CHƯƠNG I. VIRUT I. ĐẶC ĐIỂM VÀ LỊCH SỬ PHÁT HIỆN VIRUT Virut là nhóm vi sinh vật chưa có cấu tạo tế bào, có kích thước vô cùng nhỏ bé, có thể chui qua màng lọc vi khuẩn. Nhờ có sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật hiển vi điện tử, siêu ly tâm, nuôi cấy tế bào ... những thành tựu nghiên cứu về virut đã được đẩy mạnh, phát triển thành một ngành khoa học gọi là virut học. Virut không có khả năng sống độc lập mà phải sống ký sinh trong các tế bào khác từ vi khuẩn cho đến tế bào động vật, thực vật và người, gây các loại bệnh hiểm nghèo cho các đối tượng mà chúng ký sinh. Ví dụ như bệnh AIDS. Virut là nhóm vi sinh vật được phát hiện ra sau cùng trong các nhóm vi sinh vật chính vì kích thước nhỏ bé và cách sống ký sinh của chúng.
Vi Khuẩn – Virut MỤC LỤC CH NG I. VIRUT ƯƠ 2 CH NG II. VI KHU N ƯƠ Ẩ 16 Trang 1 Vi Khuẩn – Virut CHƯƠNG I. VIRUT I. ĐẶC ĐIỂM VÀ LỊCH SỬ PHÁT HIỆN VIRUT − Virut là nhóm vi sinh vật chưa có cấu tạo tế bào, có kích thước vô cùng nhỏ bé, có thể chui qua màng lọc vi khuẩn. Nhờ có sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật hiển vi điện tử, siêu ly tâm, nuôi cấy tế bào những thành tựu nghiên cứu về virut đã được đẩy mạnh, phát triển thành một ngành khoa học gọi là virut học. − Virut không có khả năng sống độc lập mà phải sống ký sinh trong các tế bào khác từ vi khuẩn cho đến tế bào động vật, thực vật và người, gây các loại bệnh hiểm nghèo cho các đối tượng mà chúng ký sinh. Ví dụ như bệnh AIDS. − Virut là nhóm vi sinh vật được phát hiện ra sau cùng trong các nhóm vi sinh vật chính vì kích thước nhỏ bé và cách sống ký sinh của chúng. − Ngay từ năm 1883 nhà khoa học người Đức Adolf Mayer khi nghiên cứu bệnh khảm cây thuốc lá đã nhận thấy bệnh này có thể lây nếu phun dịch ép lá cây bị bệnh sang cây lành, tuy nhiên ông không phát hiện được tác nhân gây bệnh. − Năm 1884 Charles Chamberland đã sáng chế ra màng lọc bằng sứ để tách các vi khuẩn nhỏ nhất. − Năm 1892 nhà thực vật học người Nga Dimitri Ivanovski đã dùng màng lọc này để nghiên cứu bệnh khảm thuốc lá. Ông nhận thấy dịch ép lá cây bị bệnh đã cho qua màng lọc vẫn có khả năng nhiễm bệnh cho cây lành và cho rằng tác nhân gây bệnh có lẽ là vi khuẩn có kích thước nhỏ bé đến mức có thể đi qua màng lọc, hoặc có thể là độc tố do vi khuẩn tiết ra. Giả thuyết về độc tố qua màng lọc đã bị bác bỏ − Vào năm 1898 khi nhà khoa học người Hà Lan Martinus Beijerinck chứng minh được rằng tác nhân lây nhiễm là chất độc sống (Contagium vivum fluidum) và có thể nhân lên được. Ông tiến hành phun dịch ép lá cây bệnh cho qua lọc rồi phun lên cây và khi cây bị bệnh lại lấy dịch ép cho qua lọc để phun vào các cây khác. Qua nhiều lần phun đều gây được bệnh cho cây. Điều đó chứng tỏ tác nhân gây bệnh phải nhân lên được vì nếu là độc tố thì năng lực gây bệnh sẽ phải dần mất đi. Trang 2 Vi Khuẩn – Virut − Năm 1901 Walter Reed và cộng sự ở Cuba đã phát hiện tác nhân gây bệnh sốt vàng, cũng qua lọc. Tiếp sau đó các nhà khoa học khác phát hiện ra tác nhân gây bệnh dại và đậu mùa. Tác nhân gây bênh đậu mùa có kích thước lớn, không dễ qua màng lọc, do đó các tác nhân gây bệnh chỉ đơn giản gọi là virut. Dimitri Ivanovski Martinus Beijerinck Walter Reed Felix d'Hérelle Frederick Twort Wendell Stanley − Năm 1915 nhà vi khuẩn học người Anh Frederick Twort và năm 1917 nhà khoa học người Pháp Felix d'Hérelle đã phát hiện ra virut của vi khuẩn và đặt tên là Bacteriophage gọi tắt là phage. − Năm 1935 nhà khoa học người Mỹ Wendell Stanley đã kết tinh được các hạt virut gây bệnh đốm thuốc lá (TMV). Rồi sau đó TMV và nhiều loại virut khác đều có thể quan sát được dưới kính hiển vi điện tử. Trang 3 Vi Khuẩn – Virut − Như vậy nhờ có kỹ thuật màng lọc đã đem lại khái niệm ban đầu về virut và sau đó nhờ có kính hiển vi điện tử đã có thể quan sát được hình dạng của virus, tìm hiểu được bản chất và chức năng của chúng. − Ngày nay virut được coi là thực thể chưa có cấu tạo tế bào, có kích thước siêu nhỏ và có cấu tạo rất đơn giản, chỉ gồm một loại acid nucleic, được bao bởi vỏ protein. Muốn nhân lên virut phải nhờ bộ máy tổng hợp của tế bào, vì thế chúng là ký sinh nội bào bắt buộc. Virut có khả năng gây bệnh ở mọi cơ thể sống từ vi khuẩn đến con người, là thủ phạm gây thiệt hại nặng nề cho ngành chăn nuôi, gây thất bát mùa màng và cản trở đối với ngành công nghiệp vi sinh vật. − Từ những thập kỷ cuối của thế kỷ XX trở lại đây ngày càng xuất hiện các dạng virut mới lạ ở người, động vật mà trước đó y học chưa hề biết tới, đe doạ mạng sống của con người. Sau HIV, SARS, Ebola, cúm A H5N1 sẽ còn bao nhiêu loại nữa sẽ xuất hiện để gây tai hoạ cho con người. Mặt khác, do có cấu tạo đơn giản và có genom nhiều kiểu với cơ chế sao chép khác hẳn ở các cơ thể khác nên virus được chọn là mô hình lý tưởng để nghiên cứu nhiều cơ chế sinh học ở mức phân tử dẫn đến cuộc cách mạng sinh học cận đại: Sinh học phân tử, di truyền học phân tử. Vì những lý do trên việc nghiên cứu virus đã được đẩy mạnh và trở thành một ngành khoa học độc lập rất phát triển. II. HÌNH THÁI VÀ CẤU TRÚC VIRUS 1. Hình thái và kích thước − Virut có kích thước rất nhỏ bé, có thể lọt qua màng lọc vi khuẩn, chỉ có thể quan sát chúng qua kính hiển vi điện tử. Kích thước từ 20 x 30 đến 150 x 300 nanomet (1 nm = 10 -6 mm) − Virut chưa có cấu tạo tế bào, mỗi virut không thể gọi là một tế bào mà được gọi là hạt virut hay virion. − Căn cứ các nghiên cứu dùng kĩ thuật nhiễu xạ tia X và nhờ kỹ thuật hiển vi điện tử, người ta phát hiện ra 3 loại hình thái chung nhất của virus. Đó là đối xứng xoắn, đối xứng 20 mặt và đối xứng đẳng trục. Trang 4 Vi Khuẩn – Virut Cấu tạo và kích thước một số virut điển hình − Loại có hình dạng đối xứng đẳng trục phổ biến hơn cả là các virus ký sinh trên vi khuẩn gọi là thực khuẩn thể hoặc Phage. Loại hình dạng này phần đầu có cấu trúc đối xứng khối phần đuôi là có cấu trúc đối xứng xoắn. − Mỗi loại đối xứng lại phân thành loại có màng bao và không có màng bao. − Dưới đây là một số ví dụ: Đối xứng xoắn: Không có màng bao Hình que: virut khảm thuốc lá (TMV) Hình sợi: thể thực khuẩn f1, fd, M13 của vi khuẩn E.coli Có màng bao Dạng uốn khúc: virut cúm Dạng đạn: virut dại Đối xứng 20 mặt (đẳng trục) Không có màng bao Dạng nhỏ: virut viêm tủy xám Trang 5 Vi Khuẩn – Virut Dạng lớn: virut mụn cơm Có màng bao Virut sởi Đối xứng phức hợp Không có màng bao Thể thực khuẩn T của vi khuẩn E.coli Có màng bao Virut đậu mùa 2. Cấu trúc của virus − Cấu tạo cơ bản: + Tất cả các virus đều có cấu tạo gồm hai thành phần cơ bản: lõi là acid nucleic (tức genom) và vỏ là protein gọi là capsid, bao bọc bên ngoài để bảo vệ acid nucleic. Phức hợp bao gồm acid nucleic và vỏ capsid gọi là nucleocapsid hay xét về thành phần hoá học thì gọi là nucleoprotein. Đối với virus ARN thì còn gọi là ribonucleoprotein Virus HIV (Human immunodeficiency virus) + Genom của virus có thể là ADN hoặc ARN, chuỗi đơn hoặc chuỗi kép, trong khi genom của tế bào luôn là ADN chuỗi kép, và trong tế bào luôn chứa hai loại acid nucleic, ADN và ARN. a. Vỏ capsid: Trang 6 Vi Khuẩn – Virut − Capsid là vỏ protein được cấu tạo bởi các đơn vị hình thái gọi là capsome. Capsome lại được cấu tạo từ 5 hoặc 6 đơn vị cấu trúc gọi là protome. Protome có thể là monome (chỉ có một phân tử protein) hoặc polyme (có nhiều phân tử protein) − Pentame (penton) có 5 protome nằm trên các đỉnh của khối đa diện, còn hexame (hexon) tạo thành các cạnh và bề mặt hình tam giác. − Capsid có khả năng chịu nhiệt, pH và các yếu tố ngoại cảnh nên có chức năng bảo vệ lõi acit nucleic − Trên mặt capsid chứa các thụ thể đặc hiệu, hay là các gai glicoprotein, giúp cho virus bám vào các thụ thể trên bề mặt tế bào. Đây cũng chính là các kháng nguyên (KN) kích thích cơ thể tạo đáp ứng miễn dịch (ĐƯMD). − Vỏ capsid có kích thước và cách sắp xếp khác nhau khiến cho virut có hình dạng khác nhau. Có thể chia ra ba loại cấu trúc: đối xứng xoắn, đối xứng hình khối và cấu trúc phức tạp (Hình 1). Kích thước và hình thái của một số virus điển hình .Theo Presscott L. M. et al. , Microbiology. 6th ed. Intern. Ed. 2005. Cấu trúc đối xứng xoắn: Trang 7 Vi Khuẩn – Virut − Sở dĩ các virut có cấu trúc này là do capsome sắp xếp theo chiều xoắn của acid nucleic. Tuỳ loại mà có chiều dài, đường kính và chu kỳ lặp lại của các nucleocapsid khác nhau. Cấu trúc xoắn thường làm cho virut có dạng hình que hay hình sợi ví dụ virut đốm thuốc lá (TMV), dại (rhabdo), quai bị, sởi (paramyxo), cúm (orthomyxo). Ở virus cúm các nucleocapsid được bao bởi vỏ ngoài nên khi