Chuyen de VIRUT mon sinh

HỘI THẢO KHOA HỌC LẦN THỨ VIII CHUYÊN ĐỀ: VIRUT VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỄN PHẦN I: MỞ ĐẦU I Lý chọn đề tài Khoa học phát triển, vi sinh vật ngày ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực Đặc biệt ứng dụng virut thực tiễn có vai trị quan trọng đời sống người mảng kiến thức khó Hiện có nhiều tài liệu viết chuyên đề Tuy nhiên tài liệu viết rời rạc, tách bạch nhằm đưa kiến thức cách tổng quát trọng vào phần mảng kiến thức lớn Nhằm giúp em học sinh có kiến thức chuyên sâu phần này, qua em có tảng tốt để theo học đội tuyển HSG, biên soạn chuyên đề theo cấu trúc cách chi tiết, tổng hợp chuyên sâu, số dạng câu hỏi mà em gặp phải làm đề thi HSG cấp II Mục đích chuyên đề - Hệ thống chuyên sâu kiến thức virut ứng dụng thực tiễn - Giới thiệu số câu hỏi để ôn tập, củng cố khắc sâu kiến thức III Đối tượng, phạm vi áp dụng Học sinh lớp 10, đội tuyển ôn thi học sinh giỏi môn sinh cấp tỉnh đội tuyển 11, 12 ôn thi học sinh giỏi quốc gia PHẦN II: NỘI DUNG A TÓM LƯỢC LÝ THUYẾT CƠ BẢN I VIRUT Cấu trúc phân loại virut - Virut dạng sống đặc biệt đặc trưng đặc điểm sau: + Có kích thước vơ nhỏ bé + Có cấu tạo đơn giản, gồm lõi axit nucleic vỏ protein, chưa có cấu tạo tế bào + Có đời sống kí sinh nội bào bắt buộc - Về cấu tạo, hạt virut gồm thành phần chủ yếu sau: + Lõi axit nucleic: cấu tạo từ loại axit nucleic (ADN ARN), tồn dạng sợi đơn sợi kép, mạch vịng mạch thẳng Lõi axit nucleic hệ gen virut, mang thông tin quy định đặc tính virut + Vỏ capsit: phần vỏ bao bọc lấy lõi axit nucleic virut Được cấu tạo từ đơn vị hình thái capsome Tùy vào cách xếp capsome mà hình thành nên loại tcó hình thái khác Vỏ capsit có chức bảo vệ lõi axit nucleic Lõi axit nucleic bọc vỏ capsit tạo thành cấu trúc gọi nucleocapsit Ở số virut, nucleocapsit chứa số enzym đặc trưng + Vỏ ngoài: Ở số loại virut, nucleocapsit bọc thêm lớp vỏ Về chất, lớp vỏ màng sinh chất tế bào chủ gắn thêm glicoprotein virut Các gai glicoprotein có chức thụ thể đặc hiệu giúp virut hấp thụ lên bề mặt tế bào chủ - Phân loại virut: Có nhiều cách phân loại virut + Dựa vào lớp vỏ ngoài, người ta chia ra: Virut trần (khơng có vỏ ngồi) virut có vỏ ngồi + Dựa vào cấu trúc lớp vỏ capsit, người ta chia ra: * Virut có cấu trúc xoắn: Các capsome xếp xoắn ốc, tạo thành vỏ hình trụ bao quanh lõi axit nucleic, tạo cho virut có dạng hình que Ví dụ: Virut khảm thuốc (TMV) * Virut có cấu trúc khối: Các capsome xếp thành tam giác đều, vỏ capsit bao gồm 20 tam giác ghép lại với thành khối đa diện, có nhiều trục đối xứng Ví dụ virut Adeno * Virut có cấu trúc hỗn hợp: Dạng có phần đầu cấu trúc dạng khối, phần cấu trúc dạng xoắn Ví dụ phagơ T4 + Dựa vào lõi axit nucleic, virut chia thành nhóm: * Virut ADN: lõi axit nucleic ADN * Virut ARN: lõi axit nucleic ARN + Dựa vào vật chủ người ta chia ra: * Virut động vật: virut kí sinh động vật * Virut thực vật: virut kí sinh thực vật * Phagơ: virut kí sinh vi sinh vật Chu trình nhân lên virut Virut dạng sống đặc biệt, ngồi tế bào chủ, virut khơng thể đặc tính sống tế bào chủ, chúng có khả sử dụng máy sinh tổng hợp nguyên liệu tế bào để nhân lên, tạo nhiều virut có đặc điểm giống virut ban dầu Sự tạo virut hoàn toàn dựa vào tế bào chủ, lấy thông tin từ hệ gen virut, vậy, q trình khơng coi trình sinh