28 ngày Gia cầm bệnh sốt cao, chảy nước mắt, đứng tụm một chỗ, lông xù, phù đầu và mắt, da tím tái, chân xuất huyết, chảy nước dãi ở mỏ Con vật khi sốt cao có biểu hiện không bình thường ở hệ thống tiêu hóa, hô hấp, sinh sản và thần kinh Triệu chứng chung là giảm hoạt động, giảm tiêu thụ thức ăn, gầy yếu Trường hợp nặng có biểu hiện ho, khó thở, rối loạn thần kinh, ỉa chảy, một số con có biểu hiện co giật hoặc ở tư thế không bình thường Những triệu trứng trên có thể xảy ra cùng một lúc hoặc riêng rẽ (Tô Long Thành, 2004;

Lê Văn Năm, 2005) Đối với người, sau khi nhiễm, thời gian ủ bệnh từ 1 đến 5 ngày trung bình là khoảng 3 ngày Lúc đầu bệnh nhân sốt cao 39oC và kéo dài từ 1 đến 3 ngày, bệnh nhân cảm thấy khó chịu, toàn thân ê ẩm, ho, sổ mũi nhức đầu khủng khiếp, có thể tiến tới khó thở rồi nghẹt thở, kèm theo các rối loạn về thính giác và thị giác Đặc biệt, chủng virus cúm A/H5N1 gây tỉ lệ tử vong rất cao cả ở gia cầm và trên người, có người

có thể nhiễm cả đường hô hấp trên và dưới (Claas et al., 1998; Hui, 2008) Trong trường

hợp không xảy ra những biến chứng phức tạp, sự gây nhiễm tự giới hạn và bệnh nhân tự phục hồi trong vòng một tuần Tuy nhiên, nếu trường hợp diễn biến phức tạp, bệnh có thể trở nên trầm trọng thậm chí có thể dẫn đến tử vong, đó là trường hợp bị biến chứng đi

kèm viêm phổi do virus hoặc do vi khuẩn hoặc cả hai (Bauer et al., 2006; Gambotto et al., 2008).

Bệnh tích

Bệnh tích đại thể ở các loài khác nhau nên bệnh tích khác nhau Đối với gia cầm, bệnh tích thường gặp gồm mào, yếm sưng to, phù quanh mí mắt Thể nhẹ bệnh tích ở xoang đặc trưng bởi viêm cata, lắng đọng fibrin, có mủ hoặc hình thành casien Có thể phù ở niêm mạc khí quản với dịch thẩm xuất khác nhau từ thanh dịch đến casein Viêm

xoang bụng cata hoặc fibrin, có thể viêm dính buồng trứng với xoang bụng Xuất huyết điểm trên bề mặt niêm mạc và tương mạc nội tạng Xuất huyết hầu hết toàn bộ đường tiêu hóa, đặc biệt thấy rõ ở manh tràng, dạ dày tuyến Tụy thường sưng to, có những vạch vàng hoặc đỏ sẫm theo chiều dọc Túi Fabricius ở gà xung huyết và xuất huyết Bệnh tích này rất giống với bệnh tích của bệnh Newcastle (Lê Văn Năm, 2004) Ở người, virus xâm nhập niêm mạc phế nang phế quản, nhân lên gây hủy hoại biểu mô túi khí, gây xung - xuất huyết và tràn dịch phổi ở bệnh nhân Mặt khác, virus có khả năng gây nhiễm khí quản, ruột, não, và có thể xuyên qua nhau thai xâm nhập bào thai Mất cân bằng điều hòa miễn dịch do hiện tượng tăng cytokine không kiềm chế (cytokine storm) thường xảy ra dẫn đến cơ thể bị suy sụp và tử vong (Korteweg, Gu, 2008).

Chẩn đoán, điều trị

Chẩn đoán

Chẩn đoán bệnh cúm gia cầm và bệnh cúm ở người thường chủ yếu dựa vào các dấu hiệu lâm sàng, dịch tễ và các xét nghiệm phát hiện sự hiện diện của virus cúm trong cơ thể bệnh, đó là các phản ứng ngăn ngưng kết hồng cầu (HA, heagglutination test), test chẩn đoán nhanh (Capillia Flu A/B test của hãng Nippon Becton Dickinson), hoặc các chẩn đoán xác định dựa vào các xét nghiệm huyết thanh miễn dịch học và phân lập virus

(Nicholson et al., 2003; OIE, 2005) Gần đây, các phương pháp Real-Time PCR và

reverse transcription-PCR (RT-PCR), kể cảPCR đa gen (multiplex-PCR), trực tiếp sử dụng nguồn gen của virus cúm A và cúm A/H5N1 từ mẫu bệnh phẩm (tracheal or cloacal swab), cũng được đưa vào ứng dụng, cho phép chẩn đoán xác định và phân biệt sự hiện diện của các chủng virus cúm A gây bệnh, có độ chính xác và tin cậy cao chỉ với một

lượng nhỏ mẫu bệnh phẩm (OIE, 2005; Zou et al., 2007; Wu et al., 2008).

