virus học đại cương

Ngày nay số lượng siêu vi khuẩn được xác định lên tới hàng ngàn loại,chủ yếu gây ra các bệnh truyền nhiễm nguy hiểm ở người, động vật và thực vật .Người ta đã thống nhất dùng một danh từ

VIRUS HỌC ĐẠI CƯƠNG

1 Khái niệm

Năm 1891 người ta vẫn cho vi khuẩn là dạng sống đơn giản nhất Năm 1892, quan điểm này thay đổi sau phát minh của nhà bác học

Nga Ivanopski khi ông nghiên cứu bệnh đốm ở cây thuốc lá và

phát hiện ra tác nhân gây ra bệnh là một VSV có kích thước vô cùng nhỏ bé, chui qua màng lọc ngăn vi khuẩn và ông gọi là siêu

vi khuẩn

Sau đó các nhà bác học trên thế giới đã phát hiện ra nhiều loại

siêu vi khuẩn gây bệnh ở động vật và thực vật

Ngày nay số lượng siêu vi khuẩn được xác định lên tới hàng ngàn loại,chủ yếu gây ra các bệnh truyền nhiễm nguy hiểm ở người,

động vật và thực vật

.Người ta đã thống nhất dùng một danh từ chung để gọi các vi sinh vật loại này là virus - xuất phát từ tiếng La tinh virus có nghĩa là chất độc

Nhà vius học nổi tiếng Lvop đã đưa ra một kháI

niệm nổi tiếng : Virus is a virus.

Một kháI niệm khác dễ hiểu :

Virus là một thể dưới tế bào, có chức năng của một cơ thể sống, có thể gây bệnh cho hầu hết các loài sinh vật.

Bệnh do virus gây ra rất khốc liệt, hiểm nghèo và thường không có thuốc điều trị Sinh vật bị bệnh khỏi thường để lại di chứng nặng nề.

ĐẬU MÙA

AIDS

BỆNH DẠI

Human Papiloma virus (Ung thư cổ tử cung)

herpessimplex

Năm 1898 Loefler và Frosch phát hiện ra virus LMLM Đây

là virus gây bệnh cho động vật đầu tiên được phát hiện

Sau đó trong vài chục năm , nhiều loại virus của động vật, thực vật, vi khuẩn, nấm, nguyên sinh động vật được phát

hiện:

- 1899 phát hiện ra virus dịch tả trâu bò

-1901 phát hiện ra virus gây bệnh sốt vàng

- 1902 phát hiện ra virus đậu mùa

- 1903 phát hiện ra virus dại

- 1917 phát hiện ra virus của vi khuẩn

- 1940 mới thừa nhận có virus của côn trùng

(Bergold 1958)

- 1962 phát hiện ra virus của nấm(Hollings 1962)

- 1972 phát hiện ra virus của nguyên sinh động vật

(Dicemond 1972)

Chỉ trong một thời gian ngắn virus học phát triển nhanh chóng nhờ:

- Kính hiển vi điện tử r đời

- Máy siêu ly tâm

- Kỹ thuật nuôi cấy tế bào tổ chức

- Phát hiện cấu trúc phân tử A D

- Công nghệ gen học…

Virus học đã trở thành một nghành khoa học hoàn chỉnh

Các bệnh do virus gây ra đang là mục tiêu nghiên cứu quan

trọng nhất trong y học, thú y học , bảo vệ thực vật…

2 Đặc tính của virus

Virus có đặc tính cơ bản sau:

+ Có kích thước vô cùng nhỏ bé, chỉ từ hàng chục đến hàng trăm nanomet (1nm = 10-9 m).

Muốn quan sát chúng phải dùng kính hiển vi điện tử

+ Không có cấu tạo tế bào

+ Thành phần hoá học rất đơn giản chỉ bao gồm protein và một loại axit

3 Hình thái và kích thước của virus

Một virus thành thục, có cấu trúc hoàn chỉnh, có khả năng gây nhiễm được gọi là một hạt virus hay một virion

Virus có nhiều hình dạng khác nhau:

+ Dạng hình cầu:

Bao gồm phần lớn các virus gây bệnh cho người vàđộng vật

Ví dụ: Virus cúm, virus quai bị

Virus gây ung thư ở người và gia cầmLoại này có kích thước khoảng 108 – 158 nm

+ Dạng hình khối:

