tổng hợp khái niệm cơ bản về vi rút

Virus là các tác nhân rất nhỏ có thể gây bệnh ở mọi cơ thể sống. Do cấu tạo rất đơn giản nên muốn nhân lên chúng bắt buộc phải ký sinh trong tế bào và nhờ bộ máy tổng hợp của tế bào

Chương 3

Các khái niệm cơ bản về virus

Virus là các tác nhân rất nhỏ có thể gây bệnh ở mọi cơ thể sống Do cấu tạo rất đơn giản nên muốn nhân lên chúng bắt buộc phải ký sinh trong

tế bào và nhờ bộ máy tổng hợp của tế bào

I Đặc điểm của virus

Kích thước nhỏ Virus có kích thước rất nhỏ từ 10nm đến 300nm

trong khi kích thước của vi khuẩn khoảng 1000nm và kích thước của hồng cầu là 7500nm Vì vậy virus chỉ có thể quan sát được trên kính hiển vi điện tử

Hình 3.1: Hình thái của một số virus

1.Đối xứng đa diện: [A] polio-, wart-, adeno-, rota-; [B] herpet

2.Đối xứng xoắn: [C] khảm thuốc lá; [D] cúm;[E] sởi, quai bị, parainfluenza;

[F] dại; 3.Đối xứng hỗn hợp:[G] poxvirus; [H] phage T chẵn

• Genome virus chỉ chứa một loại acid nucleic, có thể là DNA hoặc

RNA, có thể ở dạng thẳng hoặc khép kín, chuỗi đơn hoặc chuỗi kép Genome phân đoạn hoặc không phân đoạn

Là dạng sống không có hoạt tính trao đổi chất Virus không có ribosome hoạt động hoặc không có bộ máy tổng hợp protein Cho nên mặc

dù một số virus có enzyme riêng cuả mình nhưng virus chỉ có thể nhân lên

trong tế bào sống, điều khiển bộ máy tổng hợp của tế bào phục vụ cho mình để tạo thành các hạt virus mới

II Cấu trúc virus

Virus có cấu tạo rất đơn giản, bao gồm lõi là acid nucleic, tức genome nằm ở phía trong còn phía ngoài được bao bọc bởi vỏ protein, vỏ protein bảo vệ genome khỏi sự tác động của các yếu tố môi trường ví dụ như nuclease trong máu

Vỏ protein được gọi là capsid Capsid được cấu tạo bởi các đơn vị hình thái là capsome Capsome lại được cấu tạo bởi các đơn vị cấu trúc là

protome Protome có thể là monome (chỉ có một phân tử protein) hoặc polyme (nhiều phân tử protein) Capsid và acid nucleic được gọi là

nucleocapsid

Hình 3.2 Cấu trúc cơ bản của virion

Lõi là acid nucleic, vỏ là capsome là protein, hợp lại thành nucleocapsid Nucleocapsid được bao bọc bởi lớp vỏ ngoài (lipoprotein) với các gai

A.Sơ đồ virus đa diện đơn giản nhất, mỗi mặt hình đa diện là tam giác đều Đỉnh

do 5 cạnh hợp thành Mỗi cạnh chứa 3 capsomer

B Sơ đồ của virus hình que với cấu trúc đối xứng xoắn (virus khảm thuốc lá) Capsomer sắp xếp xoắn xung quanh sợi acid nucleic dạng xoắn ốc

Một số virus còn chứa vỏ ngoài, bao bọc bên ngoài capsid Vỏ ngoài

có bản chất là lipoprotein chứa kháng nguyên của virus Vỏ ngoài một phần bắt nguồn từ màng sinh chất của tế bào chủ khi virus chui ra ngoài theo lối nảy chồi ở một số virus, vỏ ngoài có nguồn gốc từ màng nhân của

tế bào Hạt virus nguyên vẹn còn được gọi là virion

Virus có 3 kiểu cấu trúc

• Cấu trúc hình khối Capsid có cấu trúc hình khối 20 mặt tam giác đều

• Cấu trúc xoắn Nucleocapsid dạng kéo dài Các capsome sắp xếp xung

quanh theo chiều xoắn của acid nucleic Đa số virus có cấu trúc xoắn có vỏ ngoài bao bọc nucleocapsid xoắn