Phòng chống bệnh bằng sử dụng hóa dược liệu

Một số dạng hóa dược đang được dùng trong các thuốc ức chế virus không đặc hiệu tác dụng ngăn cản quá trình giải phóng virus ra khỏi tế bào nhiễm (ức chế NA), hoặc ức chế quá trình thoát vỏ (cởi áo) và bao gói của virus do ức chế kênh vận chuyển protein

NP vào nhân tế bào trong quá trình nhân lên của virus trong tế bào nhiễm (Hayden et al., 1999; Basler, 2007) Các chế phẩm chủ yếu là Rimantadine, Amantadine (A/H5N1 đã xuất hiện sự kháng thuốc với hai thuốc này (Arinaminpathy et al., 2008) và Oseltamivir (Tamiflu) hoặc phác đồ hỗn hợp cả hai loại (Ilyushina et al., 2007) Trong đó, Oseltamivir

ức chế NA của mọi type virus cúm, được sử dụng uống dự phòng trong vòng 48 h sau tiếp xúc với mầm bệnh, và được sử dụng là thuốc dự trữ chiến lược phòng dịch cúm A/H5N1, tuy nhiên thuốc cũng có một vài tác dụng phụ trên người được ghi nhận như

gây rối loạn tâm thần và có thể gây độc sau điều trị liều cao (ACIP, 2000; Hayden et al., 1999; Aoki et al., 2007).

ĐẶC ĐIỂM VIRUS HỌC CÚM A PHÂN TYPE H5N1 GÂY BỆNH Ở GIA CẦM

Cấu tạo và danh pháp

Virus cúm A (còn gọi là virus cúm gia cầm, virus cúm gà) có tên khoa học là Avian Influenza (AI), thuộc họ Orthomyxoviridae trong hệ thống phân loại chung (Basic Taxomomy) (Murphy, Webster, 1996) Các hạt virus cúm A (virion) có hình cầu hoặc hình khối đa diện, đường kính 80 -120 nm, đôi khi cũng có dạng hình sợi, khối lượng phân tử khoảng 250 triệu Da Phân tích thành phần hóa học một virion có chứa khoảng 0,8 - 1,1% RNA; 70 - 75% là protein; 20 - 24% lipid và 5 - 8% là carbonhydrate

(Murphy, 1996) Hạt virus có cấu tạo đơn giản gồm vỏ (capsid), vỏ bọc ngoài (envelope)

và lõi là RNA sợi đơn âm - negative single strand (Murphy, Webster, 1996) (Hình 2)

Hình 2 Ảnh chụp kính hiển vi điện tử (A), mô hình (B), và phức hợp ribonucleoprotein

RNP (C) của virus cúm A

Ghi chú: A: Các dạng hình thái khác nhau của virus cúm A dưới kính hiển vi điện tử;

B: Mô hình cấu tạo hạt virus cúm A

(Hemagglutinin: phân tử kháng nguyên HA, Neuraminidase: phân tử kháng nguyên NA; PB2, PB1, PA: ba dưới đơn vị phức hợp enzyme polymerase của virus)

C: Cấu trúc của phức hợp ribonucleoprotein RNP

(Nguồn: © Paul Digard, Dept Pathology, University of Cambridge)

Vỏ virus có chức năng bao bọc và bảo vệ vật chất di truyền RNA của virus, bản chất cấu tạo là màng lipid kép, có nguồn gốc từ màng tế bào nhiễm được đặc hiệu hóa gắn các protein màng của virus Trên bề mặt có khoảng 500 “gai mấu” nhô ra và phân bố dày đặc, mỗi gai mấu dài khoảng 10 - 14 nm có đường kính 4 - 6 nm, đó là những kháng nguyên

bề mặt vỏ virus, bản chất cấu tạo là glycoprotein gồm: HA, NA, MA (matrix) và các dấu

ấn khác của virus (Bender et al., 1999; Zhou et al., 2007) Có sự phân bố không đồng đều

giữa các phân tử NA và HA (tỉ lệ khoảng 1NA/4HA), đây là hai loại protein kháng

nguyên có vai trò quan trọng trong quá trình xâm nhiễm của virus ở tế bào cảm nhiễm

(Murphy, Webster, 1996; Wagner et al., 2002) Vật chất di truyền (còn gọi là hệ gen) của

virus cúm A là RNA sợi đơn âm (viết tắt là (-) ssRNA), gồm 8 phân đoạn riêng biệt (HA,

NA, M, NS, NP, PA, PB1 và PB2) nối với nhau thành một sợi duy nhất bên trong vỏ virus, mã hóa cho 11 protein tương ứng của virus, trong đó phân đoạn M mã hóa cho 2 protein là M1 và M2; phân đoạn NS mã hóa cho 2 protein là NS và NEP, phân đoạn PB1

mã hóa cho 2 protein là PB1 và PB1-F2 (Ito et al., 1998; Conenello et al., 2007) (Hình

2)

Về danh pháp, nhóm virus cúm A được phân chia thành nhiều phân type (subtype),

các phân type này được phân biệt bởi sự khác nhau ở các đặc tính kháng nguyên bề mặt (NA và HA), cho đáp ứng miễn dịch khác nhau giữa các chủng virus ở cơ thể bị nhiễm

(Murphy, Webster, 1996; Wagner et al., 2002) Có 16 phân type HA và 9 phân type NA

đã được phát hiện, sự tổ hợp giữa các phân type này, về lí thuyết, có thể tạo ra hơn 254

biến chủng khác nhau, trừ chủng ban đầu (WHO/OIE/FAO, 2008; Chen et al., 2008)

Hiện nay, dữ liệu gen và hệ gen của virus cúm A có thể được tìm thấy trong Ngân hàng gen (GenBank:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ genomes/FLU/FLU.html), tại Mạng lưới chuyên gia cúm gia cầm của Tố chức Nông lương thế giới (FAO) và Tổ chức Thú y thế giới (OIE) (OIE-FAO network of expertise on avian influenza:http://www.offlu.net/); và tại trang web của Trung tâm dữ liệu các gen virus cúm (Influenza Sequence Database, ISD: http://www.flu.lanl.gov/) Tổ chức Y tế thế giới (WHO) đã quy định thống nhất danh pháp theo thứ tự kí hiệu: Tên serotype - Loài động vật bị nhiễm - Vùng địa lí phân lập-Số hiệu đăng kí chủng virus - Thời gian phân lập - Loại hình phân type [HA(H) và NA(N)]; ví dụ: A/Chicken/Vietnam/ HG4/2005(H5N1) Đối với các virus được phân lập trên người bệnh, thì không cần ghi loài mắc trong danh pháp, ví dụ: A/Vietnam/1194/2004(H5N1) (WHO/OIE/FAO, 2008)

Độc lực và tính thích ứng vật chủ

Độc lực gây bệnh của virus cúm A

Tính gây bệnh hay độc lực của virus cúm A được chia làm hai loại: Loại độc lực cao (HPAI - Highly pathogenic avian influenza), và loại độc lực thấp (LPAI - Low pathogenic

avian influenza), cả hai loại đều cùng tồn tại trong tự nhiên (Kelly et al., 2008).