Gồm các virus hình khối đa diện có nhiều cạnh

Ví dụ: Virus đậu (Poxvirus)

Virus viêm gan vịt , enterovirus,Virus Gumboro (Birnaviridae)Kích thước vào khoảng 30 - 358 nm

+ Dạng đặc biệt:

Có hình giống một tế bào sinh dục đực (tinh trùng), đặc trưng cho các virus kí sinh trong các tế bào vi khuẩn và được gọi là các thực khuẩn thể hay bacteriophage

Kích thước :

Biến động từ 47 – 104 x 10 - 225 nm

Kích thước :

- Phân tử al umin lòng trắng trứng: 10 nm

- Virus lở mồm long móng : 10 – 20 nm

- Virus viêm não nhật bản B : 22 nm

- Virus viêm tuỷ xám : 27 nm

Kích thước của vi khuẩn, Chlamydia, Virus

Hình thái của một số Virus

Hình thái virus

• ha

Virus LMLM (Aphthvirus)

Virus Newcastle

Virus dại

4 Cấu trúc của virus

Virus có cấu trúc rất đơn giản, bất kỳ một virus nào cũng có 2 thành phần chính:

Đó là các phân tử rotein có phân tử lượng 18.000 - 38.000.

- Đơn vị hình thái (Capxome):

Các đơn vị cấu trúc tập hợp lại với nhau thành những đơn vị có phân tử ượng cao hơn gọi là capxome hay đơn vị hình thái.

Các capxome lại liên kết với nhau tạo thành một cái vỏ

bao bọc nhân của virus gọi là capxit

Tuỳ theo kiểu sắp xếp của capxome mà virus có 3 kiểu

cấu trúc sau:

+ Cấu trúc xoắn ốc:

Nhóm virus có cấu trúc xoắn bao gồm virus đốm

thuốc lá, virus sởi, virus cúm, virus Newcastle, virus quai bị,virus dại

Capxit được cấu trúc như một ống rỗng

Thành ống bao gồm nhiều capxome liên kết với nhau tạo thành nhiều vòng theo hình xoắn ốc

Các vòng xoắn này lại gắn chặt với nhau để tạo ra một ống dài

Bên trong ống dài là phân tử axit Nucleic nhân của virus

Dạng cấu trúc này làm cho đa số các virus có cấu trúc hình que

+ Cấu trúc đối xứng hình khối:

Là những virus hình khối đa diện Có nhiều góc cạnh đối xứng nhau rõ rệt

Nhân là axit nucleic nằm cuộn tròn chính giữa

Các capsome sắp xếp chặt chẽ tạo thành các mặt đa diện (thường là đa diện tam giác đều) bao xung quanh

Hầu hết các virus cầu được nghiên cứu từ trước tới nay đều thuộc loại có cấu trúc đối xứng hình khối 20 mặt tam giác

Ví dụ: Virus viêm não

Virus đường hô hấp, Virus đường ruột

Virus gây khối u,

Cấu trúc hình xoắn

• Cấu trúc xo

Cấu trúc hình xoắn

• Đối xứng khối

Cấu trúc hình khối

Khooi Cấu trúc khối

• ha

Vỏ đầu có cấu tạo là protein

Bên trong có chứa một phân tử ADN xoắn kép.

- Đuôi:

Là một ống rỗng hình trụ, đường kính 2,5 – 3 nm Để thực khuẩn thể

có thể bơm axit nucleic nhân vào tế bào

Bao bên ngoài là lớp vỏ có, bản chất protein có khả năng đàn hồi

Đầu mút đuôi có một cấu trúc 6 cạnh gọi là đĩa gốc, đĩa gốc có 6 gai đuôi và 6 sợi protein dài và mảnh gọi là lông đuôi, đó là cơ quan cảm nhận màng tế bào vi khuẩn để virus bám vào.

