chuyên đề virut hoc

quá trình nhân lên của virut trong tế bào cảm thụ HIVAIDS bênh cơ hội sự nhân lên của virut trong tế bào chủ sự hấp thụ xâm nhập sinh tổng hợp lắp ráp phóng thích bênh cơ hội giai đoạn phát triển của bệnh biện pháp phòng ngừa

LỜI MỞ ĐẦU

Chuyên đề có thể sử dụng tham khảo để giảng dạy trên lớp, dạy nền cho đội tuyển học sinh giỏi 10 phục vụ một số kỳ thi như: Olimpic Hùng Vương, kỳ thi các trường chuyên duyên hải đồng bằng Bắc bộ…

Chuyên đề chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được sự đóng góp ý kiến bổ sung của các bạn đồng nghiệp để chuyên đề thêm hữu ích

LƯỢC SỬ NGHIÊN CỨU

Từ khoảng 1500 năm trước công nguyên, nhân loại đã từng phải đối mặt với những bệnh truyền nhiễm nguy hiểm do virus gây ra nhưng phải đến cuối thế kỉ thứ XIX, con người mới phát hiện ra và dò dẫm từng bước để tiến đến chế ngự được chúng Năm 1892, nhà thực vật học trẻ tuổi người Nga là D.I Ivanovskii bắt tay vào việc nghiên cứu bệnh khảm ở thuốc lá Ông chứng minh được rằng mầm bệnh này nhỏ hơn

vi khuẩn vì có thể chui qua nến lọc vi khuẩn và gọi đó là “độc tố vi khuẩn” Năm 1898, khi nghiên cứu mầm bệnh của bệnh khảm thuốc lá, nhà sinh vật học người Hà Lan Beijerinck đã phát hiện “một chất dịch có hoạt tính truyền nhiễm” và ông dùng tiếng

La Tinh là “virus” để gọi tên mầm bệnh này Thuật ngữ “virus” ra đời Kể từ đó, con người liên tục có những phát hiện mới về “nhân tố lạ mặt” này Năm 1915, nhà khoa học Anh F.U.Twort và năm 1917 nhà khoa học Pháp F.H.d’Herelle phát hiện ra virus của khuẩn lị F.H.d’Herelle đặt tên cho loại virus này là Bacterio phage (từ gốc La Tinh Bacterio là vi khuẩn, phage là ăn) Và còn rất nhiều những phát hiện quan trọng nữa về virus được tìm ra bởi các nhà sinh vật học sau thế hệ đó

Nhờ các thành tựu mới mẻ trong nghiên cứu kĩ thuật di truyên ở virus mà con người đã tìm ra được nhiều loại vaxin virus thế hệ mới, góp phần quan trọng vào việc đảy lùi nhiều bệnh virus nguy hiểm ở người, cây trồng và vật nuôi

PHẦN MỘT:

HÌNH THÁI VÀ CẤU TẠO CỦA VIRUT

I – Một số khái niệm cơ bản

Virus là một dạng sống đặc biệt, nó không có hoạt tính trao đổi chất do không có ribosome hoạt động hoặc không có bộ máy tổng hợp protein.Cho nên mặc dù một số virus có enzim riêng của mình nhưng nó phải kí sinh bắt buộc và chỉ có thể nhân lên trong tế bào vật chủ (tế bào sống) Khi ở trong tế bào vật chủ, dạng sống này được gọi

là virus nhưng khi ở ngoài tế bào thì kết tinh lại gọi là các hạt virus (virion) và tồn tại lâu dài ở dạng đại phân tử hoá học có hoạt tính truyền nhiễm Nói chung, virus là một dạng trung gian giữa giới hữu sinh và giới vô sinh, nó không sống mà cũng chẳng chết Một số sự khác biệt cơ bản giữa virus và các sinh vật khác là:

+ Không có cấu tạo tế bào, không có hệ thống trao đổi chất và năng lượng, không có ribosome, không có hiện tượng sinh trưởng cá thể cũng như không mẫn cảm với các chất kháng sinh nói chung

+ Có sự giao hỗ giữa trạng thái sinh vật kí sinh trong tế bào sống và trạng thái không phải sinh vật sống khi ở ngoài tế bào

+ Mỗi loại virus chỉ chứa một loại axit nucleic, hoặc là ADN hoặc ARN có thể ở dạng thẳng hoặc khép kín, chuỗi đơn hoặc chuỗi kép Genome phân đoạn hoặc không phân đoạn