- HPAI: là loại virus cúm A có khả năng gây tổn thương nhiều cơ quan nội tạng trong cơ thể nhiễm, trên gia cầm chúng thường gây chết 100% số gia cầm bị nhiễm trong vòng 48 h sau nhiễm Loại này rất nguy hiểm gây lo ngại cho cộng đồng Virus loại HPAI phát triển tốt trên tế bào phôi gà và tế bào thận chó trong môi trường nuôi cấy không có trypsin (Webster, 1998; Alexander, 2007)

- LPAI: là loại virus khi phát triển trong cơ thể nhiễm, có thể gây bệnh cúm nhẹ không có triệu chứng lâm sàng điển hình và không làm chết vật chủ Đây là loại virus lây truyền rộng rãi và tạo nên các ổ bệnh trong tự nhiên của virus cúm A, loại này có thể trao đổi gen với các chủng virus có độc lực cao đồng nhiễm trên cùng một tế bào, và trở thành loại virus HPAI nguy hiểm (Webster, 1998; Alexander, 2007).

Tính thích ứng đa vật chủ của virus cúm A/H5N1

Vật chủ tự nhiên của tất cả các chủng virus cúm A/H5N1 là chim hoang dã (chủ yếu

là vịt trời), đây là nguyên nhân lan truyền virus trong tự nhiên rất khó kiểm soát Virus cúm A có khả năng gia tăng biên độ vật chủ của chúng trong quá trình lây truyền ở tự

nhiên (Kashet al., 2006; de Wit, Fouchier, 2008) Nhờ đặc tính luôn thay đổi kháng

nguyên trong tự nhiên, virus cúm A có khả năng xâm nhiễm ở nhiều loài vật chủ trung gian khác nhau như gia cầm, một số loài động vật có vú (hải cẩu, cá voi, ngựa, lợn) và cả

ở người, tạo nên tính thích ứng lan truyền “nội loài” như gà - gà, hay “ngoại loài” như gà

- lợn; gà - lợn - người (Hình 3) Vịt (vịt trời) và một số loài thuỷ cầm khác (ngỗng) luôn

luôn là vật chủ tàng trữ nguồn virus gây nhiễm (Webster et al., 2002; Weiss, 2003; Chen et al., 2004; Hulse-Post et al., 2005) Đặc điểm thích ứng vật chủ này là điều kiện

thuận lợi cho virus cúm A trao đổi, tái tổ hợp các phân đoạn gen, đặc biệt là các phân

đoạn gen kháng nguyên (gen “độc” HA và NA) giữa các chủng, tạo ra một chủng virus

cúm mới có khả năng thích ứng xâm nhiễm ở loài vật chủ mới của chúng đặc biệt khi

chúng vượt qua được “rào cản loài” dễ dàng thích ứng lây nhiễm gây bệnh từ gia cầm

sang người và giữa người với người (Horimoto, Kawaoka, 2001; Hilleman, 2002;

Chen et al., 2004) Trong lịch sử các đại dịch cúm ở người, lợn thường là vật chủ trung

gian chuyển tiếp giúp cho virus cúm A biến đổi để dễ dàng lây nhiễm sang người gây nên

bệnh dịch (Ito et al., 1998; Zhu et al., 2008) Ví dụ: cúm A/H3N2 là kết quả tái tổ hợp tự

nhiên của virus cúm A/H2N2 của người và virus chứa gen H3 trong tự nhiên thông qua

đồng nhiễm trên lợn, gây nên đại dịch cúm châu Á năm 1968 (Nicholson et al., 2003;

Webster, 1998; Horimoto, Kawaoka, 2001)

Sức đề kháng

Virus cúm A tương đối nhạy cảm với các tác nhân bất hoạt vật lí hay hóa học Các hạt virus tồn tại thích hợp trong khoảng pH từ 6,5 đến 7,9 Ở pH quá acid hay quá kiềm,

khả năng lây nhiễm của virus bị giảm mạnh (Fang et al., 2008) Lớp vỏ ngoài của virus

bản chất là lớp lipid kép, có nguồn gốc từ màng tế bào nhiễm, dễ bị phá hủy bởi các dung môi hòa tan lipid, chất tẩy rửa và các chất sát trùng: formaldehyde, phenol, β-propiolacton, sodium hypochloride, acid loãng và hydroxylamine Virus bị bất hoạt dưới ánh sáng trực tiếp sau 40 giờ, tồn tại được 15 ngày ánh sáng thường, tia tử ngoại bất hoạt được virus nhưng không phá hủy được kháng nguyên của virus Tuy nhiên, virus cúm A

dễ dàng bị tiêu diệt hoàn toàn ở 100oC và ở 60oC/30 phút, tồn tại ít nhất 3 tháng ở nhiệt

độ thấp (trong phân gia cầm), và tới hàng năm ở nhiệt độ bảo quản (−70oC) Trong phủ tạng gia cầm (40oC), virus tồn tại 25 - 30 ngày, nhưng chỉ tồn tại 7 - 8 ngày ở nhiệt độ cơ thể người (37oC); trong nước, virus có thể sống tới 4 ngày ở nhiệt độ 30oC (Murphy, Webster, 1996; Webster, 1998).