Sơ đồ cấu trúc của Bacteriophage

• ha

Bacteriophage (KHV điện tử

Chức năng của capxit:

- Giữ cho virus có hình thái và kích thước ổn định

- Bảo vệ axit nucleic khỏi tác động của enzym

4.2 Axit nucleic của virus:

- Nằm giữa hạt virus là hệ gen của virus

- Virus chỉ chứa một loại axit nucleic hoặc là ADN hoặc là ARN

- Virus có cấu trúc AND phần lớn mang sợi kép Chỉ một số ít có chuỗi đơn như: Parvoviridea

- Virus có cấu trúc ARN phần lớn là chuỗi đơn Chỉ một số ít là chuỗi kép như: Reoviridea

- Các virus gây bệnh ở thực vật thường có nhân là ARN

- Các bactreriophage thường có nhân là ADN

- Các virus gây bệnh cho người và động vật có thể có nhân là

ADN hoặc ARN

.Axít nucleic của virus chỉ chiếm 1 – 2 % khối lượng của hạt virus

Nhưng có chức năng đặc biệt quan trọng:

- Mang mật mã di truyền đặc trưng cho từng virus

- Quyết định khả năng gây nhiễm của virus

- Quyết định khả năng tái tạo của virus trong tế bào cảm thụ.

- Mang tính bán kháng nguyên đặc hiệu của virus

Virus có hệ gen là ARN

Hệ gen của virus

• AND ARN

4.3 Các cấu trúc khác của virus:

4.3.1 Vỏ bọc ngoài: (Envelope)

- ở một số virus ngoài các cấu trúc cơ bản trên, bên ngoài

capxit còn có thêm một lớp màng bao gọi là vỏ bọc ngoài

Tham gia sự hấp phụ của virus lên màng tế bào chủ

Tham gia vào việc giải phóng virus ra khỏi tế bào

Giúp virus giữ tính ổn định về kích thước

Tạo nên KN đặc hiệu của virus trên bề mặt

4.3.2 Tiểu thể bao hàm:

- Đối với một số virus, trong NSC hoặc trong nhân của tế bào sinh vật bị nhiễm virus, thường hình thành những hạt rắn chắc và có kích thước khá lớn có thể quan sát bằng kính hiển vi quang học

- Người ta gọi những hạt đó là thể bao hàm hay thể ấn nhập

- Tiểu thể bao hàm có thể là tập hợp của những hạt virus không giải phóng ra khỏi tế bào, hoặc có thể là những

phần biến đổi của tế bào

- Tiểu thể bao hàm có hình dạng, kích thước đặc biệt, có tính chất bắt màu đặc trưng cho từng loại virus nên có ý nghĩa trong chẩn đoán

Ví dụ: Trong NSC tế bào thần kinh nhiễm virus dại có

tiểu thể Negri Kích thước 0,5 – 30 mm

TIỂU THỂ NEGRI TRONG NÃO CHÓ BỊ BỆNH

5 Nuôi cấy virus

- Virus là sinh vật ký sinh nội bào bắt buộc nên người ta chỉ có thể nuôi cấy

nó vào các tổ chức sống.

- Tuỳ từng loại virus mà lựa chọn phương pháp nuôi cấy cho phù hợp

- Hiện tại, có 3 phương pháp nuôi cấy virus

5.1 Nuôi cấy virus trên động vật cảm thụ:

.Đây là phương pháp cổ điển đã được sử dụng từ lâu, nay vẫn còn được ứng dụng

.Với mục đích:

Phân lập virus

Nghiên cứu triệu chứng, bệnh tích do virus gây ra

Chuẩn độ virus

Chế tạo vacxin và kháng nguyên

.Nhược điểm của phương pháp này:

Mất nhiều thời gian, không kinh tế và đặc biệt là dễ gây ô nhiễm, lây lan bệnh.

Để tiến hành nuôi cấy virus:

+ Chuẩn bị:

- Hỗn dịch chứa virus:

Bệnh phẩm nghi ngờ hoặc tổ chức động vật có chứa virus

Nghiền thành huyễn dịch với nước sinh lý hoặc dung dịch PBS

Lọc hoặc ly tâm để lấy phần nước trong

Xử lý kháng sinh để diệt các tạp khuẩn rồi tiêm cho động vật cảm thụ

- Động vật cảm thụ:

Tuỳ từng loại virus, lựa chọn động vật thí nghiệm cho thích hợp.

Ví dụ: Virus Newcastle : chọn gà giò

Virus Gumboro : Dùng gà con 3 – 6 tuần tuổi Virus viêm gan vịt : Dùng vịt con 1 – 7 ngày tuổi Virus dịch tả lợn : Dùng lợn choai

Virus viêm não : Dùng chuột nhắt trắng Động vật thí nghiệm phải đạt tiêu chuẩn:

Phải khoẻ mạnh Chưa tiếp xúc với virus định tiêm Khi làm phản ứng HTH cho kết quả âm tính

Lựa chọn đường đưa virus vào cơ thể cho phù hợp.