Do đó virus và các dạng sống giống như chúng không được xếp vào hệ thống phân loại sinh vật

Virus chỉ có thể kí sinh bắt buộc trong các tế bào sống, dựa vào sự trợ giúp của hệ thống trao đổi chất của vật chủ mà sao chép axit nucleic, tổng hợp các thành phần như protein,…sau đó tiến hành ráp nối để sinh sản

Các sinh vật vô bào ngoài virus ra còn có 3 loại khác bao gồm:

+ Viroit : chỉ chứa thành phần ARN có tính truyền nhiễm đơn độc

+ Virusoit : chỉ chứa thành phần ARN không có tính truyền nhiễm đơn độc

+ Virino (hay prion) : chưa được nghiên cứu đầy đủ nhưng có nhiều ý kiến cho rằng thành phần của virion là protein

Người ta đã phát hiện được 931 loài virus kí sinh trên động vật có xương sống (1981);

600 loài virus kí sinh trên thực vật (1983); 300 loài virus kí sinh trên người (1984); 100 loài virus nấm, trên 2850 loài và chủng thể thực khuẩn (1987); 1671 loài virus kí sinh trên côn trùng (1990)

II - Hình thái của virut

Virus có 3 kiểu cấu trúc:

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

12 góc, 30 cạnh cấu tạo từ 252 capsome

Cấu trúc xoắn Nucleocapsid dạng kéo dài Capsome sắp xếp xung quanh theo

chiều xoắn của axit nucleic Đa số virus có cấu xoắn có vỏ ngoài bao bọc nucleocapsid xoắn

Cấu trúc hỗn hợp Cấu trúc hỗn hợp vừa là dạng khối vừa là dạng xoắn Ví dụ

như phage T2 có đầu dạng khối, đuôi dạng xoắn trông như con nòng nọc

III - Cấu tạo

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

Vỏ protein (hay vỏ 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) Cấu trúc gồm capsid và axit nucleic được gọi là nucleocapsid, đây là kết cấu cơ bản của mọi virus

Một số virus còn có vỏ ngoài bao quanh capsid, có bản chất là lipit hoặc

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 tẽ bào Hạt virus nguyên vẹn còn được gọi là virion

Genome của virus:

- Có thể là ADN hoặc ARN nhưng không bao giờ chứa cả hai

- Có dạng chuỗi đơn hoặc chuỗi kép, dạng thẳng hoặc vòng Virus chứa ADN kép

thường có kích thước lớn, virus chứa ADN đơn thường có kích thước nhỏ

- Genome ARN kép tất cả đều phân đoạn(trong mỗi virus có nhiều đoạn) còn phần lớn

genome ARN đơn không phân đoạn (trừ virus cúm và HIV)

- Genome ARN đơn có trình tự giống mARN thì được quy ước là genome (+), ngược

lại (trình tự không giống mARN ) được gọi là genome (-)

- Genome của một số virus khi sao chép phải thông qua ARN trung

gian(ADN-ARN-ADN)

Đối với axit nucleic của virus có kích thước lớn:

Có trọng lượng phân tử lớn

Mã hoá cho nhiều loại protein

Mã hoá cho nhiều enzyme cần cho sự nhân lên

Đối với axit nucleic của virus có kích thước nhỏ:

Có khối lượng phân tử nhỏ

Khả năng mã hoá tạo protein bị hạn chế

Sự nhân lên của genome phụ thuộc vào một số enzyme của tế bào chủ

Khả năng lây nhiễm:

 Đối với nhiều loại virus, axit nucleic chỉ có khả năng lây nhiễm khi đã được đưa

vào tế bào Khi được giải phóng khỏi vỏ capsid bản thân axit nucleic có thể tự tực

hiện quá trình lây nhiễm tế bào, bắt đầu chu trình gây nhiễm hoàn chỉnh để nhân lên

 Genome của các virus chứa ARN (-) không có khả năng lây nhiễm, muốn nhân lên

chúng phải phiên mã thành ARN(+)

Protein của virus:

Tuỳ thuộc vào thời gian tạo thành mà protein 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 sự sao chép của axit nucleic