Khả năng gây bệnh của virus cúm A

Virus cúm A có tính thích ứng lây nhiễm cao với biểu mô đường hô hấp, gây bệnh chủ yếu ở đường hô hấp, và cũng có thể tác động gây tổn thương nhiều cơ quan khác trong cơ thể của các động vật cảm nhiễm, do đó còn được gọi là virus hướng đa phủ

tạng (Webster, 1998; Nicholson et al., 2003; Phạm Ngọc Đính et al., 2004) Khả năng

gây bệnh của virus cúm A phụ thuộc vào độc lực và tính thích nghi vật chủ của từng chủng virus Thông thường chúng không gây bệnh hoặc chỉ gây bệnh nhẹ giới hạn ở đường hô hấp của chim hoang dã và gia cầm nhiễm, nhưng một số chủng cường độc (H5, H7, và H1, H2, H3) có thể gây bệnh nặng ở hầu hết các cơ quan trong cơ thể, gây nên dịch cúm ở gia cầm và ở người, có lẽ do tính thích ứng thụ thể sialic của chúng

(Suzuki, 2005; Yamada et al., 2006) Hầu hết các chủng virus cúm A nhân lên rất tốt

trong phôi gà sau lần cấy truyền thứ nhất, tuy nhiên các chủng cường độc phân type H5, H7 gây chết phôi gà ngay sau vài giờ, cả khi hàm lượng virus rất thấp chưa được nhân lên nhiều, và có thể gây bệnh cúm thực nghiệm trên chuột lang, chuột Hamster, chồn đất (Horimoto, Kawaoka, 1995; de Wit, Fouchier, 2008)

Sau khi bị nhiễm virus cúm A, cơ thể vật chủ sinh ra đáp ứng miễn dịch chống lại virus bảo vệ cơ thể, nhưng đáp ứng miễn dịch này có thể không có tác dụng bảo vệ hoàn toàn cho những lần nhiễm sau, do virus cúm A luôn có sự biến đổi kháng nguyên của nó trong quá trình lưu hành ở tự nhiên, và không có đáp ứng miễn dịch chéo giữa các chủng virus cúm A (Webster, 1998) Do đó, khi xuất hiện những biến chủng virus cúm A có đặc tính kháng nguyên khác với các chủng virus trước đó, cơ thể nhiễm sẽ không hoặc ít có đáp ứng miễn dịch bảo hộ thích ứng với chủng virus cúm mới Đây là nguyên nhân làm cho gia cầm và con người thường bị mắc bệnh cúm nhiều lần trong năm, và các đợt dịch

cúm xảy ra về sau thường nặng nề hơn và có thể gây nên đại dịch cúm mới (Doherty et al., 2005) Khả năng gây bệnh của biến chủng virus cúm mới giảm hoặc biến mất, khi cơ

thể có được đáp ứng miễn dịch đặc hiệu với biến chủng đó và chúng trở nên thích nghi lây nhiễm ở loài vật chủ mới (Weiss, 2003), ví dụ: virus A/H1N1, A/H2N2, A/H3N2 là nguyên nhân của các đại dịch cúm trên người trước đây và đã thích nghi lây nhiễm ở

người (Ito et al., 1998) Tuy nhiên, các chủng này vẫn thường gây ra các vụ dịch cúm tản

phát hàng năm ở người, do khả năng biến đổi kháng nguyên của chúng (Hilleman, 2002) Đây cũng chính là nguồn virus trao đổi gen với các chủng virus cúm đang lưu hành ở gia cầm, để thích ứng lây nhiễm gây bệnh cho nhiều loài khác ngay cả trên người (Webster,

1998; Weiss, 2003; Weber, Stilianakis, 2007; Chen et al., 2008).

Hình 3 Mối quan hệ lây nhiễm và thích ứng các loài vật chủ của virus cúm A.

Cơ chế xâm nhiễm gây bệnh của virus cúm A trong tế bào vật chủ

Virus cúm A/H5N1 kí sinh nội bào bắt buộc, quá trình xâm nhiễm và nhân lên của virus xảy ra chủ yếu ở các tế bào biểu mô đường hô hấp, đường tiêu hóa của cơ thể nhiễm

(Murphy, Webster, 1996; Nicholson et al., 2003), có những nét đặc trưng như sau:

- Quá trình xâm nhiễm của virus cúm A được mở đầu bằng sự kết hợp của HA và thụ thể thích ứng của nó trên bề mặt các tế bào này, và cuối cùng là giải phóng hệ gen của virus vào trong bào tương của tế bào nhiễm (Hình 4)

- Quá trình nhân lên của RNA virus cúm A chỉ xảy ra trong nhân của tế bào, đây là đặc điểm khác biệt so với các virus khác (quá trình này xảy ra trong nguyên sinh chất), và cuối cùng là giải phóng các hạt virus ra khỏi tế bào nhiễm nhờ vai trò của enzyme neuraminidase Thời gian một chu trình xâm nhiễm và giải phóng các hạt virus mới của virus cúm chỉ khoảng vài giờ (trung bình 6 h) Sự tạo thành các hạt virus mới không phá tan tế bào nhiễm, nhưng các tế bào này bị rối loạn hệ thống tổng hợp các đại phân tử, và rơi vào quá trình chết theo chương trình (apoptosis) làm tổn thương mô của cơ thể vật

chủ (Webster, 1998; Uiprasertkul et al., 2007).