- Virus đường hô hấp: nhỏ mũi, tiêm khí quản

- Virus hướng thần kinh: tiêm vỏ não

- Virus hướng nội bì: sát, khía trên da

- Virus hướng tạng: tiêm xoang bụng, dưới da

Tiến hành tiêm virus cho động vật

Chăm sóc, theo dõi động vật thí nghiêm:

Nếu trong bệnh phẩm có virus, sau khi tiêm một thời gian, động vật cảm thụ sẽ có các biểu hiện lâm sàng, bệnh tích đặc trưng của bệnh

Căn cứ triệu chứng, bệnh tích đặc trưng của bệnh để có thể xác định sự có mặt của virus

Gà mắc bệnh Gumboro

Gà bị Gumboro: ỉa phân loãng, màu

trắng

Gà bị Gumboro

Túi fabricius sưng to, xuất huyết

5.2 Nuôi cấy virus trên phôi thai đang phát triển:

- Virus có thể nhân lên trên phôi của nhiều loại động vật:

phôi gà, phôi vịt, phôi ngan, phôi ngỗng, phôi người

- Trong đó nhiều loai virus có khả năng phát triển thích nghi trên phôi gà

- Do đó phương pháp nuôi cấy virus trên phôi gà được ứng dụng rộng rãi để phân lập, nghiên cứu virus, định loại virus chế tạo kháng nguyên và các loại vacxin

- Phương pháp này có các ưu điểm:

.Thuận lợi, chính xác

Nhanh và tiết kiệm, cùng một lúc có thể cấy virus vào hàng loạt phôi gà và thu được một lượng lớn virus

Để tiến hành nuôi cấy virus trên phôi gà:

Tuỳ loại virus mà chọn tuổi phôi cho thích hợp

Ví dụ: Virus dại :Dùng phôi 7 ngày tuổi

Virus Newcastle: phôi 9 - 11 ngày tuổiVirus đậu : phôi 13 ngày tuổi

+ Tuỳ loại virus, chọn đường tiêm virus vào các tổ chức khác nhau của phôi.

Ví dụ: Virus dại tiêm vào túi lòng đỏ

Virus Newcastle tiêm vào xoang niệuVirus đậu gà tiêm vào màng niệu đệm,

+ Tuỳ loại virus, chọn liều tiêm phù hợp:

Có 2 liều tiêm

- Liêu tiêm thực tế: Thường là 0,1- 0,2 ml/phôi

- Liều tiêm cần thiết:

Theo đậm độ virus, thường biểu thị bằng độpha loãng theo các chỉ số sinh học

ELD50 (50 percen Embryo Lethal Dose) EID50 (50 percen Embryo Infective Dose)

+Tiến hành tiêm virus

+ Sau khi tiêm virus, đem trứng ấp tiếp

Ngày 2 lần soi trứng để theo dõi thời gian virus gây chết phôi

Phôi chết đem cất vào tủ lạnh Bảo quản ở 40 C/6 giờ

Cuối cùng mổ trứng, quan sát bệnh tích trên phôi Mỗi

loại virus sẽ gây những bệnh tích đặc trưng trên phôi như:xuất huyết, phù phôi, phôi còi cọc và có những biểu hiện bệnh lý trong tổ chức phôi, dựa vào đó người ta đánh giá được sự hiện diện của virus

Nuôi cấy virus trên phôi

Phương pháp mổ trứng

5.3 Nuôi cấy virus trên môi trường tế bào tổ chức

- Đây là phương pháp nuôi cấy virus khoa học, tiên tiến và phổ biến trong nghiên cứu virus.

- Phương pháp này hơn hẳn 2 phương pháp nuôi cấy trên

- Trước hết người ta phải tạo ra các tế bào sống, phát triển trong môi trường nhân tạo

- Người ta thường dùng các tế bào lấy từ các mô của người và động vật, cho vào môi trường dinh dưỡng và để ở nhiệt độ thích hợp.

- Các tế bào này sẽ sống, sinh trưởng và phân chia tế bào tạo ra một lượng lớn tế bào.

- Người ta sử dụng các tế bào này để gây nhiễm virus.