• Cấu trúc phức tạp Cấu trúc hỗn hợp vùa dạng khối vừa dạng xoắn Ví

dụ phage có đầu dạng khối, đuôi dạng xoắn trông như con nòng nọc

III Nuôi cấy virus

Do virus chỉ sinh sản bên trong tế bào sống nên phải có các phương pháp đặc biệt để nuôi cấy chúng Có 3 hệ thống chính dùng để nuôi cấy virus trong phòng thí nghiệm

• Nuôi cấy mô tế bào Các tế bào có nguồn gốc từ các mô của người

hay động vật đươc nuôi trong bình chứa môi trường nhân tạo, cho phát triển và dùng làm nguồn nguyên liệu để cấy virus

• Phôi gà Một số virus có thể nhân lên trong tế bào phôi gà 6- 13

ngày Ngày nay phương pháp nuôi này đã được thay thế bởi tế bào nuôi cấy mô Tuy nhiên trong sản xuất một số loại vaccine, phương pháp này vẫn được sử dụng

• Động vật thực nghiệm Trước đây phương pháp này được dùng

phổ biến để phân lập và nghiên cứu virus Các động vật được sử dụng là chuột, thỏ, khỉ, chồn Tiêm hỗn dịch nghi là có virus vào động vật và quan sát bệnh cảnh lâm sàng Hiện nay phương pháp này vẫn được dùng

để phân lập một số virus

IV Ảnh hưởng của virus lên tế bào

Virus có thể tác động lên tế bào theo 4 cách sau:

• Gây chết tế bào Kết quả của việc nhiễm virus là làm cho tế bào bị

huỷ hoại, dẫn đến làm chết tế bào (CPE- Cytopathic effect)

• Chuyển dạng Tế bào bị nhiễm virus nhưng không chết mà chuyển

từ trạng thái bình thường sang trạng thái đặc biệt, thành các tế bào u hoặc ung thư

• Nhiễm tiềm tàng Virus tồn tại bên trong tế bào ở trạng thái hoạt

động tiềm ẩn nhưng không ảnh hưởng rõ rệt đến chức năng của tế bào

• Gây ngưng kết hồng cầu Một số virus trên bề mặt vỏ ngoài có chứa protein gây ngưng kết hồng cầu (Haemaglutinin) gắn trên bề mặt các

tế bào nhiễm Khi thêm hồng cầu vào thì hồng cầu sẽ bị kết dính bởi các tế bào nhiễm

V Phân loại virus

Virus được phân loại dựa theo đặc điểm hình thái, bản chất của genome (DNA hay RNA), có hay không có vỏ ngoài, vị trí lắp ráp

Uỷ ban quốc tế phân loại virus quy định: Họ virus có tiếp vị ngữ là

-viridae, họ phụ – virinae và chi- virus Sau đây là một số virus gây bệnh

Bảng 3.1 Virus gây bệnh chứa genome DNA

Molluscum (u mềm)

Đậu mùa

u mềm lây Herpes Herpes simplex

Varicella zoster Cytomegalo

EB ( Epstein- Barr),

HH6

Herpes

Thuỷ đậu zona (shingles)

Nhiễm trong thoả hiệp miễn dịch Bệnh bạch cầu đơn nhân lây nhiễm Bệnh ngoại ban đột ngột

Parvo B19 Ban đỏ truyền nhiễm, cơn bất sản

Bảng 3.2 Virus gây bệnh chứa genome RNA Nhóm

Viêm nhiễm đường hô hấp Sởi

Viêm não, bại liệt Cảm lạnh

Viêm gan Calici SRSV (virus có cấu trúc dạng

tròn nhỏ- small round structure virus)

Viêm dạ dày, ruột

Toga Alpha (virus arbo nhóm A)

Rubi

Viêm não Sốt xuất huyết Rubeon (sởi Đức) Flavi Flavi (virus arbo nhóm B)

Viêm gan C

Viêm não Sốt xuất huyết Viêm gan Bunya Một số virus arbo Viêm não

Sốt xuất huyết Sốt, viêm thận

Arena Viêm màng não đám rối màng

mạch lympho bào Virus Machupo Virus Junin Virus lassa

Virus E bola

Sốt Marburg Sốt xuất huyết Ebola

VI Ảnh hưởng của tác nhân vật lý, hoá học đến virus

- Nhiệt độ cao: Đa số virus bị bất hoạt ở 560C trong vòng 30 phút, hoặc ở 1000C trong vài giây