- Sau khi được giải phóng vào trong bào tương tế bào nhiễm, hệ gen của virus sử dụng bộ máy sinh học của tế bào tổng hợp các protein của virus và các RNA vận chuyển

phụ thuộc RNA (RNA-dependent RNA transcription) Phức hợp protein – RNA của virus được vận chuyển vào trong nhân tế bào (Basler, 2007).

- Trong nhân tế bào các RNA hệ gen của virus tổng hợp nên các sợi dương từ khuôn

là sợi âm của hệ gen virus, từ các sợi dương này chúng tổng hợp nên RNA hệ gen của virus mới nhờ RNA-polymerase Các sợi này không được Adenine hóa (gắn thêm các

Adenine - gắn mũ) ở đầu 5’- và 3’-, chúng kết hợp với nucleoprotein (NP) tạo thành phức

hợp ribonucleoprotein (RNP) hoàn chỉnh và được vận chuyển ra bào tương tế bào Đồng thời, các RNA thông tin của virus cũng sao chép nhờ hệ thống enzyme ở từng phân đoạn gen của virus, và được enzyme PB2 gắn thêm 10 - 12 nucleotide Adenin ở đầu 5’-, sau đó được vận chuyển ra bào tương và dịch mã tại lưới nội bào có hạt để tổng hợp nên các protein của virus (Hình 4)

- Các phân tử NA và HA của virus sau khi tổng hợp được vận chuyển gắn lên mặt

ngoài của màng tế bào nhiễm nhờ bộ máy Golgi, gọi là hiện tượng “nảy chồi” của virus

NP sau khi tổng hợp được vận chuyển trở lại nhân tế bào để kết hợp với RNA thành RNP

của virus Sau cùng các RNP của virus được hợp nhất với vùng “nảy chồi”, tạo thành các

“chồi” virus gắn chặt vào màng tế bào chủ bởi liên kết giữa HA với thụ thể chứa sialic

acid Các NA phân cắt các liên kết này và giải phóng các hạt virus trưởng thành tiếp tục

xâm nhiễm các tế bào khác (Murphy, Webster, 1996; Nayak et al., 2004).

Hình 4

Mô hình cơ chế xâm nhiễm và nhân lên của virus cúm A ở tế bào chủ.

ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC PHÂN TỬ CỦA VIRUS CÚM A/H5N1

Đặc điểm chung

Hệ gen virus cúm A là RNA sợi đơn âm (-)ssRNA, bao gồm 8 phân đoạn gen riêng

biệt mang tên từ 1-8 theo thứ tự giảm dần của kích thước phân tử (hay được gọi theo tên protein mà chúng mã hóa tổng hợp), mã hóa cho 11 protein khác nhau của virus gồm:

HA, NA, M (M1 và M2), NP, NS (NS1 và NS2), PA, PB1, PB1-F2 và PB2 (Murphy,

Webster, 1996; Luong, Palese, 1992; Rabadan et al., 2006) (Hình 2B) Mỗi phân đoạn

RNA của virus cúm A có cấu trúc xoắn bậc 2 α đối xứng dài 50 - 100 nm, đường kính 9 -

10 nm, được bao bọc bởi nucleoprotein (NP) - bản chất là lipoprotein, tạo thành cấu trúc ribonucleoprotein (RNP) Mỗi RNP kết hợp với 3 protein enzyme polymerase (PA, PB1

và PB2) chịu trách nhiệm trong quá trình phiên mã và sao chép RNA của virus (Hình 2C) Các phân đoạn của hệ gen virus cúm A nối với nhau bằng các cầu nối peptide tạo nên vòm (loop) tại giới hạn cuối của mỗi phân đoạn, và tạo thành một sợi RNA duy nhất

có tổng độ dài từ 10.000 - 15.000 bp (tuỳ theo từng chủng virus cúm A), chứa đựng

khoảng 13,5 kilobase thông tin di truyền và có cấu trúc xoắn α (α-helix) bên trong vỏ

virus Hai đầu 5’- và 3’- sợi RNA hệ gen virus có gắn thêm chuỗi nucleotide có tính bảo tồn cao giữa các phân type là: 5’-AGUAGAACAAGG… và 3’- UCG(U/C)UUUCGU

CC (Luong, Palese, 1992; Murphy, Webster, 1996)

Các phân đoạn gen của virus cúm A/H5N1

Các phân đoạn 1, 2 và 3 là những phân đoạn mã hóa tổng hợp các enzyme trong phức hợp polymerase (RNA transcriptase) của virus, có độ dài ổn định và có tính bảo tồn cao, bao gồm:

- Phân đoạn 1 (gen PB2) có kích thước 2431 bp, mã hóa tổng hợp protein enzyme

PB2, là tiểu đơn vị thành phần trong phức hợp enzyme polymerase của virus, chịu trách nhiệm khởi đầu phiên mã RNA virus Protein PB2 có khối lượng phân tử theo tính toán khoảng 84.103 Da (trên thực tế là 87.103 Da) (Murphy, Webster, 1996) Tính thích nghi nhiệt độ cơ thể loài vật chủ được cho là có liên quan đến vị trí amino acid 627 ở protein PB2 (ở virus cúm gia cầm vị trí này là Glu - thích ứng nhiệt độ cơ thể gia cầm khoảng

40oC, còn ở virus thích nghi trên người là Lys - thích ứng nhiệt độ cơ thể người khoảng

37oC) (Subbarao, 1993; Wasilenkoet al., 2008).

