Phân loại virus

Về sau, vào những năm 30, nhờ sự bùng nổ về kỹ thuật, đã giúp người ta mô tả được các đặc điểm vật lý của nhiều loại virus, cung cấp nhiều đặc điểm mới để có thể phân biệt được các virus

Phân loại virus

Bởi:

Nguyễn Lân Dũng

Phân loại virus:

Virus học đã có lịch sử trên 100 năm, tuy nhiên các nguyên tắc phân loại virus thì vẫn còn rất mới mẻ Vào những năm đầu của thế kỷ trước các virus đầu tiên được phân loại chỉ bằng một cách đơn giản là cho chúng đi qua màng lọc vi khuẩn Nhưng khi số lượng virus tăng lên thì lúc đó phải phân biệt chúng dựa vào kích thước, vào vật chủ và vào các triệu trứng bệnh do chúng gây ra Ví dụ tất cả các virus động vật có khả năng gây viêm gan đều xếp thành một nhóm gọi là virus viêm gan hay tất cả các virus thực vật

có khả năng gây đốm trên lá cây đều xếp vào một nhóm gọi là virus đốm Về sau, vào những năm 30, nhờ sự bùng nổ về kỹ thuật, đã giúp người ta mô tả được các đặc điểm vật lý của nhiều loại virus, cung cấp nhiều đặc điểm mới để có thể phân biệt được các virus khác nhau Các kỹ thuật này bao gồm phương pháp phân lập, tinh sạch virus, xác định đặc điểm hoá sinh của các virion, các phương pháp huyết thanh học và đặc biệt là

sự ra đời của kính hiển vi điện tử đã giúp mô tả được hình thái của nhiều loại virus khác nhau Đến những năm 50 dựa trên các đặc điểm này người ta đã phân biệt được ba nhóm virus quan trọng ở động vật là Myxovirus, Herpesvirus và Poxvirus

Vào những năm 60, các kiến thức và dữ liệu về virus đã rất phong phú, đòi hỏi phải cho

ra đời một tổ chức của các nhà virus học để thống nhất về hệ thống phân loại với các qui

tắc chặt chẽ và cách đặt tên Đó là Uỷ ban quốc tế về phân loại virus, gọi tắt là ICTV

(International Committee on Nomenclature of Viruses), được thành lập năm 1966 Chức năng của ICTV là thảo luận để đi đến thống nhất về các qui tắc phân loại, cách đặt tên, xây dựng thư mục và cung cấp thông tin cho các nhà virus học trên khắp thế giới Các thông tin của ICTV có thể truy cập theo website <http://www.ncbi.nlm.gov/ICTV/>

ICTV đưa ra các tên chuẩn phân loại dựa trên các đặc điểm hình thái, bao gồm kích thước, hình dạng, kiểu đối xứng của capsid, có hay không vỏ ngoài; các đặc điểm vật

lý bao gồm cấu trúc genom, sự mẫn cảm đối với các tác nhân lý, hoá; các đặc điểm của lipid, cacbohidrat, các protein cấu trúc và không cấu trúc; đặc trưng kháng nguyên và các đặc điểm sinh học khác như phương thức nhân lên, loại vật chủ, phương thức lây truyền và khả năng gây bệnh.Tuy nhiên người ta ước đoán rằng muốn xác định chính xác một loại virus mới cần phải có tới khoảng 500 đặc điểm ICTV đang tạo dựng cơ sở

dữ liệu (database) cho phép liệt kê các loại virus đến mức độ chủng

Uỷ ban cũng đã thống nhất đưa ra các khái niệm về các thứ bậc trong phân loại, bao gồm:

Bộ virus (order).

Bộ là đại diện cho các nhóm ghép của các họ, có các đặc điểm chung khác biệt với

các bộ và họ khác Các bộ được ký hiệu bởi những vĩ tố (suffixe) -virales Có một

bộ đã được ICTV chấp thuận là Mononegavirales bao gồm các họ Paramyxoviridae,

Rhabdoviridae và Filoviridae Đó là các virus ARN đơn, âm, không phân đoạn và có vỏ ngoài

Họ virus (family).

Họ là đại diện cho các nhóm ghép của các chi, có các đặc điểm chung khác với các

thành viên của các họ khác Họ có vĩ tố -viridae, đóng vai trò trung tâm và thường có

tiếp đầu ngữ mang đặc điểm đặc trưng Ví dụ Picornaviridae là từ ghép pico/rna/viridae

(pico tiếng Ý là nhỏ) gồm các virus có kích thước nhỏ; Flavoviridae - tiến Latinh flavo

là vàng (vì trong đó có virus gây bệnh sốt vàng) ở một số họ (ví dụ Herpesviridae) có

sự khác nhau giữa các thành viên trong họ, dẫn đến sự hình thành các họ phụ, được ký

hiệu với vĩ tố -virinae Như vậy họ Herpesviridae còn được phân tiếp thành các họ phụ

Alphaherpesvirinae, (virus, Herpes simplex), Betaherpesvirinae (virus cytomegalo) và

Gammaherpesvirinae (virus Epstein-Barr)

Chi virus.

Chi là đại diện cho các nhóm ghép của các loài, có các đặc điểm chung và khác với các

thành viên của các chi khác Tên chi thường có vĩ tố -virus Cũng như tên họ, tên chi

thường có tiếp đầu ngữ mang đặc điểm đặc trưng Ví dụ Rhinovirus (Rhino tiếng Hy Lạp là mũi, ám chỉ virus gây bệnh sổ mũi Các tiêu chuẩn để phân định các chi thay đổi giữa họ này với họ khác nhưng chúng vẫn bao gồm sự khác nhau về các đặc điểm di truyền, cấu trúc và các đặc điểm khác

Loài virus.

Loài virus được định nghĩa như là một lớp phân loại dựa trên một số lượng lớn các đặc điểm lớp (polythetic class), tạo lập mối liên hệ với nhau về sao chép và chiếm một ổ sinh thái riêng biệt ICTV hiện đang xem xét một cách cẩn trọng các đặc điểm thiết yếu cần phải có để xác định loài Sự phân chia giữa loài và chủng vẫn còn là một vấn đề khó khăn

Một số tính chất được ICTV sử dụng trong phân loại loài Tính chất của virion

Đặc điểm hình thái.

* Kích thước virion * Hình dạng virion * Có hay không có peplome (liproprotein vỏ ngoài) và bản chất của peplome * Có hay không có vỏ ngoài (envelope)

* Kiểu đối xứng và cấu trúc của capsid

Tính chất hoá lý, vật lý.

Khối lượng phân tử của virion (M2) Mật độ nổi (buoyant density) của virion (trong CSCl, sacaroza vv…) Hệ số lắng của virion Tính ổn định pH Tính ổn định nhiệt Tính

ổn định với các cation (Mg2+, Mn2+) Tính ổn định với các dung môi Tính ổn định với các chất tẩy rửa Tính ổn định với chiếu xạ

Genom

Loại acid nucleic (ADN hay ARN) Kích thước genom, tính theo Kb hoặc Kbp Acid nucleic sợi đơn (ss) hay sợi kép (ds) Chuỗi thẳng hay khép kín Phân cực (nghĩa

- dương, âm hay lưỡng cực) Số lượng và kích thước các đoạn (segment) Trình tự nucleotid Có các trình tự lặp lại Có các đồng phân Tỷ lệ G+C Có hay không mũ ở đầu

5 Có hay không protein liên kết ở đầu 5 Có hay không có đuôi poly (A) ở đầu 3

Các protein.

Số lượng, kích thước và hoạt động chức năng của các protein cấu trúc Số lượng, kích thước và hoạt động chức năng của các protein không cấu trúc Những chi tiết về hoạt động chức năng của các protein, đặc biệt là transcriptaza phiên mã ngược, hemaglutinin, neuraminidaza và các protein dung hợp Trình tự toàn phần hoặc từng phần acid amin của protein Tính chất glycosyl hoá, phosphoryl hóa, myristyl hoá của protein Lập bản

đồ của quyết định kháng nguyên (epitop)

Các lipid

Hàm lượng, đặc điểm

Hydrat cacbon

Hàm lượng, đặc điểm

Cấu trúc genom và phương thức sao chép.

Cấu trúc genom Phương thức sao chép Số lượng và vị trí khung đọc Đặc điểm phiên

mã Vị trí tích luỹ các protein của virion Vị trí lắp ráp virion Vị trí và bản chất của sự hoàn thiện và giải phóng virion

Tính chất của kháng nguyên

Sự giống nhau về typ huyết thanh, đặc biệt nhận được từ các trung tâm liên quan

Các đặc điểm sinh học.

Phạm vi vật chủ tự nhiên Phương thức lây truyền trong tự nhiên Mối quan hệ với vectơ truyền bệnh Sự phân bố địa lý Khả năng gây bệnh và bệnh liên quan Tính hướng mô, bệnh lý học và bệnh lý học mô

Hệ thống phân loại Baltimore.

Năm 1971, David Baltimore đưa ra hệ thống phân loại virus dựa trên mối quan hệ giữa genom virus và mARN Theo đó tất cả các virus đều được chia ra làm 6 nhóm hay 6 lớp, bất kể chúng là virus của động vật, thực vật hay vi sinh vật

Lớp I:

Virus có genom là ADN kép, mARN được tổng hợp giống như ở tế bào, tức là dùng sợi ADN(-) làm khuôn

Lớp II:

Virus có genom là ADN đơn Ở thời điểm đưa ra hệ thống phân loại, khoa học mới chỉ biết đến genom ADN đơn, dương, nên khi phát hiện ra genom ADN âm thì lớp II được tách ra là IIa và IIb Đối với genom ADN đơn, muốn tổng hợp mARN phải qua giai đoạn tổng hợp ADN kép trung gian, gọi là dạng sao chép (RF - replicative form)

Lớp III:

Virus có genom ARN kép Một trong hai sợi tương đương với mARN

Lớp IV:

Virus có genom ARN đơn, (+) Do có trình tự nucleotid trùng với trình tự nucleotid của mARN nên có thể dùng trực tiếp làm mARN Lớp IV lại chia thành IVa và IVb dựa trên

sự khác biệt về cơ chế biểu hiện và sao chép genom

Lớp V:

Virus có genom ARN đơn, (-) Do có trình tự nucleotid ngược với trình tự nucleotid của mARN, nên không thể dùng trực tiếp làm mARN Lớp V cũng được chia thành Va

và Vb dựa trên sự khác biệt về cơ chế biểu hiện và sao chép genom

Lớp VI:

Virus có genom là ARN Trong quá trình biểu hiện và sao chép cần phải có giai đoạn tổng hợp phân tử ADN kép Virus retro thuộc lớp này

Bảng 1 Các nhóm virus chính phân theo Baltimore.

Hình 8 Nguyên tắc phân loại virus theo Baltimore

Sự phân chia genom của virus dựa trên mARN acid nucleic (genom) có trình tự nucleotid giống với trình tự của mARN, được quy ước là (+) hay genom (+) Ngược lại nếu có trình tự bổ sung với mARN được quy ước là (-) hay genom (-) Genom ADN đơn muốn tạo thành mARN phải qua dạng trung gian (RF) Tất cả virus ARN (+) ở lớp

IV muốn tạo mARN Đều phải phiên mã từ khuôn ARN (-) Bảng tóm tắt các đặc điểm chính của các nhóm virus theo Baltimore (Bruce A.Voyles, 2002)

I Lớp I: Virus có genom ADN kép

A- Bacteriophage

1 Myoviridae (nhóm phage T chẵn- T2, T4, T6)

a Genom: Dạng thẳng hai đầu dính, kích thước 172 kbp, khối lượng phân tử 20x106 dalton.b Cấu tạo: Đầu 110x8nm, đuôi co được, dài 110nmc Hấp phụ và xâm nhập: Nhờ lông đuôi; xâm nhâp nhờ sắp xếp lại protein bao đuôi.d Biểu hiện genom: ARN polymeraza của vật chủ được cải biến để nhận diện promoter cuả phagee Sao chép genom: Hình thành concateme dạng thẳng nhờ các đầu dính (tạo chuỗi gồm các đoạn trùng lặp)f Lắp ráp: Ngẫu nhiên, giải phóng: làm tan bào

2 Siphoviridae (nhóm phage l).

a Genom: Dạng thẳng với hai đầu dính, kích thước 48 Kbp, khối lượng phân tử 33x106 dalton.b Cấu tạo: Đầu có đường kính 60nm Đuôi dài đến 500nm, không co được.c Hầp phụ và xâm nhập: Nhờ đuôid Biểu hiện genom: Dùng ARN polymeraza của tế bàoe Sao chép genom: Khép vòng nhờ có 2 đầu dính Lúc đầu sao chép dạng mắt (theta), sau

đó theo cơ chế vòng tròn xoay.f Lắp ráp/ giải phóng: Các thành phần được lắp ráp nhẫu nhiên; giải phóng nhờ làm tan bào.g Dạng khác: Genom gắn xen vào nhiễm sắc thể của

tế bào và ở dạng tiềm tan

3 Podoviridae (nhóm phage T3, T7)

a Genom: Thẳng, hai đầu dính, kích thước 40 kbp, khối lượng phân tử 25x106 daltonb Cấu tạo: Đầu có đường kính 65nm, đuôi dài 20nmc Hấp phụ và xâm nhập: Nhờ đuôid Biểu hiên genom: Lúc đầu dùng ARN popymeraza phụ thuộc ADN của tế bào để phiên

mã cho 3 gen tiền sớm Sản phẩm của các gen này tham gia vào điều hòa tế bào chủ và chuẩn bị sao chép và biểu hiện gen virus.e Sao chép genom: Tạo thành concateme dạng thẳng nhờ các đầu dính bắt cặpf Lắp ráp và giải phóng: Làm tan bào

B- Virus động vật

1 Papovaviridae

a Genom: Khép vòng, 5-8 Kbp, khối lượng phân tử 3-5x106 daltonb Cấu tạo: Capsid dạng khối, không có vỏ ngoài, đường kính 40-55nmc Hấp phụ và xâm nhập: Nhập bào, cởi áo trong nhân.d Biểu hiện genom: Dùng ARN polymeraza của vật chủ để tạo ARN, sau đó nhờ cắt nối (splicing) để tạo các mARN khác nhau.e Sao chép genom: Dùng ARN polymeraza của vật chủ Sao chép theo cơ chế thetaf Lắp ráp trong nhân Giải phóng nhờ tan bào.g Gây bệnh: HPV (mụn cóc, ung thư cổ tử cung), SV40

2 Adenoviridae

a Genom: Dạng thẳng, 36-38 Kbp, khối lượng phân tử 30x106 dalton với hai đầu lặp lại trái chiều Đầu 5 có gắn protein b Cấu tạo: Hình khối với các sợi glycoprotein đỉnh, không có vỏ ngoài, đường kính 40-50nm.c Hấp phụ và xâm nhập: Theo cơ chế nhập bào, cởi vỏ trong nhân.d Biểu hiện genom: Dùng ARN polymeraza của vật chủ, lắp ráp, cắt nối biệt hoá (differential splicing) để tạo ra các bản phiên mã (mARN) khác nhau.e Sao chép genom: ADN polymeraza của virus sử dụng protein thay cho mồi ARN Sao chép AND được mồi bởi liên kết hydro của dCMP gắn vào protein 80 Kdalton bắt cặp với dGTP ở đầu 3 của genom mà không cần tạo các đoạn okazaki.f Lắp ráp: Trong nhân, giải phóng: Làm tan bào.g Gây bệnh: Virus adeno gây viêm họng, phổi, kết mạc, bàng quang xuất huyết

3 Herpesviridae

a Genom: Dạng thẳng, 124-235 Kbp, khối lượng phân tử 80-150x106 dalton b Cấu tạo: Nuclecapsid dạng khối, đường kính khoảng 30nm, có vỏ ngoài.c Hấp phụ và xâm nhập: Dung hợp vỏ ngoài với màng sinh chất Cởi vỏ trong nhân.d Biểu hiện genom: ARN polymeraza của vật chủ được điều hoà bởi các yếu tố của virus.e Sao chép genom:

Sử dụng ADN polymeraza của virus, khép vòng, sao chép theo cơ chế vòng tròn xoay.f Lắp ráp: Trong nhân, giải phóng: nảy chồi qua màng nhân vào mạng lưới nội chất rồi ra ngoài.g Gây bệnh: Thuỷ đậu, zona, cự bào, EBV, roseola

4 Poxviridae

a Genom: Dạng thẳng với hai đầu lặp lại trái chiều 130-375 Kbp, khối lượng phân tử 85-240x106 dalton b Cấu tạo: Capsid phức tạp (gồm nhiều lớp và thường có vỏ ngoài),

có dạng hình thoi hoặc hình viên gạch, dài 200-900nmc Hấp phụ và xâm nhập: Dung hợp trực tiếp giữa vỏ ngoài với màng sinh chất.d Biểu hiện genom: Sử dụng ARN polymeraza của virus.e Sao chép genom: Dùng AND polymeraza của virus tổng hợp thay thế để tạo các concateme.f Lắp ráp trong tế bào chất, giải phóng: nảy chồi.g Gây bệnh: Đậu mùa, đậu bò

5 Hepadnaviridae

a Genom: Khép vòng nhưng không khép kín gồm hai sợi: sợi âm (L) dài3,2 Kb, khối lượng phân tử 1,6x106 dalton bắt cặp với sợi âm, ngắn (S) Chiều dài sợi âm thay đổi

ở các virion b Cấu tạo: Dạng khối, có vỏ ngoài, đường kính 42nm.c Hấp phụ và xâm nhập: Virus gắn vào thụ thể dành cho IgA trên bề mặt tế bào gan.d Biểu hiện genom: Sau khi genom chuyển thành phân tử AND kép, khép vòng, siêu xoắn (cADN), ARN polymeraza của vật chủ tiến hành phiên mã tạo 4 loại mARN, trùng nhau ở đầu 3 (3,5; 2,4; 2,1 và 0,7 Kb) sợi dài nhất có kích thước 3,5 Kb dài hơn genom 200 base, dùnglàm khuôn để tổng hợp genom (sợi L), nên gọi là tiền genom.e Sao chép genom: Sự sao chép ngược mARN dài nhất để tạo sợi L xảy ra trong tế bào chất Sự tổng hợp sợi thứ hai (S) xảy ra trong virion.f Lắp ráp: Trong tế bào chất, giải phóng: nảy chồi vào mạng lưới nội chất tạo ra bọng rồi dung hợp với màng tế bào để ra ngoài.g Gây bệnh: Virus HBV gây viêm gan B ở người, DHBV gây viêm ở gan vịt

C Virus thực vật

1 Caulimovirus (MaMV- Cauliflower mosaic virus)

a Genom: Khép vòng nhưng không sợi nào khép kín, 8Kbp, khối lượng phân tử 4-5x106 dalton Sợi âm có một chỗ đứt quãng, sợi dương có 2 chỗ đứt quãng.b Cấu tạo: Capsid dạng khối, đường kính 50nm.c Gắn và xâm nhập: Nhờ vectơr và rệp.d Biểu hiện genom: ARN polymeraza của vật chủ tạo ra 2mARN, trùng nhau ở đầu 3 Sợi dài nhất dài hơn genom.e Sao chép genom: Phiên mã ngược sợi mARN dài hơn để tạo AND(-),

rồi sợi âm làm khuôn để tổng hơp sợi (+).f Lắp ráp trong tế bà chất, giải phóng nhờ vectơr là rệp.g Gây bệnh khảm hoa lơ, bệnh khảm ở các cây họ cải

II Lớp II Virus có genom ADN đơn

A Bacteriophage

1 Microviridae (nhóm ?X174)

a Genom: Khép vòng, 5,4 Kb, khối lượng phân tử 1,7x106 dalton, sợi dương.b Cấu tạo: Capsid hình khối, đường kính 27nmc Hấp phụ có các gai gắn vào trong lipoprotein thành tế bào Xâm nhập nhờ protein pilot gắn ở đầu AND giúp đưa nó vào trong tế bào chất.d Biểu hiện genom: ADN polymeraza cảu ký chủ xúc tác tổng hợp 3mARN

đa gen (polycistronic) Protein không cấu trúc được tổng hợp từ khung đọc chồng lớp hoặc từ các vị trí khởi đầu khác nhau của cùng khung đọc.e Sao chép genom: Tổng hợp atingenome (đối genom), tạo dạng sao chép (RF), sau đó, lúc đầu sao chép tạo nhiều RF theo cơ chế theta, tiếp theo là sao chép theo cơ chế vòng tròn xoay.f Lắp ráp và ra khỏi

tế bào như làm tan bào

B Các virus động vật

1 Parvoviridae (erythro-B19, các bệnh ở động vật)

a Genom: Khép vòng, 5-8Kbp, khối lượng phân tử 3-8x106 kdal b Cấu tạo: Capsid hình khối, đường kính 40-55nmc Xâm nhập: Theo cơ chế nhập bào, cởi vỏ trong nhând Biểu hiện genom: Dùng ARN polymeraza của ký chủ, phiên mã nhờ cắt nối (splicing) biệt hóa.e Sao chép genom: Dung ARN polymeraza của ký chủ sao chép kiểu theta.f Lắp ráp trong nhân, giải phóng khi làm tan bàog Có hai chi: Một chi là virus tự chủ (autonomous virus) có thể tự nhân lên trong tế bào chủ, một chi là virus khuyết tật Muốn nhân lên cần hỗ trợ của virus khác Ví dụ virus khuyết tật phụ thuộc virus adeno (AAV-defective adeno-associated virus), còn gọi là virus kèm adeno

C Virus thực vật

1 Geminivirus

a Genom: Khép vòng, 2,7-2,9 Khối lượng phân tử 1x106 dalton Mỗi virion chứa 1-2 phân tử, ADN đơn, dương.b Cấu tạo: Capsid dạng khối đa diện gắn với nhau thành đôi.e Xâm nhập: Nhờ côn trùng bộ cánh trắng và bộ ăn lád Biểu hiện genom: Dùng ARN polymeraza của ký chủ Phiên mã từ genom và từ sợi bổ sung của genome Biểu hiện genom: Có thể theo cơ chế vòng tròn xoay thông qua RF trung gianf Lắp ráp trong nhân Lan truyền nhờ côn trùng bộ cánh trắng và bộ ăn lá.g Đại diện: Virus gây bệnh sọc lá ngô, khảm vàng đậu