- Nhịêt độ thấp: Đa số virus bền ở nhịêt độ lạnh nên có thể bảo quản

lâu ở – 700C Một số virus bị bất hoạt trong quá trình làm đông lạnh hoặc tan băng

- Khô hạn: Khả năng chịu khô hạn của virus khác nhau tuỳ loài Một

số sống sót, một số bị bất hoạt nhanh ở điều kiện khô hạn

- Bức xạ tử ngoại: Virus bị bất hoạt bởi tia tử ngoại

- Chlorofoc, ete và các dung môi khác: Các virus có vỏ ngoài chứa

lipid sẽ bị bất hoạt, còn không chứa lipid sẽ bền vững

- Các chất oxi hóa và chất khử Virus bị bất hoạt bởi dưới tác dụng

của formaldehyt, clo, iot và H2O2

β- propiolacton và formaldehyd là các hoá chất được dùng để bất hoạt virus trong sản xuất vaccine, song đa số virus không bị bất hoạt bởi phenol

- Chất khử trùng virus: Tốt nhất là dùng dung dịch hypoclorua (một

chất ăn mòn) và glutaraldehyt (là chất có thể gây mẫn cảm và kích thích gây khó chịu chảy nước mắt cho người dùng)

VII Các bệnh do virus

Virus là tác nhân gây bệnh quan trọng cho người, động vật, cây trồng và vi sinh vật Đa số các bệnh thường gặp ở người là do virus Hầu hết chúng gây bệnh ở thể nhẹ, bệnh nhân tự bình phục sau một thời gian nhất định Nhiều loại tồn tại thầm lặng trong cơ thể Chúng nhân lên nhưng không gây bất kỳ triệu chứng nào Tuy nhiên việc nhiễm virus thường ở thể nhẹ, nhưng đôi khi có thể gây bệnh trầm trọng ở những người mẫn cảm bất thường Một số do virus gây bệnh rất nặng và thường

có tỷ lệ tử vong cao

VIII Con đường lây nhiễm của virus vào cơ thể

Virus vào cơ thể theo 4 con đường chính:

- Hít thở: Qua đường hô hấp

- Ăn uống: Qua đường tiêu hoá (dạ dày- ruột)

- Xâm nhập qua da, vết xước niêm mạc (qua quan hệ tình dục), truyền máu, tiêm chích, phẫu thuật cấy ghép hay do côn trùng hoặc động vật cắn

- Bẩm sinh: Do mẹ truyền qua nhau thai sang con

IX Sự xâm nhập

Cơ chế gây bệnh chủ yếu của virus là sự xâm nhập Bệnh sinh ra

do virus lan truyền trực tiếp tới các mô và cơ quan trong cơ thể Sự sinh sản của virus trong tế bào sẽ giết chết tế bào (tuy nhiên có trường hợp không giết tế bào) Tác động gây huỷ hoại tế bào được gọi là CPE

(cytopathic effect) sẽ dẫn đến tổn thương và huỷ hoại chức năng của các

mô và cơ quan, rồi từ đó biểu hiện ra các dấu hiệu, triệu chứng

X Các quá trình nhân lên của virus

Virus không có hoạt tính trao đổi chất mà sử dụng bộ máy trao đổi chất của tế bào để tổng hợp các thành phần thiết yếu của mình, sau đó lắp ráp tạo ra các hạt virus con giống như nguyên bản Vì vậy người ta thường

sử dụng thuật ngữ nhân lên (nhân bản) của virus thay cho từ sinh sản

Sự nhân lên của virus có thể làm tan tế bào gọi là chu trình sinh

tan hoặc có thể gắn genome của mình vào nhiễm sắc thể của tế bào, tồn tại

lâu dài dưới dạng tiềm ẩn mà không là chết tế bào gọi là chu trình tiềm

b Sự hấp phụ được tăng cường khi có mặt của ion Mg2+ hoặc Ca2+

2 Xâm nhập

a Thông thường virus xâm nhập vào tế bào theo cơ chế ẩm bào

- Virus không có vỏ ngoài : Màng tế bào lõm vào bao lấy virus tạo

không bào tạm thời Tiếp đó không bào dung hợp cùng với mạng lưới nội chất để giải phóng nucleocapsid