- Protein được tổng hợp muộn hơn được gọi là protein muộn, thường là protein cấu

trúc tao capsid, vỏ ngoài và protein lõi

- Protein phân giải (thường là lyzozim) giúp virus giải phóng ra khỏi tế bào

Ba loại protein trên được virus điều hoà tổng hợp một cách hợp lí theo từng giai đoạn

nhờ nhiều cơ chế phức tạp Protein sớm bản chất là enzyme nên chỉ cần một lượng nhỏ

còn protein muộn tham gia cấu trúc nên cần tổng hợp một lượng lớn

IV – Phân loại virut

Hiện nay có rất nhiều cách phân loại virus, mỗi hệ thống phân loại phục vụ cho

một mục đích nghiên cứu riêng Ví dụ theo vật chủ gây bệnh thì người ta chia thành

virus ở thực vật, virus ở vi sinh vật, virus ở người và động vật Một cách phân loại

khác phục vụ nghiên cứu khoa học là hệ thống phân loại dựa trên hệ gen(genome) và cách thức tổng hợp mARN Theo đó virus được chia thành 6 nhóm:

 Virus ADN kép

 Virus ADN đơn

 Virus ARN đơn, sợi dương

 Virus ARN đơn, sợi âm

 Virus ARN kép

 Retrovirus chứa ADN đơn, sợi dương

Theo Uỷ ban quốc tế phân loại virus quy định: họ virus có tiếp vị ngữ là –viridae, họ phụ -virinae, và chi là virus Ví dụ: virus variola (bệnh đậu mùa), virus lassa (bệnh sốt xuất huyết),…

Một cách phân loại khác là:

-Virus kí sinh trên động vật thì gọi là Animal virus

-Virus kí sinh trên nấm gọi là Fungal virus

-Virus kí sinh trên tảo gọi là Algal virus

-Virus kí sinh trên xạ khuẩn gọi là Actino phage

-Virus kí sinh trên vi khuẩn gọi là Bacterio phage

PHẦN HAI:

CHU TRÌNH NHÂN LÊN CỦA VIRUT

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 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 làm chết tế bào gọi là chu trình tiềm tan Sự nhân lên của phage là một ví dụ

tiêu biểu cho sự nhân lên của virus

5 giai đoạn trong quá trình nhân lên của phager

1/ Hấp phụ

Gắn thụ thể của mình lên thụ thể nằm trên thành/màng sinh chất của tế bào Vì

có tính đặc hiệu cao nên mỗi virus chỉ có thể gắn lên một hoặc một số loại tế bào nhất định

- Sự hấp phụ được tăng cường khi có mặt của ion Mg2+ ,Ca2+,Ba2+,…còn ngược lại, ion Al3+,Fe2+,Cr3+,…đều có tác dụng làm bất hoạt

- pH : trong môi trường trung tính, virus dễ hấp phụ lên thành/màng tế bào vật chủ Trong môi trường axit (pH<5) hoặc base (pH>10) thì sự hấp phụ gặp khó khăn

- Nhiệt độ : nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển của vật chủ cũng là yếu tố lí tưởng cho sự hấp phụ

- Số lượng phage : nếu số lượng phage quá lớn cùng hấp phụ vào một tế bào sẽ làm tan thành/màng tế bào vật chủ (vì đầu ống đuôi của mỗi phage đều có một ít lizozim) Lúc này phage không thể xâm nhập và nhân lên trong tế bào (do tb đã bị huỷ),

hiện tượng đó gọi là sự phá vỡ tự hoại

- Các nhân tố khác : Triptophan có thể xúc tiến sự hấp phụ của phage T4, biotin xúc tiến cho sự hấp phụ của thể thực khuẩn trên vi khuẩn sinh axit glutamic

2/ Sự xâm nhập

Thông thường virus xâm nhập vào tế bào theo cơ chế xuất - nhập 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 với mạng lưới nội chất để giải phóng nucleocapsid

- Virus 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

- Enzyme tiêu hoá của tế bào từ lyzosome tiến hành phân giải vỏ protein của virus để giải phóng axit nucleic hoặc genome của tế bào chất

Đối với phage, sau khi hấp phụ, đĩa gốc và sợi đuôi sẽ nhận được một sự kích thích làm các protein đuôi vận động sau đó đuôi phage co lại chỉ còn ½ chiều dài, trong khi đó đầu ống đuôi tiêm lizozim làm tan một phần thành tế bào và vật chất di truyền xâm nhập vào bên trong

3/Sự tổng hợp các chất

Sau khi xâm nhập, ADN hoặc ARN của virus tiến hành phiên mã (transcription) Nếu có hai loại virus khác nhau xâm nhập vào cùng một tế bào thì cuối cùng cũng chỉ

có một virus giành quyền điều khiển tế bào và tiến hành phiên mã Sự sao chép ADN

và phiên mã ra ARN là quá trình quan trọng nhất đối với virus Đặc điểm chung của quá trình phiên mã :

- Tạo thành mARN của virus hoặc phân tử dạng sao chép của genome (RF-plicative form)

- 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 axit 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 ( không mã hoá ) nằm xen giữa các exon( mang mã )

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 axit nucleic

- Về cơ bản mARN 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 đuôi polyA

3.1/ Tổng hợp protein của virus

mARN 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 không cấu trúc là enzyme cần cho sao chép genome Protein không cấu trúc không tìm thấy trong hạt virus, trừ một số trường hợp đặc biệt ví dụ như enzyme phiên

mã ngược có trong virus HIV hoặc virus viêm gan B chứa ADN polymerase, một số virus ARN chứa ARN polymerase

3.2/ Tổng hợp axit nucleic của virus

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

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

tế bào

4/ 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 lá tiền capsid (procapsid) sau đó do chuyển động Brao, axit 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) Ở hầu hết các virus, bước cuối cùng của giai đoạn này là các protein kháng nguyên của virus tập hợp ở màng sinh chất

5/ Giải phóng

- Sau đó các virus đồng loạt thoát ra ngoài theo lối xuất bào đồng thời màng sinh chất bao lấy nucleocapsid tạo vỏ ngoài cho virus Ở một số virus động vật không có vỏ, nucleocapsid thoát ra ngoài mà không làm tổn hại tế bào

- Virus có thể làm tan tế bào(nhờ tổng hợp lizozim) để chui ồ ạt ra ngoài hoặc đối với virus có vỏ ngoài thì chui ra từ từ theo lối nảy chồi

Ứng dụng vào nuôi cấy virus

Virus chỉ có thể sinh sản bên trong tế bào sống nên việc nuôi cấy gặp rất nhiều khó khăn, người ta 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

PHẦN BA:

VIRUT GÂY BỆNH VÀ ỨNG DỤNG CỦA VIRUT

I- Virut gây bệnh

Virus là tác nhân gây nhiều bệnh ở 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, tự bình phục sau một thời gian nhất định Nhưng cũng có những loại tồn tại thầm lặng trong cơ thể, chúng nhân lên nhưng không gây ra bất kì triệu chứng nào Tuy việc nhiễm virus thường ở thể nhẹ nhưng đôi khi có thể geey bệnh nặng đối với những người quá mẫn cảm Một số virus gây bệnh rất nặng và có tỷ lệ tử vong cao

Virus xâm nhiễm vào cơ thể theo 4 con đường :

Hít thở : qua đường hô hấp

Ăn uống : qua đường tiêu hoá

Xâm nhập qua da, vết xước niêm mạc , truyền máu , tiêm chích, phẫu thuật hay

do côn trùng hoặc động vật cắn

Bẩm sinh : qua đường mẹ truyền qua nhau thai sang con

Một câu hỏi đã từng được nhiều người đặt ra trong các forum sinh học là: virus ADN

và ARN, loại nào nguy hiểm hơn?

Nếu lí luận theo vật chất di truyền thì virus ARN nguy hiểm hơn do thứ nhất là genome của virus ARN dễ sinh biến dị hơn (vì ARN kém bền hơn ADN), từ đó tạo ra được nhiều chủng loại đa dạng hơn mà ví dụ điển hình là virus H5N1 cực kì nguy hiểm

đã đột biến từ một virus vô hại là H N gì gì đó Thứ hai là do hoạt tính sinh học của ARN rất cao, thậm chí còn cao hơn cả protein mà nó mã hoá Nhớ lại trong lịch sử phát triển của sự sống thì ARN có trước cả ADN, phân tử ARN đầu tiên có hoạt tính sinh học giống như enzyme (nhưng ngày nay người ta không xếp phân tử đó vào ARN nên chỉ còn 3 loại ARN như chúng ta đã biết) Như vậy trên lí thuyết thì virus ARN nguy hiểm hơn virus ADN nhưng trong thực tế từ xưa đến nay vẫn có những loại virus ADN nguy hiểm cho con người như virus viêm gan B, virus Variola(gây bệnh đậu mùa),…

* 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