- Phân đoạn 2 (gen PB1) cũng có kích thước 2431 bp, mã hóa tổng hợp enzyme

PB1 - tiểu đơn vị xúc tác của phức hợp enzym polymerase trong quá trình tổng hợp RNA virus, chịu trách nhiệm gắn mũ RNA (Murphy, Webster, 1996) Gần đây, đã có phát hiện thêm một protein (PB1-F2) được mã hóa bởi một khung đọc mở khác của PB1, có vai trò

gây ra hiện tượng apoptosis (hiện tượng tế bào chết theo chương trình) (Uiprasertkul et al., 2007).

- Phân đoạn 3 (gen PA) có kích thước 2233 bp, là phân đoạn gen bảo tồn cao, mã

hóa tổng hợp protein enzyme PA có khối lượng phân tử theo tính toán khoảng 83.103 Da

(trên thực tế là 96.103 Da) PA là một tiểu đơn vị của polymerase chịu trách nhiệm kéo dài

sự phiên mã RNA trong quá trình tổng hợp RNA của virus (Luong, Palese, 1992)

Các phân đoạn 4 và 6 mã hóa cho các protein (HA và NA) bề mặt capsid của virus,

có tính kháng nguyên đặc trưng theo từng chủng virus cúm A, bao gồm:

- Phân đoạn 4 (gen HA) có độ dài thay đổi tuỳ theo từng chủng virus cúm A (ở

A/H1N1 là 1778 bp, ở H9N1 là 1714 bp, ở H5N1 là khoảng 1704 - 1707 bp) Đây là gen chịu trách nhiệm mã hóa tổng hợp protein HA - kháng nguyên bề mặt virus cúm, gồm hai tiểu phần là HA1 và HA2 Vùng nối giữa HA1 và HA2 gồm một số amino acid mang tính kiềm được mã hóa bởi một chuỗi oligonucleotide, đó là điểm cắt của enzym protease, và

đây là vùng quyết định độc lực của virus (Bosch et al., 1979; Gambotto et al., 2008)

Protein HA có khối lượng phân tử khoảng 63.103 Da (nếu không được glycosyl hóa) và 77.103 Da (nếu được glycosyl hóa, trong đó HA1 là 48.103 Da và HA2 là 29.103 Da)

(Luong, Palese, 1992; Keawcharoen et al., 2005).

- Phân đoạn 6 (gen NA) là một gen kháng nguyên của virus, có chiều dài thay đổi

theo từng chủng virus cúm A (ở A/H6N2 là 1413 bp, ở A/H5N1 thay đổi khoảng từ 1350

- 1410 bp) (Nguyễn Thị Bích Nga, 2006) Đây là gen mã hóa tổng hợp protein NA, kháng nguyên bề mặt capsid của virus, có khối lượng phân tử theo tính toán khoảng 50.103 Da (trên thực tế là 50 - 60.103 Da) Các nghiên cứu phân tử gen NA của virus cúm cho thấy phần đầu 5’- của gen này (hay phần tận cùng N của polypeptide NA) có tính biến đổi cao và phức tạp giữa các chủng virus cúm A, sự thay đổi này liên quan đến quá trình thích ứng và gây bệnh của virus cúm trên nhiều đối tượng vật chủ khác nhau

(Castrucci, Kawaoka, 1993; Baigent, McCauley, 2001; Wagner et al., 2002) Đặc trưng

biến đổi của gen NA trong virus cúm A là hiện tượng đột biến trượt-xóa một đoạn gen là

57 nucleotide, rồi sau đó là 60 nucleotide, làm cho độ dài vốn có trước đây của NA(N1)

là 1410 bp còn 1350 bp (Castrucci, Kawaoka, 1993; Lê Thanh Hòa, 2006;

Keawcharoen et al., 2005).

Các phân đoạn gen M, NP và NS mã hóa tổng hợp các protein chức năng khác nhau của virus, có độ dài tương đối ổn định giữa các chủng virus cúm A, bao gồm:

- Phân đoạn 5 (gen NP) kích thước khoảng 1556 bp, mã hóa tổng hợp nucleoprotein

(NP) - thành phần của phức hệ phiên mã, chịu trách nhiệm vận chuyển RNA giữa nhân và bào tương tế bào chủ NP là một protein được glycosyl hóa, có đặc tính kháng nguyên biểu hiện theo nhóm virus, tồn tại trong các hạt virus ở dạng kết hợp với mỗi phân đoạn RNA, có khối lượng phân tử theo tính toán khoảng 56.103 Da (trên thực tế là 50 - 60.103 Da) (Luong, Palese, 1992; Murphy, Webster, 1996;Salzberg, 2007)

- Phân đoạn 7 (gen M) có kích thước khoảng 1027 bp, mã hóa cho protein đệm

(matrix protein - M) của virus (gồm hai tiểu phần là M1 và M2 được tạo ra bởi những

khung đọc mở khác nhau của cùng một phân đoạn RNA), cùng với HA và NA có khoảng

3000 phân tử MP trên bề mặt capsid của virus cúm A, có mối quan hệ tương tác bề mặt

với hemagglutinin (Scholtissek et al., 2002) Protein M1 là một protein nền, là thành

phần chính của virus có chức năng bao bọc RNA tạo nên phức hợp RNP và tham gia vào

quá trình “nảy chồi” của virus (Luong, Palese, 1992; Murphy, Webster, 1996; Basler,

2007) Protein M2 là chuỗi polypeptide bé, có khối lượng phân tử theo tính toán là 11.103 Da (trên thực tế là 15.103 Da), là protein chuyển màng - kênh ion (ion channel) cần

thiết cho khả năng lây nhiễm của virus, chịu trách nhiệm “cởi áo” virus trình diện hệ gen

ở bào tương tế bào chủ trong quá trình xâm nhiễm trên vật chủ (Scholtissek et al., 2002).

- Phân đoạn 8 (gen NS), là gen mã hóa protein không cấu trúc (non structural

protein), có độ dài ổn định nhất trong hệ gen của virus cúm A, kích thước khoảng 890 bp,

mã hóa tổng hợp hai protein là NS1 và NS2 (còn gọi là NEP, nuclear export protein), có vai trò bảo vệ hệ gen của virus nếu thiếu chúng virus sinh ra sẽ bị thiểu năng (Murphy,

Webster, 1996; Sekellick et al., 2000) Độc tính của virus có sự liên quan với gen không

cấu trúc (non-structural gen) này được tìm thấy ở biến chủng A/H5N1/97 (Webster, 1998), trong tự nhiên, việc đột biến xóa đi một phần gen có liên quan đến giảm độc lực

(Zhu et al., 2008) NS1 có khối lượng phân tử theo tính toán là 27.103 Da (trên thực tế là 25.103 Da), chịu trách nhiệm vận chuyển RNA thông tin của virus từ nhân ra bào tương tế bào nhiễm, và tác động lên các RNA vận chuyển cũng như các quá trình cắt và dịch mã của tế bào chủ NEP hay NS2, là gen hình thành từ hai đoạn gen (30 bp và 336 bp) mã hóa loại protein có khối lượng phân tử theo tính toán khoảng 14.103 Da (trên thực tế là 12x103 Da), đóng vai trò vận chuyển các RNP của virus ra khỏi nhân tế bào nhiễm để lắp

ráp với capsid tạo nên hạt virus mới (Sekellick et al., 2000; Zhu et al., 2008).

Như vậy, virus cúm A (cụ thể: cúm A/H5N1) có hệ gen được cấu trúc từ 8 phân đoạn riêng biệt và không có gen mã hóa enzyme sửa chữa RNA, tạo điều kiện thuận lợi cho sự xuất hiện các đột biến điểm trong các phân đoạn gen/hệ gen qua quá trình sao chép nhân lên của virus, hoặc trao đổi các phân đoạn gen giữa các chủng virus cúm đồng nhiễm trên cùng một tế bào, rất có thể dẫn đến thay đổi đặc tính kháng nguyên tạo nên

các chủng virus cúm A mới (Suarez, Schultz-Cherry, 2000; Doherty et al., 2006).

ĐẶC ĐIỂM TIẾN HÓA VÀ HÌNH THÀNH GENOTYPE CỦA VIRUS CÚM A/H5N1 GIAI ĐOẠN 1996 - 2008

Về sự tiến hóa cúm A/H5N1

Năm 1996, H5N1 được phân lập từ ngỗng tại một ổ dịch ở Quảng Đông (Trung Quốc) và chủng này được coi là chủng nguyên thủy tạo nên các dòng virus gây bệnh cúm

gia cầm trong 12 năm qua (Xu et al., 1999) Chủng virus nguyên thủy này, lúc đó cung cấp

nguồn gen HA(H5) cho tiến trình tái tổ hợp tạo nên các biến chủng gây dịch bệnh trên gia

cầm và người ở Hồng Kông năm 1997, và nguồn gen khung khác của virus cúm A/H5N1

Hồng Kông được kiến tạo từ virus cúm A có ở chim cút (Guan et al., 1999) Riêng nguồn

gen NA(N1) còn chưa biết được lấy từ đâu, nhưng cấu trúc của gen có hiện tượng xóa đi

57 nucleotide mã hóa cho 19 amino acid, tại vùng đầu N của protein neuraminidase, và đột

biến “xóa gen” này của N1 có liên quan đến tính thích ứng của virus cúm từ thuỷ cầm lên gia cầm trên cạn và người (Matrosovich et al., 1999) Đối với gen HA(H5) đột biến giãn

nở chuỗi nối giữa HA1 và HA2 mã hóa cho các amino acid kiềm (Arginine và Lysine) có liên quan đến tiến trình tăng cường độc lực, và ở các chủng thuộc dòng Quảng Đông

(Guangdong-like sublineage), các amino acid thông thường là -RRRKK- (Claas et al., 1998; Matrosovich et al., 1999).

Sau một năm gây bệnh tại Hồng Kông, do toàn bộ đàn gia cầm bị tiêu diệt, virus cúm A/H5N1 nguyên thủy gốc Quảng Đông không còn gia cầm cạn để gây bệnh, người

ta tưởng chúng đã biến mất, nhưng thực tế chủng nguyên thủy này vẫn tiếp tục tồn tại trong ngỗng ở vùng Nam Trung Quốc, trở thành nguồn gen tái tổ hợp hình thành biến

chủng mới (Cauthen et al., 2000; Webster et al., 2002) Trong các năm 1997 - 2002,

nhiều biến chủng virus cúm A/H5N1 mang nhiều đặc tính kháng nguyên khác nhau của phân type H5 được hình thành tạo nên nhóm kháng nguyên (clade) 1 có độc lực cao với

gà nhưng thấp đối với vịt, để rồi bị đào thải trong những năm 2001 - 2002 (Guan et al., 2002; Li et al., 2004) Tiếp tục, trong năm 2002 - 2003, gen HA(H5) có những đột

biến mới do hậu quả của hiện tượng lệch kháng nguyên (antigenic drift), để rồi tạo nên

biến chủng có tính gây bệnh cực kỳ cao, đặc biệt đối với vịt, và lây sang người (Guan et al., 2004; Sturm-Ramirezet al., 2004) Đặc tính thích ứng gây bệnh trên người càng ngày

càng cao dần, cùng với độc lực tăng cường đối với đa vật chủ bao gồm vịt, gà, ngan, ngỗng, chim cút, chim hoang dã và người, để rồi hình thành nhiều biến chủng xâm nhập

các nước phía Nam châu Á trong đó có Việt Nam, Thái Lan (Guan et al., 2004; Peiris et al., 2004) (Hình 5).

Hình 5 Phân nhóm tiến hóa (clade) của cúm A/H5N1 bắt nguồn từ chủng nguyên thuỷ

A-Goose-Gd1-1996(H5N1) xuất hiện tại Quảng Đông (Trung Quốc) năm 1996

Có thể nói, sau giai đoạn 1997 - 2003, virus cúm A/H5N1 đã đạt đến mức độ hoàn thiện về đặc tính gây bệnh và thích ứng đa vật chủ, trở nên mối nguy cơ gây bệnh rất cao

đối với gia cầm và người trong các năm 2004 - 2005 (Li et al., 2004; Smith et al., 2006)

Tuy nhiên, xét về di truyền học và tính kháng nguyên, các chủng H5N1 giai đoạn 1997 -

2002 vẫn mang tính đồng nhất kháng nguyên cùng với chủng nguyên thuỷ A/Gs/Gd/1/96

của Quảng Đông (Chen et al., 2004), và bắt đầu phân hóa ở giai đoạn dịch cúm ác liệt

xảy ra năm 2003 - 2005 (de Jong, Hien, 2006) Sự xuất hiện của genotype Z với tính gây bệnh ác liệt trong những năm này ở các nước Đông Nam Á là bằng chứng của sự đột biến

“lệch kháng nguyên” của cúm A/H5N1 (Li et al., 2004; Wu et al., 2008b) Cuối năm

2005, có nhiều dưới dòng của virus cúm A/H5N1 cùng lúc được hình thành, đó là sự xuất hiện phân dòng Thanh Hải (Qinghai and Qinghai-like sublineage) và phân dòng Phúc Kiến (Fujian and Fujian-like sublineage), tràn ngập châu Á bao gồm Trung Quốc, Hồng

Kông, Việt Nam, Indonesia, Thái Lan (Li et al., 2004; Sims et al., 2005; Smith et al., 2006), tràn sang Trung Á, châu Âu và châu Phi có tính gây bệnh cao đối với người (Skeik, Jabr, 2008; Ducatez et al., 2007; Peiris et al., 2007; Zhao et al., 2008) Các chủng

thuộc dưới dòng Phúc Kiến có cấu trúc gen NA(N1) không thay đổi nhiều, nhưng gen

HA(H5) có motifamino acid ở vùng nối của điểm cắt protease là -RRRK-, giảm mất một Lysine (K) so với các chủng dưới dòng Quảng Đông (Smith et al., 2006), và do vậy kể từ

2006 đến nay, nhiều chủng/dòng virus cúm A/H5N1 cùng tồn tại gây bệnh, trong đó có

nước ta (Dung Nguyen et al., 2008) Trong các năm 2006 - 2008, tuy bình diện dịch cúm

gia cầm không ác liệt như những năm 2003-2005, nhưng do xuất hiện nhiều chủng A/H5N1 có biến động kháng nguyên và độc lực, vấn đề dịch tễ học cúm A/H5N1 có thể

đã trở nên phức tạp hơn (Zhao et al., 2008; Gambotto et al., 2008).

Về sự hình thành genotype

Kể từ khi cúm A/H5N1 hiện đại xuất hiện tại Quảng Đông

(A/Gs/CN/Gd1/1996(H5N1) (Xu et al., 1999), có tất cả 12 genotype, bao gồm GD, A, B,

C, D, E, X(X0-X3), V, Y, W, Z(Z+) và G đã được phát hiện, trong đó các chủng H5N1 của

Việt Nam là loại mới biến đổi, hầu hết thuộc genotype Z và G (Nguyễn Tiến Dũng et al., 2004; Dung Nguyen et al., 2008) Từ năm 2002 trở lại đây, những genotype nguyên thủy

của dòng Quảng Đông đã không còn tồn tại (đó là các genotype A, C, D, E), nhưng lại tiến hóa xuất hiện 8 genotype của H5N1 (V, W, X1, X2, X3, Y, Z và Z+) (Li et al., 2004;

Macken et al., 2006).

Các chủng H5N1 phân lập tại Việt Nam trong những năm 2004 - 2006, thuộc dòng Quảng Đông, tập trung chủ yếu là genotype Z, gần đây xuất hiện thêm genotype G, nhưng được phân biệt làm thành 2 nhóm: nhóm N (North) phổ biến ở Bắc Việt Nam và nhóm S

(South) phân bố ở miền Nam (Smith et al., 2006; Dung Nguyen et al., 2008) Năm 2007,

ngoài các chủng và genotype thuộc phân dòng Quảng Đông gây dịch cúm gia cầm, còn có một phân dòng khác đã được phân lập và xác định bằng sinh học phân tử phân tích gen H5

và N1, đó là dòng Phúc Kiến (Dung Nguyen et al., 2008 ; Lê Thanh Hòa et al., 2008) Tiến

hóa chủng/type và dòng tái tổ hợp mới thường định hình và xuất phát từ các tỉnh ở Nam

Trung Quốc (Chen et al., 2006; Smith 2006; Wang et al., 2008) Trừ phân dòng Thanh Hải

(Qinghai-like sublineage) chưa được phát hiện tại Việt Nam, hai phân dòng Quảng Đông (Guangdong-like sublineage) và Phúc Kiến (Fujian-like sublineage) đã và đang gây dịch cúm gia cầm ở nước ta, làm cho tình hình dịch tễ và phòng chóng có thể trở nên phức tạp

trong định hướng đối phó (Dung Nguyen et al., 2008).

ĐẶC ĐIỂM KHÁNG NGUYÊN-MIỄN DỊCH