- Virus có vỏ ngoài: Vỏ ngoài của virus dung hợp với màng sinh

chất rồi đẩy nucleocapsid vào trong mà không tạo không bào Vỏ ngoài virus hoà với màng sinh chất mà không chui vào tế bào chất

- Màng tế bào lõm vào bao lấy virus cùng vỏ ngoài, tạo không bào Sau đó màng không bào (có nguồn gốc từ màng tế bào) dung hợp với vỏ ngoài của virus rồi đẩy nucleocapsid vào tế bào chất

Hình 3.3: Các phương thức xâm nhập của virus vào tế bào

1-Virus có vỏ ngoài: a) Dung hợp với màng sinh chất, đẩy nucleocapsid vào tế

bào Vỏ ngoài virus nằm trên màng sinh chất (ví dụ virus paramyxo, herpes)

b) Xâm nhập theo lối ẩm bào, tạo không bào Dung hợp với màng lưới nội chất

hoặc endosom tiêu hóa rồi giải phóng nucleocapsid (ví dụ virus cúm, toga và rabdo)

2.Virus không có vỏ ngoài Xâm nhập theo lối ẩm bào, tạo không bào, dung hợp

với endosom tiêu hóa, tiến hành cởi vỏ và giải phúng acid nucleic (ví dụ virus polio, adeno và reo)

- Thực hiện nhờ enzyme của tế bào hoặc của virus

- Diễn ra theo cơ chế điều khiển phức tạp:

• Kiểu phiên mã trước và sau khi sao chép acid nucleic hoàn toàn khác nhau

• Nhiều genome virus chứa promoter và enhancer có tác dụng kích thích quá trình phiên mã

• Bản phiên mã đầu tiên thường được cắt nối (splicing) để loại bỏ các đoạn intron nằm xen giữa các exon

• Phiên mã đôi khi xảy ra theo cơ chế chồng lớp Trong cùng một gen có nhiều điểm khởi đầu và nhiều điểm kết thúc, nhờ đó tạo ra nhiều protein từ cùng một đoạn acid nucleic

- Về cơ bản mRNA của virus có những đặc điểm sau đây (nhưng cũng có thể khác):

• Chứa trình tự khởi đầu

• Có gắn mũ ở đầu 5’

• Ở đầu 3’ có gắn đuôi polyA

5 Tổng hợp các thành phần của virus

5.1 Tổng hợp protein của virus

mRNA của virus được phiên mã trên ribosome của tế bào tạo ra 2 loại protein

- Protein cấu trúc là protein capsid, protein vỏ ngoài và protein

trong lõi

- Protein khôngcấu trúc là enzyme cần cho sao chép genome

Protein không cấu trúc tìm thấy trong hạt virus, trừ một số trường hợp đặc biệt ví dụ enzyme phiêm mã ngược có trong virus HIV hoặc virus viêm gan B chứa DNA polymerase, một số virus RNA chứa RNA polymerase 5.2.Tổng hợp acid nucleic của virus

- Genome của virus con được sao chép từ genome của virus mẹ Trong trường hợp genome là mạch đơn thì khuôn là mạch bổ sung mới tạo thành của genome mẹ

- Phần lớn quá trình sao chép được thực hiện nhờ polymerase (replicase) do virus mã hoá Đối với một số virus DNA thì quá trình tổng hợp được thực hiện nhờ enzyme của tế bào

6 Lắp ráp

- Genome và protein mới được tạo thành lắp ráp với nhau tạo nên hạt virus mới Đa số trường hợp protein capsid lắp ráp tạo thành cấu trúc

rỗng gọi là tiền capsid (procapsid) sau đó do chuyển động Brao, acid nucleic chui vào cấu trúc này rồi hàn kín lại

- Lắp ráp có thể xảy ra trong nhân tế bào, trong tế bào chất hoặc ngay sát màng sinh chất (đối với đa số virus có vỏ ngoài) Màng sinh chất bao lấy nucleocapsid tạo vỏ ngoài

7 Giải phóng

Virus có thể làm tan tế bào để chui ồ ạt ra ngoài hoặc đối với virus

có vỏ ngoài thì chui ra từ từ theo lối nảy chồi

XI Genome virus

• Có thể là DNA hoặc RNA mà không bao giờ chứa cả hai

• Có dạng chuỗi đơn hoặc chuỗi kép

• Dạng thẳng hoặc khép kín (đóng vòng) Virus chứa genome DNA kép thường có kích thước lớn, virus chứa genome DNA đơn thường có kích thước nhỏ

• Genome RNA kép tất cả đều phân đoạn (trong mỗi hạt virus có nhiều đoạn) Còn phần lớn genome RNA đơn không phân đoạn (trừ virus cúm và HIV)

• Genome RNA đơn có trình tự nucleotit giống trình tự của mRNA thì được quy ước là genome (+), còn ngược lại được gọi là genome (-)

• Genome của HepDNAaviridae (ví dụ virus viêm gan B) khi sao

chép phải thông qua RNA trung gian (DNA – RNA- DNA)

Acid nucleic của virus có kích thước lớn

• Có trọng lượng phân tử lớn

• Mã hoá cho nhiều protein

• Mã cho nhiều enzyme cần cho quá trình nhân lên

Acid nucleic của virus có kích thước nhỏ

• Có trọng lượng phân tử nhỏ

• Do dó khả năng mã hoá tạo protein hạn chế

• Nhiều trường hợp virus phải có gen chồng lớp

• Để nhân lên phải dùng một số enzyme của tế bào

Khả năng gây nhiễm

• Đối với nhiều loại virus, acid nucleic chỉ có khả năng lây nhiễm khi đã được đưa vào trong tế bào Ví dụ khi được giải phóng khỏi vỏ capsid, bản thân acid nucleic có thể tự thực hiện quá trình gây nhiễm tế bào, bắt đầu chu trình gây nhiễm hoàn chỉnh để nhân lên

• Genome của các virus chứa RNA (-) không có khả năng gây nhiễm Muốn nhân lên chúng phải phiên mã thành RNA (+)

XII Protein của virus

Tuỳ thuộc vào thời gian tạo thành mà protein của virus được chia làm 3 loại

• Protein được tổng hợp ngay sau khi nhiễm được gọi là protein sớm tức protein không cấu trúc Đây là enzyme cần cho sao chép acid nucleic

• Protein được tổng hợp muộn hơn gọi là protein muộn, thường là protein cấu trúc tạo capsid, vỏ ngoài và protein lõi

• Protein phân giải, thường là lyzozym giúp virus giải phóng ra khỏi

tế bào

Ba loại protein được điều hoà tổng hợp một cách hợp lý Protein sớm là enzyme xúc tác nên chỉ cần một lượng nhỏ, còn protein cấu trúc thì phải tổng hợp một lượng lớn

XIII Các phương thức nhân lên của virus

Quá trình nhân lên của virus trong tế bào hết sức phức tạp Mỗi nhóm virus có cách nhân lên riêng Virus được chia làm 6 nhóm dựa vào genome và cách thức tổng hợp mRNA Sau đây là vài nét đơn giản hoá quá trình nhân lên để nêu bật sự khác nhau giữa các nhóm

Các virus có genome DNA

1 Nhóm 1 virus DNA kép

Ví dụ virus vaccinia, herpes simplex, adeno, papiloma

1.1 Dịch mã

Có 2 loại mRNA được tổng hợp

• mRNA sớm: được tạo thành trước khi tổng hợp DNA virus, chủ yếu mã hoá cho các enzyme tham gia vào quá trình tổng hợp acid nucleic của virus,

• mRNA muộn: tạo thành sau khi tổng hợp DNA virus , chủ yếu mã hoá cho các protein cấu trúc như vỏ capsid, vỏ ngoài…

- Vị trí tổng hợp: trong nhân tế bào (trừ virus pox)

- DNA mới tạo thành

• Dùng làm khuôn để tạo mRNA muộn cần cho tổng hợp protein muộn

• Làm khuôn để tạo mạch tươngbù cần cho tổng hợp nhiều genome của virus mới

1.3 Tổng hợp protein virus

Quá trình gồm 2 giai đoạn tuỳ thuộc vào sự tổng hợp mRNA

- Tổng hợp protein sớm: Đây là các enzyme (DNA polymerase phụ thuộc DNA ) cần cho sao chép DNA

- Tổng hợp protein muộn

• Diễn ra sau khi tổng hợp DNA

• Chủ yếu là các protein cấu trúc để tạo vỏ capsid và vỏ ngoài

• Vị trí tổng hợp : Protein được tổng hợp trên ribosome trong tế bào chất , sau đó được vận chuyển tới vị trí lắp ráp