quan sát dưới kính hiển virus điện tử thấy chúng có dạng cầu. − Phân tích cấu trúc virut khảm thuốc lá (TMV) làm ví dụ. Loại virut này được phát hiện sớm và nghiên cứu sâu hơn cả. − TMV có hình que thẳng, dài 300nm, rộng 15nm, lõi rộng 4nm. TMV chứa 95% protein và 5% chuỗi ARN đơn (ssARN). Capsit chứa 2130 capsome hình chiếc giày. Mỗi capsome cấu tạo bởi 158 gốc axit amin, khối lượng phân tử là 17500. Các capsome bám vào sợi ARN xoắn trôn ốc. có cả thảy 130 vòng xoắn. sợi ssARN có chứa 6390 đơn vị nucleotit, khối lượng phân tử là 2 x 10 6 . Cứ 3 nucleotit kết hợp với 1 protein, mỗi vòng có 49 nucleotit. Virus khảm thuốc lá (TMV) Cấu trúc đối xứng dạng khối đa diện 20 mặt − Ở các virus loại này, capsome sắp xếp tạo vỏ capsid hình khối đa diện với 20 mặt tam giác đều, có 30 cạnh và 12 đỉnh. Đỉnh là nơi gặp nhau của 5 cạnh thuộc loại này gồm các virus adeno, reo, herpes và picorna. Gọi là đối xứng vì khi so sánh sự sắp xếp của capsome theo trục. Ví dụ đối xứng bậc 2, bậc 3, bậc 5, vì khi ta xoay với 1 góc 180 0 (bậc 2), 120 0 (bậc 3) và 72 0 (bậc 5) thì thấy vẫn như cũ. Trang 8 Vi Khuẩn – Virut − Các virus khác nhau có số lượng capsome khác nhau. Virus càng lớn, số lượng capsome càng nhiều. Dựa vào số lượng capsome trên mỗi cạnh có thể tính được tổng số capsome của vỏ capsid theo công thức sau: N= 10(n-1) 2 +2 Trong đó N- tổng số capsome của vỏ capsid, n-số capsome trên mỗi cạnh. A Sơ đồ virus hình que với cấu trúc đối xứng xoắn (virus khảm thuốc lá). Capsome sắp xếp theo chiều xoắn của acid nucleic. B- Sơ đồ virus đa diện đơn giản nhất. Mỗi mặt là một tam giác đều. Đỉnh do 5 cạnh hợp lại. Mỗi cạnh chứa 3 capsome. C- Sự đối xứng của hình đa diện thể hiện khi quay theo trục 180 0 (bậc 2), 120 0 (bậc 3) và 72 0 (bậc 5). Theo J. Nicklin et al., Instant Notes in Microbiology, Bios Scientific Publisher, 1999. Virus có cấu tạo phức tạp − Một số virus có cấu tạo phức tạp, điển hình là phage và virus đậu mùa. Phage có cấu tạo gồm đầu hình khối đa diện, gắn với đuôi có cấu tạo đối xứng xoắn. Phage T chẵn (T2, T4, T6) có đuôi dài trông giống như tinh trùng, còn phage T lẻ (T3,T7) có đuôi ngắn, thậm chí có loại không có đuôi (?6, ?X174). − Sau đây ta nghiên cứu cấu trúc của thực khuẩn thể T4 ký sinh trên vi khuẩn E. Coli. − Thực khuẩn thể T4 có 3 phần: đầu, cổ và đuôi. + Đầu có dạng lăng kính 6 cạnh, đường kính 65 nm dài 95 nm, cấu tạo bởi protein tạo thành vở capsit, vỏ capsit được cấu tạo bởi 212 đơn vị capsome. Bên trong phần đầu có chứa một phân tử AND 2 sợi. Trang 9 Vi Khuẩn – Virut + Cổ là một đĩa 6 cạnh đường kính 37,5 nm có 6 sợi tua gọi là tua cổ. Đuôi là một ống rỗng được bao bọc bởi bao đuôi, bao đuôi có cấu tạo protein tạo thành vỏ Capsit, kích thước 8 x 95 nm. Phần rỗng trong đuôi gọi là trụ có đường kính 2,5 - 3,5 nm. Cấu trúc đơn của thực khuẩn thể (Phage) − Phần cuối cùng của đuôi là một đĩa gốc hình 6 cạnh giống như đĩa cổ từ đó mọc ra 6 sợi gai gọi là chân bám. − Dựa trên cấu trúc cơ bản đó, thiên nhiên đã tạo ra hàng trăm hàng nghìn loại virus khác nhau. Ví dụ như phần lõi không phải là tất cả các virus đều chứa AND, có rất nhiều loại chứa ARN, chủ yếu là các virus thực vật. Chính từ loại này người ta đã phát hiện ra quá trình sao chép ngược thông tin di truyền: ARN - ADN. − Virus đậu mùa có kích thước rất lớn, hình viên gạch. ở giữa là lõi lõm hai phía trông như quả tạ. Đối diện với hai mặt lõm là hai cấu trúc dạng thấu kính gọi là thể bên. Bao bọc lõi và hai thể bên là vỏ ngoài. b. Vỏ ngoài: − Một số virus có vỏ ngoài (envelope) bao bọc vỏ capsid. Vỏ ngoài có nguồn gốc từ màng sinh chất của tế bào được virus cuốn theo khi nảy chồi. Vỏ ngoài có cấu tạo gồm 2 lớp lipid và protein. Trang 10 [...]... loại protein có tên là flagellin, có trọng lượng phân tử là 30 000-60 000 Một số vi khuẩn có bao lông (sheath) bao bọc suốt chiều dài sợi, như ở trường hợp chi Bdellovibrio hay vi khuẩn tả Vibrio cholera Trang 25 Vi Khuẩn – Virut Tiên mao ở vi khuẩn G + Tiên mao ở vi khuẩn G - − Số lượng tiên mao cũng phụ thuộc vào loài vi khuẩn Loại có 1 tiên mao gọi là đơn mao, mọc ra ở một cực của tế bào, loại có 2... 28 Vi Khuẩn – Virut TÀI LIỆU THAM KHẢO 1- Nguyễn Thành Đạt, 2007, Cơ Sở Sinh Học Vi Sinh Vật, NXB Đại Học Sư Phạm 2- Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Đình Quyến, Phạm Văn Ty, 2002, Vi Sinh Vật Học, NXB Giáo dục 3- Websites: http:/ /vi. wikipedia.org/wiki /Vi_ khu%E1%BA%A9n http://thuviensinhhoc.com/chuyen-de-sinh -hoc/ vsv/3532-virus http://thuviensinhhoc.com/chuyen-de-sinh -hoc/ vsv/3532-virus?start=1 http://thuviensinhhoc.com/chuyen-de-sinh -hoc/ vsv/3547-dac-diem-cau-tao-te-bao-vikhuan... giải thích được tại sao mỗi loại virus chỉ gây bệnh cho một vài loại nhất định − Giai đoạn xâm nhập của virus vào tế bào chủ: Quá trình xâm nhập của virus vào tế bào chủ xảy ra theo nhiều cơ chế khác nhau phụ thuộc vào từng loại virus và tế bào chủ Ở thực khuẩn thể T4 sau khi virus bám vào điểm thụ cảm của tế bào chủ, nó tiết ra men Lizozym thuỷ phân thành tế bào vi khuẩn Sau đó dưới tác dụng của ATP... vào cơ thể chủ Vi khuẩn có vỏ nhày tạo thành khuẩn lạc trơn bóng khi mọc trên môi trường thạch gọi là dạng S, ngược lại dạng R có khuẩn lạc xù xì + Cung cấp chất dinh dưỡng cho vi khuẩn khi thiếu thức ăn + Là nơi tích luỹ một số sản phẩm trao đổi chất (dextran, xantan ) + Giúp vi khuẩn bám vào giá thể (trường hợp các vi khuẩn gây sâu răng như Streptococcus salivarrius, Streptococcus mutans ) − Vi khuẩn. .. là cơ quan di động của vi khuẩn Chúng là những sợi lông mọc khắp bề mặt của một số vi khuẩn, làm tăng diện tiếp xúc với thức ăn, ngoài ra còn dùng để bám vào giá thể Ở một số vi khuẩn, nhung mao còn được dùng làm cầu nối nguyên sinh chất trong quá trình tiếp hợp giữa hai vi khuẩn X BÀO TỬ (Spore) − Bào tử là một hình thức tiềm sinh của vi khuẩn Khi gặp điều kiện khó khăn, vi khuẩn có khả năng hình... tạo thành tế bào vi khuẩn Gram dương Trang 17 Vi Khuẩn – Virut Cấu tạo thành tế bào vi khuẩn Gram âm − Peptidoglycan là loại polyme xốp, khá bền vững, cấu tạo bởi 3 thành phần: + N-Acetylglucosamin + Acid N-Acetylmuramic + Tetrapeptid Trang 18 Vi Khuẩn – Virut II VỎ NHẦY (Capsul) − Bao nhầy hay Giáp mạc (Capsule) gặp ở một số loài vi khuẩn với các mức độ khác nhau: + Bao nhầy mỏng ( Vi giáp mạc, Microcapssule)... loài muỗi Bào tử (spore) và Tinh thể độc (Crystal) ở Bacillus thuringiensis (trái) và Bacillus sphaericus (phải) IX TIÊN MAO VÀ NHUNG MAO 1 Tiên mao − Tiên mao (Lông roi, flagella) là những cơ quan di động của vi khuẩn, nhưng không phải tất cả các vi khuẩn đều có tiên mao Tiên mao thường có chiều rộng 10 - 25 mm, chiều dài thay đổi tuỳ theo loài vi khuẩn Trang 24 Vi Khuẩn – Virut − Tiên mao có thể gốc... Những virus có khả năng phá vỡ tế bào gọi virus độc, những virus có khả năng tạo nên trạng thái tiềm tan gọi là virus không độc 1 Quá trình hoạt động của virus độc Quá trình của virus độc chia làm 4 giai đoạn: Trang 12 Vi Khuẩn – Virut − Giai đoạn hấp thụ của hạt virus tự do trên tế bào chủ: Các hạt virus tự do tồn tại ngoài tế bào không có khả năng hoạt động, chúng ở trạng thái tiềm sinh gọi là hạt Virion... chất phát triển ăn sâu vào tế bào chất VIII CÁC HẠT KHÁC TRONG TẾ BÀO − Trong tế bào vi khuẩn ngoài các cấu trúc nói trên còn có một số hạt mà số lượng và thành phần của nó không nhất định Sự có mặt của chúng phụ thuộc vào điều kiện môi trường và vào giai đoạn phát triển của vi khuẩn Nhiều loại hạt có tính chất như chất dự trữ, được hình thành khi tế bào tổng hợp thừa các chất đó và được tiêu hao khi... của virus độc Sau đây ta nghiên cứu quá trình hoạt động của virus không độc Trang 14 Vi Khuẩn – Virut 2 Quá trình hoạt động của virus không độc − Virus không độc còn gọi là virus ôn hoà, hoạt động của nó không làm chết tế bào chủ mà chỉ gây nên trạng thái tiềm tan, gọi là trạng thái Lyzogen Virus sống chung với tế bào chủ, sinh sản cùng nhịp điệu với nó − Hiện tượng Lyzogen được phát hiện trên vi khuẩn, . Vi Khuẩn – Virut MỤC LỤC CH NG I. VIRUT ƯƠ 2 CH NG II. VI KHU N ƯƠ Ẩ 16 Trang 1 Vi Khuẩn – Virut CHƯƠNG I. VIRUT I. ĐẶC ĐIỂM VÀ LỊCH SỬ PHÁT HIỆN VIRUT − Virut là nhóm vi sinh vật. bao Dạng nhỏ: virut vi m tủy xám Trang 5 Vi Khuẩn – Virut Dạng lớn: virut mụn cơm Có màng bao Virut sởi Đối xứng phức hợp Không có màng bao Thể thực khuẩn T của vi khuẩn E.coli . 20 mặt và đối xứng đẳng trục. Trang 4 Vi Khuẩn – Virut Cấu tạo và kích thước một số virut điển hình − Loại có hình dạng đối xứng đẳng trục phổ biến hơn cả là các virus ký sinh trên vi khuẩn