- Có 3 loại tế bào:

Tế bào nguyên phát( Primary cell)

Tế bào thứ cấp ( Secondary cell)

Tế bào thường trực ( Dòng tế bào: Cell line)

Ví dụ: Hella, Vero

- Tuỳ từng loại virus ta chọn loại tế bào cho phù hợp

Tế bào thường trực: tế bào Vero…

- Khi virus xâm nhập vào tế bào nuôi, chúng nhân lên gây huỷ hoại tế bào (CPE – Cyto Pathogen Effect) Có thể xác định CPE qua kính hiển vi quang học, căn cứ vào đó xác định

được sự có mặt của virus

Virus gây ra CPE của tế bào có thể có các dạng sau:

- Dung bào: Tế bào bị tan rã hoàn toàn

- Biến dạng: Tế bào co tròn, NSC tan rã, chỉ còn

nhân tế bào

- Tạo lên hợp bào (Syncytium):

Nhân các tế bào tập trung lại và được bao bọc bởi một màng, chúng tạo ra một tế bào đa nhân khổng lồ.

- Tạo nên tiểu thể bào hàm

+Môi trường dinh dưỡng để nuôi cấy tế bào thường dùng: Môi trường LH: (Lactoalbumin hydrolysat)

Môi trường Parker hay 199

Môi trường Eagle

Đa số tế bào cần 13 axit amin, 8 loại vitamin, glucoza, 6 nguyên tố khoáng: Na, K, Ca, Mg, P, Cl

+ Sử d ng huyết thanh bê tỷ lệ 5 – 10% Mục đích cho tế bào bám vào đáy chai

Phương pháp nuôi cấy tế bào 1 lớp

Phương pháp nuôi cấy tế bào treo

CPE trên môi trường tế bào

• Çh

6 Quá trình nhân lên của virus

- Virus là loại ký sinh nôi bào tuyệt đối

- Chỉ có khả năng nhân lên trong tế bào

- Từ một virus ban đầu xâm nhập vào tế bào, sau một thời gian ngắn đã có hàng tỷ hạt virus mới được sinh ra

- Quá trình nhân lên bắt đầu từ lúc virus hấp thụ lên bề mặt tế bào cho đến lúc virus thành thục chui ra khỏi tế bào

Toàn bộ quá trình này chia làm 5 giai đoạn:

6.1 Giai đoạn hấp phụ của virus lên bề mặt tế bào:

- virus  máu hoặc dịch tiết  cơ thể

- Do kích thước nhỏ nên chúng luôn chuyển động Brown và va chạm vào bề mặt tế bào

- Nếu gặp những tế bào mà chúng thích ứng:

Receptor của virus phù hợp với receptor của tế bào

Virus sẽ hấp phụ lên bề mặt tế bào

Đây là quá trình tương tác đặc hiệu giữa receptor của virus với receptor của tế bào

Điều này giải thích tại sao mỗi loại virus chỉ thích ứng với một

số loại tế bào nhất định

Quá trình hấp phụ của virus lên màng tế bào

Sự hấp phụ của phage lên màng tế bào

6.2 Giai đoạn xâm nhập của virus vào tế bào:

Tuỳ loại virus mà có cơ chế xâm nhập khác nhau

+ Cơ chế ẩm bào:

tế bào mọc chân giả bao lấy virus rồi đưa virus vào trong tế bào

 nhờ enzym của tế bào phân huỷ protein capxit  giải phóng axit nucleic của virus

+ Cơ chế chủ động:

Xảy ra ở Bacteriophage

Virus dùng lông đuôi gắn lên bề mặt tế bào

Enzym lyzozim làm tan màng tế bào vi khuẩn

.Dưới tác dụng của ATPaza  đuôi của phage co lại, trụ đuôi chọc thủng màng NSC của tế bào

Virus bơm axit nucleic vào tế bào, phần capxit nằm bên ngoài

6.3 Giai đoạn tổng hợp các thành phần của virus

Ngay sau khi virus xâm nhập vào trong tế bào vật chủMọi quá trình sinh tổng hợp các thành phần tế bào vật chủ (sự tổng hợp protein, ADN và ARN) bị đình chỉ hoàn toànquá trình sinh tổng hợp các thành phần của virus theo mật mã di truyền của virus và nguyên liệu dùng cho quá trình này do tế bào

cung cấp

Quá trình này được chia làm 4 giai đoạn: