1. Vài nét lịch sử nghiên cứu của virus học 2. Hình thái và cấu trúc của virus 2.1. Cấu tạo cơ bản: 2.2. Vỏ capsid: 2.2.1 Cấu trúc đối xứng xoắn: 2.2.2 Cấu trúc đối xứng dạng khối đa diện 20 mặt 2.2.3 Virus có cấu tạo phức tạp 2.3 Vỏ ngoài: 2.4 Protein của virus : 2.3.1 Các phương pháp nghiên cứu protein virus 2.4.2 Các loại protein virus 2.4 Acid nucleic của virus 2.5.1 Các loại genom của virus 2.5.2 Phương pháp nghiên cứu 3. Phân loại virus: 4. Các virus chính gây bệnh cho người. 1. Các virus chính gây bệnh cho da, niêm mạc, mắt 2. Virus gây bệnh hệ thần kinh. 3. Virus gây bệnh tim mạch và hệ bạch huyết 4. Virus gây bệnh đường hô hấp 5. Virus gây bệnh đường tiêu hoá 6. Virus gây bệnh đường niệu và sinh dục 5. Hình ảnh một số virus thông thường:
Bài Virus Vài nét lịch sử nghiên cứu virus học Ngay từ năm 1883 nhà khoa học người Đức Adolf Mayer nghiên cứu bệnh khảm thuốc nhận thấy bệnh lây phun dịch ép bị bệnh sang lành, nhiên ông không phát tác nhân gây bệnh Năm 1884 Charles Chamberland sáng chế màng lọc sứ để tách vi khuẩn nhỏ vào năm 1892 nhà thực vật học người Nga Dimitri Ivanovski dùng màng lọc để nghiên cứu bệnh khảm thuốc Ông nhận thấy dịch ép bị bệnh cho qua màng lọc có khả nhiễm bệnh cho lành cho tác nhân gây bệnh có lẽ vi khuẩn có kích thước nhỏ bé đến mức qua màng lọc, độc tố vi khuẩn tiết Giả thuyết độc tố qua màng lọc bị bác bỏ vào năm 1898 nhà khoa học người Hà Lan Martinus Beijerinck chứng minh tác nhân lây nhiễm chất độc sống (Contagium vivum fluidum) nhân lên Ơng tiến hành phun dịch ép bệnh cho qua lọc phun lên bị bệnh lại lấy dịch ép cho qua lọc để phun vào khác Qua nhiều lần phun gây bệnh cho Điều chứng tỏ tác nhân gây bệnh phải nhân lên độc tố lực gây bệnh phải dần Năm 1901 Walter Reed cộng Cuba phát tác nhân gây bệnh sốt vàng, qua lọc Tiếp sau nhà khoa học khác phát tác nhân gây bệnh dại đậu mùa Tác nhân gây bênh đậu mùa có kích thước lớn, khơng dễ qua màng lọc, tác nhân gây bệnh đơn giản gọi virus Dimitri Ivanovski Martinus Walter Reed Beijerinck Felix d'Hérelle Frederick Twort Wendell Stanley Năm 1915 nhà vi khuẩn học người Anh Frederick Twort năm 1917 nhà khoa học người Pháp Felix d'Hérelle phát virus vi khuẩn đặt tên Bacteriophage gọi tắt phage Năm 1935 nhà khoa học người Mỹ Wendell Stanley kết tinh hạt virus gây bệnh đốm thuốc (TMV) Rồi sau TMV nhiều loại virus khác quan sát kính hiển vi điện tử Như nhờ có kỹ thuật màng lọc đem lại khái niệm ban đầu virus sau nhờ có kính hiển vi điện tử quan sát hình dạng virus, tìm hiểu chất chức chúng Ngày virus coi thực thể chưa có cấu tạo tế bào, có kích thước siêu nhỏ có cấu tạo đơn giản, gồm loại acid nucleic, bao vỏ protein Muốn nhân lên virus phải nhờ máy tổng hợp tế bào, chúng ký sinh nội bào bắt buộc Virus có khả gây bệnh thể sống từ vi khuẩn đến người, thủ phạm gây thiệt hại nặng nề cho ngành chăn nuôi, gây thất bát mùa màng cản trở ngành công nghiệp vi sinh vật Từ thập kỷ cuối kỷ XX trở lại ngày xuất dạng virus lạ người, động vật mà trước y học chưa biết tới, đe doạ mạng sống người Sau HIV, SARS, Ebola, cúm A H5N1 loại xuất để gây tai hoạ cho người Mặt khác, có cấu tạo đơn giản có genom nhiều kiểu với chế chép khác hẳn thể khác nên virus chọn mơ hình lý tưởng để nghiên cứu nhiều chế sinh học mức phân tử dẫn đến cách mạng sinh học cận đại: Sinh học phân tử, di truyền học phân tử Vì lý việc nghiên cứu virus đẩy mạnh trở thành ngành khoa học độc lập phát triển Hình thái cấu trúc virus 2.1 Cấu tạo bản: Tất virus có cấu tạo gồm hai thành phần bản: lõi acid nucleic (tức genom) vỏ protein gọi capsid, bao bọc bên để bảo vệ acid nucleic Phức hợp bao gồm acid nucleic vỏ capsid gọi nucleocapsid hay xét thành phần hố học gọi nucleoprotein Đối với virus ARN gọi ribonucleoprotein Genom virus ADN ARN, chuỗi đơn chuỗi kép, genom tế bào ADN chuỗi kép, tế bào chứa hai loại acid nucleic, ADN ARN 2.2 Vỏ capsid: Capsid vỏ protein cấu tạo đơn vị hình thái gọi capsome Capsome lại cấu tạo từ đơn vị cấu trúc gọi protome Protome monome (chỉ có phân tử protein) polyme (có nhiều phân tử protein) - Pentame (penton) có protome nằm đỉnh khối đa diện, hexame (hexon) tạo thành cạnh bề mặt hình tam giác - Capsid có khả chịu nhiệt, pH yếu tố ngoại cảnh nên có chức bảo vệ lõi acid nucleic - Trên mặt capsid chứa thụ thể đặc hiệu, gai glicoprotein, giúp cho virus bám vào thụ thể bề mặt tế bào Đây kháng nguyên (KN) kích thích thể tạo đáp ứng miễn dịch (ĐƯMD) - Vỏ capsid có kích thước cách xếp khác khiến cho virus có hình dạng khác Có thể chia ba loại cấu trúc: đối xứng xoắn, đối xứng hình khối cấu trúc phức tạp (Hình 1) Hình Kích thước hình thái số virus điển hình Theo Presscott L M et al , Microbiology 6th ed Intern Ed 2005 2.2.1 Cấu trúc đối xứng xoắn: Sở dĩ virus có cấu trúc capsome xếp theo chiều xoắn acid nucleic Tuỳ loại mà có chiều dài, đường kính chu kỳ lặp lại nucleocapsid khác Cấu trúc xoắn thường làm cho virus có dạng hình que hay hình sợi ví dụ virus đốm thuốc (MTV), dại (rhabdo), quai bị, sởi (paramyxo), cúm (orthomyxo) virus cúm nucleocapsid bao vỏ nên quan sát kính hiển virus điện tử thấy chúng có dạng cầu 2.2.2 Cấu trúc đối xứng dạng khối đa diện 20 mặt Hình phòng thí nghiệm Robert M Bock Đại học University of WisconsinMadison Ở virus loại này, capsome xếp tạo vỏ capsid hình khối đa diện với 20 mặt tam giác đều, có 30 cạnh 12 đỉnh Đỉnh nơi gặp cạnh thuộc loại gồm virus adeno, reo, herpes picorna Gọi đối xứng so sánh xếp capsome theo trục Ví dụ đối xứng bậc 2, bậc 3, bậc 5, ta xoay với góc 1800 (bậc 2), 1200 (bậc 3) 720 (bậc 5) thấy cũ Các virus khác có số lượng capsome khác Virus lớn, số lượng capsome nhiều Dựa vào số lượng capsome cạnh tính tổng số capsome vỏ capsid theo công thức sau: N= 10(n-1)2+2 Trong N- tổng số capsome vỏ capsid, n-số capsome cạnh Hình A Sơ đồ virus hình que với cấu trúc đối xứng xoắn (virus khảm thuốc lá) Capsome xếp theo chiều xoắn acid nucleic B- Sơ đồ virus đa diện đơn giản Mỗi mặt tam giác Đỉnh cạnh hợp lại Mỗi cạnh chứa capsome C- Sự đối xứng hình đa diện thể quay theo trục bậc (1800), bậc (1200) bậc (720) Theo J Nicklin et al., Instant Notes in Microbiology, Bios Scientific Publisher, 1999 2.2.3 Virus có cấu tạo phức tạp Một số virus có cấu tạo phức tạp, điển hình phage virus đậu mùa Phage có cấu tạo gồm đầu hình khối đa diện, gắn với có cấu tạo đối xứng xoắn Phage T chẵn (T2, T4, T6) có dài trơng giống tinh trùng, phage T lẻ (T3,T7) có ngắn, chí có loại khơng có (?6, ?X174) Virus đậu mùa có kích thước lớn, hình viên gạch lõi lõm hai phía trơng tạ Đối diện với hai mặt lõm hai cấu trúc dạng thấu kính gọi thể bên Bao bọc lõi hai thể bên vỏ 2.3 Vỏ ngồi: Một số virus có vỏ ngồi (envelope) bao bọc vỏ capsid Vỏ ngồi có nguồn gốc từ màng sinh chất tế bào virus theo nảy chồi Vỏ ngồi có cấu tạo gồm lớp lipid protein Lipid gồm phospholipid glycolipid, hầu hết bắt nguồn từ màng sinh chất (trừ virus pox từ màng Golgi) với chức ổn định cấu trúc virus Protein vỏ ngồi thường glycoprotein có nguồn gốc từ màng sinh chất, nhiên mặt vỏ ngồi có glycoprotein virus mã hóa gắn trước vào vị trí chuyên biệt màng sinh chất tế bào, sau trở thành cấu trúc bề mặt virus Ví dụ gai gp 120 HIV hay hemaglutinin virus cúm, chúng tương tác với receptor tế bào để mở đầu xâm nhập virus vào tế bào Vỏ ngồi có nguồn gốc từ màng nhân virus lắp ráp nẩy chồi qua màng nhân (virus herpes) Dưới tác động số yếu tố dung mơi hồ tan lipid, enzym, vỏ ngồi bị biến tính virus khơng khả gây nhiễm 2.4 Protein virus : 2.3.1 Các phương pháp nghiên cứu protein virus Trước hết cần phải tách chúng khỏi tế bào Điều thực nhờ hàng loạt bước ly tâm tách, tiếp ly tâm theo gradient nồng độ saccaroza Ly tâm gradient nồng độ saccaroza thường cho kết thể băng (band) rõ nét vị trí đặc thù gradient Các băng dùng cho nghiên cứu Thông thường để nghiên cứu virion đánh dấu đồng vị phóng xạ, người ta dùng hàng loạt kỹ thuật điện di gel polyacrylamit, western Blotting (phản ứng với kháng thể) Vị trí protein virus tế bào xác định nhờ kỹ thuật nhuộm phân biệt miễn dịch huỳnh quang, cho kháng thể đơn dòng tương tác với epitop đặc hiệu protein sau dịch mã dùng chất ức chế proteaza ức chế q trình glycosyl hố Việc xác định trình tự gen việc dự đoán acid amin giúp hiểu cấu trúc chức chúng 2.4.2 Các loại protein virus Protein virus tổng hợp nhờ mARN virus riboxom tế bào Tuỳ theo thời điểm tổng hợp mà chia thành protein sớm protein muộn Protein sớm gen sớm mã hoá, thường enzym (protein khơng cấu trúc) protein muộn gen muộn mã hoá, thường protein cấu trúc tạo, nên vỏ capsid vỏ ngồi Protein khơng cấu trúc Protein khơng cấu trúc gói vào virion, thành phần cấu tạo virion Đây enzym tham gia vào trình nhân lên virus, ví dụ enzym phiên mã ngược, proteaza integraza virus retro, timidinkinaza ADN polymeraza HSV Protein khơng cấu trúc khác có mặt tế bào nhiễm mà không đưa vào virion, bao gồm protein tham gia vào trình điều hồ chép, phiên mã, dịch mã (ví dụ Tat HIV, Protein màng HSV, helicaza, protein gắn ADN ); protein ức chế trình tổng hợp acid nucleic protein tế bào chủ Ngoài thuộc loại có protein gây ung thư oncogen mã hóa; protein gây chuyển dạng tế bào, kháng nguyên T lớn SV-40 protein EBNA virus Epstein.Barr số virus có protein khơng cấu trúc liên quan đến hoạt tính anti-apoptosis anti-cytokin Protein cấu trúc Capsid rhinovirus 14 có dạng hình cầu đường kính Trong hình này, gỡ VP1 hình angstrom gồm protein ngũ giác, thấy bên VP4 VP1, VP2, VP3 VP4 (VP4 màu vàng khơng thấy hình) VP1 có hình ngũ giác , đối xứng bậc Hình phòng thí nghiệm Robert M Bock Đại học University of WisconsinMadison Protein cấu trúc tham gia vào cấu tạo hạt virus, làm cho chúng có hình dạng, kích thước định bảo vệ genom virus khỏi điều kiện bất lợi Protein cấu trúc bao gồm protein nucleocapsid, protein (matrix), protein vỏ ngồi (Hình 3) Protein nucleocapsid tự lắp ráp (ví dụ TMV, polio) hay lắp ráp với trợ giúp khung protein tạm thời, làm nhiệm vụ dàn giáo để tạo đầu phage cấu trúc khối đa diện, protein tồn lắp ráp nucleocapsid bị virus trưởng thành Ví dụ capsid virus polio có cấu tạo tương đối đơn giản, gồm protein VP1, VP2, VP3 VP4 Các protein tham gia lắp ráp tạo capsid thông qua cấu trúc tiền chất (procapsid), bao gồm VPO (một protein tiền chất) VP1, VP3 Protein VPO lại cắt thành VP2 VP4 vỏ capsid tiến hành lắp ráp với acid nucleic Capsid virus reo phức tạp nhiều Đây capsid trần có hai lớp vỏ Protein capsid ngồi chức bảo vệ acid nucleic genom lắp ráp để hình thành virion phải tương tác với acid nucleic genom suốt q trình lắp ráp Sự bao gói phân tử acid nucleic vào vùng xác định, cần phải có xếp nén genom lại báo hiệu kết hợp với protein capsid lựa chọn, thông qua liên kết hóa học Ví dụ protein N virus rhabdo protein NP virus cúm protein có acid amin mang điện tích dương tương tác với acid nucleic mang điện tích âm, nên chúng hút nhau, tạo thuận lợi cho việc lắp ráp Việc bọc gói trở nên phức tạp virus có genom nhiều đoạn, ví dụ virus cúm có đoạn ARN cần phải bọc gói vỏ capsid Vỏ ngồi bao quanh nucleocapsid hình thành từ màng nhân, màng sinh chất màng lưới nội chất virus nảy chồi Phía vỏ ngồi protein glycolipid Protein protein nằm phía trong, vỏ capsid vỏ ngoài, giữ mối liên kết hai vỏ Chúng thường không glycosyl hóa chứa protein xuyên màng để làm neo, liên kết với màng nhờ vùng kỵ nước nằm bề mặt nhờ mối tương tác protein chúng với glycoprotein vỏ ngồi HSV, khoảng khơng vỏ ngồi capsid lớp vơ định hình xem lớp màng (tegument) Glycoprotein virus neo vào vỏ nhờ protein xuyên màng Phần lớn chúng nằm nhô phía ngồi vỏ với ngắn phía Nhiều glycoprotein monome, chúng ghép lại với tạo thành gai quan sát kính hiển vi điện tử virus có vỏ ngồi, gai có chức kháng nguyên, ví dụ gai G virus dại, gai gp 120 HIV gai HA virus cúm Ở virus trần (ví dụ polio) virus có vỏ protien cấu trúc tương tác với receptor bề mặt tế bào chủ để mở đầu cho trình gây nhiễm Cơ thể chống trả lại thông qua đáp ứng miễn dịch Dựa vào mối tương tác để thiết kế vacxin chống virus : Nucleocapsid 2: Protein 3: Vỏ 4: Cầu disulfur 5: Đuôi gắn protein 6: Kênh vận chuyển 7: Glycoprotein (gai phụ) 8: Protein vận chuyển màng 9: Glycoprotein vỏ ngồi Hình Một số lớp protein liên kết với vỏ virus Các protein nối vỏ ngồi với nucleocapsid Glycoprotein virus mã hóa gắn sẵn vào vỏ để đảm nhiệm nhiều chức Các gai glycoprotein chịu trách nhiệm nhận biết thụ thể bề mặt tế bào gắn vào protein xuyên màng hoạt động kênh vận chuyển qua vỏ Các protein bắt nguồn từ tế bào chủ liên kết với vỏ với lượng nhỏ (Cann.A, Principle of Molecular Virology,1993, Academic press) Tất protein virus dịch mã từ mARN virus Các mARN a)- phiên mã từ genom ADN virus (ví dụ HSV), b)- từ mạch bổ sung với genom ARN âm (ví dụ virus cúm) c)-chính genom virus ARN dương (ví dụ virus bại liệt) Protein virus xử lý sau dịch mã Lúc đầu tổng hợp protein lớn (polyprotein) sau nhờ proteaza phân cắt để tạo phân tử nhỏ (ví dụ polyprotein virus polio, phức hợp gag-polymeraza virus HIV) Chúng phosphoryl hóa Mức độ phosphoryl hóa thường xác định mức độ chức protein (ví dụ protein N NS virus rhabdo) Sự gắn gốc đường vào protien (glycosyl hoá) gắn với N O Đối với nhiều protein virus (thường glycoprotein vỏ ngồi) gốc đường chiếm 70% trọng lượng protein Các biến đổi sau dịch mã khác myristyl hóa, acyl hố palmitoyl hóa tiến hành đại thực bào Hanta Họ Bunyaviridae Hội chứng bệnh Hít phải virion từ bãi phổi virus phân nước tiểu Hanta kèm sốc chuột tim Máu, phổi Virus gây bệnh đường hô hấp Tên virus Cơ quan nhiễm Tên bệnh Đường lây truyền Adeno Họ Adenoviridae Đường hô hấp Cảm lạnh thường Qua sol khí đường hơ hấp Rhino Họ Picornaviridae Đường hô hấp Cảm lạnh (sổ mũi) Qua sol khí đường hơ hấp, đồ vật bị nhiễm tiếp xúc trực tiếp với người bênh Corona ( Hcov) Đường hô Họ Coronaviridae hấp Hội chứng viêm đường hô hấp cấp nặng (SARS), cảm lạnh thường Qua sol khí đường hô hấp Quai bị (mumps) Các tế bào Họ đường hô Quai bị Paramyxoviridae hấp Dịch tiết đường hô hấp (qua ho, hắt hơi), nước bọt Hợp bào hô hấp (RSV) Bệnh hợp bào hô hấp Qua bãi nôn, chân tay bị nhiễm, vườn trẻ Cúm Qua giọt tiết đường hô hấp Đường hô hấp, phổi Cúm Họ Phổi, orthomyxoviridae đường hô hấp Virus gây bệnh đường tiêu hoá Tên virus Cơ quan nhiễm Tên bệnh Đường lây truyền Viêm gan B (HBV) Họ Họ Tế bào gan Hepadnaviridae Viêm gan huyết Qua đường tình dục, qua (viêm gan B), dịch thể bị nhiễm, tiêm ung thư gan chích ma túy Viêm gan A (HAV) Họ Picoraviridae Viêm gan nhiễm trùng (viêm gan A) Tế bào gan Qua đường tiêu hóa Viêm gan C (HCV) Họ Flaviridae Tế bào gan Viêm gan mạn tính Qua đường tình dục, truyền máu, ghép tạng, tiêm chích Viêm gan D (HDV) Chưa phân loại Tế bào gan Viêm gan Delta Qua đường tình dục, bơm tiêm bị nhiễm Viêm gan E (HEV) Họ Hepeviridae Tế bào gan Viêm gan E Qua đường phân-miệng Rota Họ Reoviridae Đường hô hấp Tiêu chảy, viêm đường tiêu dày ruột trẻ em hóa Cự bào (CMV) Hạch lympho, (Cytomegalo) Họ Dị tật bẩm sinh gan Herpesviridae Qua đường phân-miệng Qua dịch tiết thể (nước bọt, dịch nhân, sữa, nước tiểu, phân, dịch tử cung, qua quan hệ tình dục, truyền máu Virus gây bệnh đường niệu sinh dục Tên virus Tên bệnh Đường lây truyền Herpes simplexCơ quan sinh Họ dục Herpesviridae Herpes sinh dục, mụn rộp Qua quan hệ tình dục Papilloma (HPV) Biểu mô da, Họ niêm mạc Papovaviridae Mụn cơm Qua tiếp xúc trực tiếp, qua dụng cụ bị nhiễm, qua quan hệ tình dục Viêm gan B (HBV) Họ Gan Hepadnaviridae Viêm gan huyết ung thư Qua tiếp xúc trực tiếp với dịch thể bị nhiễm Qua quan hệ tình dục, bơm tiêm bị nhiễm HIV Họ Retroviridae Cơ quan nhiễm Tế bào T, đại Hội chứng suy giảm thực bào, tế miễn dịch mắc phải bào trơn, tế (AIDS) bào tua Qua quan hệ tình dục, tiêm chích ma túy, truyền máu, tiếp xúc với dịch thể bị nhiễm, ghép tạng Hình ảnh số virus thơng thường: Kích thước Virus (1000nm= 1µm) Họ Orthomyxoviridae Virus cúm (Influenzavirus) Virus cúm gia cầm H5N1 (HPAV- Highly pathogenic avian influenza) Họ Paramyxoviridae Virus quai bị (Mumps virus) Virus sởi (Measles virus) Họ Togaviridae Virus sởi Đức (Rubella virus) Virus hợp bào hô hấp (RSV- Respiratory syncytial virus) Họ Coranoviridae Virus SARS (Severe Acute Respiratory Syndrome) Virus gây bệnh dại ( Rhabdovirus) Họ Hepadnaviridae Virus viêm gan B (HBV- Hepatitis B virus) Họ Picornaviridae (HAV- Hepatitis A virus) Họ Flaviviridae Virus viêm gan C (HCV- Hepatitis C virus) Virus viêm não Nhật Bản B (Japanese B Encephalitis virus) Virus viêm gan D (HDV- Hepatitis D virus) Họ Togaviridae Virus viêm gan E ( HEV- Hepatitis E virus) Virus sốt xuất huyết Dengue (Dengue fever virus) Virus HIV (Human immunodeficiency virus) Virus bại liệt (Poliomyelitis virus) Họ Poxviridae Virus đậu mùa (Pox virus) Họ Filoviridae Virus Ebola (Ebola hemorrhagic fever virus) 80 x 14 000 nm Họ Picornaviridae Virus sốt lở mồm long móng (Foot and mouth disease virus) Virus hại trồng Virus hại củ trồng Tài liệu tham khảo David Greenwood, Richard C., B Slack, 1998 Medical Microbiology Churchill Levingstone Lansing M Prescott, john P Harley, Đonal A Klein, 2005 Microbiology Mc Graw Hill Robert W Bauman, 2004 Microbiology Benjamin Cummings Harper D R., 1998 Molecular Virology Springer and Bios Scientific Publisher Bruce A Voyles, 2002 The biology of Viruses Mc Graw Hill ... chi virus tự chủ (autonomous virus) tự nhân lên tế bào chủ, chi virus khuyết tật Muốn nhân lên cần hỗ trợ virus khác Ví dụ virus khuyết tật phụ thuộc virus adeno (AAV-defective adenoassociated virus) ,... tả hình thái nhiều loại virus khác Đến năm 50 dựa đặc điểm người ta phân biệt ba nhóm virus quan trọng động vật Myxovirus, Herpesvirus Poxvirus Vào năm 60, kiến thức liệu virus phong phú, đòi hỏi... Baltimore Năm 1 971 , David Baltimore đưa hệ thống phân loại virus dựa mối quan hệ genom virus mARN Theo tất virus chia làm nhóm hay lớp, chúng virus động vật, thực vật hay vi sinh vật Lớp I: Virus có