sản, gọi trình nhân lên virut Chu trình nhân lên củủ̉a virut trải qua bước: - Hấp phụ: Virut bám lên bề mặt tế bào chủ nhờ liên kết đặc hiệu thụ thể virut với thụ thể màng tế bào chủ Tùy vào loại virut mà thụ thể nằm vị trí khác Ở virut trần, thụ thể nằm vỏ capsit, virut có vỏ ngồi có thụ thể nằm vỏ ngồi, cịn phagơ sử dụng thụ thể gai đuôi - Xâm nhập: Bằng cách hay cách khác, virut đưa vật chất di truyền vào tế bào chủ + Virut trần xâm nhập vào tế bào theo chế thực bào, sau vào tế bào tế bào chủ, lớp vỏ capsit bị phân giải, để lộ lõi axit nucleic + Virut có vỏ ngồi dung hợp vỏ ngồi với màng tế bào, đẩy nucleocapsit vào tế bào chất, sau vỏ capsit bị phân giải để lộ axit nucleic + Phagơ T chẵn sử dụng trụ đuôi enzym chọc thủng màng tế bào chủ đẩy lõi axit nucleic vào tế bảo chất tế bào chủ - Sinh tổng hợp: Axit nucleic virut điều khiển máy sinh tổng hợp tế bào chủ tổng hợp thành phần cấu trúc virut - Lắp ráp: thành phần virut lắp ráp với để hình thành virut - Phóng thích: virut giải phóng khỏi tế bào chủ Các bước chính của chu trình nhân lên của virut (Nguôồ̀n Campbell, Reece) Chu trình tan chu trình tiềm tan Ở nhiều loài virut sau xâm nhập tế bào chủ, chúng nhân lên thành nhiều hạt virut phá vỡ tế bào ngồi Chu trình gọi chu trình tan Virut có chu trình nhân lên kiểu gọi virut độc Ở số loại virut khác, sau xâm nhiễm vào tế bào chủ, chúng cài hệ gen vào hệ gen tế bào chủ, tồn với tế bào chủ qua hệ Tuy nhiên, có tín hiệu từ bên ngoài, hệ gen virut cài vào NST tế bào chủ bắt đầu hoạt động trở lại, điều khiển trình tổng hợp thành phần virut sau thành phần tự lắp ráp với tạo thành virut mới, virut phá vỡ tế bào chui Chu trình gọi chu trình tiềm tan Virut có khả sử dụng hai loại hình thức nhân lên gọi virut ơn hịa Chu trình nhân lên số loại virut đặc biệt * Chu trình nhân lên của virut ARN Chu trình nhân lên virut ARN có đặc điểm: - Do tế bào chủ khơng có ARN polymeraza phụ thuộc ARN nên enzym bắt buộc phải mã hóa genome virut thường có mặt hạt virut trưởng thành - Gen mã hoá cho ARN polymeraza thường gen lớn genome độc lập hoàn toàn với nhân tế bào chủ chép phiên mã Do vậy, nhiều virut tiến hành nhân lên hoàn toàn tế bào chất - Các enzym ARN polymeraza phụ thuộc ARN hoạt động khơng xác polymeraza phụ thuộc ADN khơng có khả đọc sửa (proofreading), nên có tần số dột biến cao, khoảng 10 -3 - 10-4 base, qua chu kỳ chép xuất đột biến, gấp - lần so với virut ADN Điều dẫn đến hệ quả: + Tần số đột biến virut cao nên virut có chu kỳ nhân nhanh biến đổi kháng nguyên cũng diễn nhanh, tính độc cũng phát triển nhanh Đồng thời, virut ARN thích nghi nhanh với thay đổi điều kiện môi trường tế bào chủ + Một số virut ARN đột biến nhanh chúng tạo thành tồn quần thể chứa genome khác vật chủ Việc xác định chúng mức độ phân tử dựa vào trình tự chiếm đa số trung bình - Chu trình nhân lên củủ̉a virut ARN kép: + Nhóm bao gồm virut Reo Rota + Tất virut ARN kép có genome nhiều đoạn + Mỗi đoạn phiên mã cho mARN đề tổng hợp protein riêng + Hạt virut chứa ARN polymeraza phụ thuộc ARN + ARN kép sau xâm nhập vào tế bào chủ phiên mã tạo mARN Một số mARN làm khuôn dịch mã, sốố́ khác tông hợp nên ARN mạch kép, genome của virut Chu trình đơn giản hoá quá trình nhân lên của virut ARN kép (RdRp: Enzym ARN polymeraza phụ thuộc ARN) Chu trình nhân lên của virut ARN sợi đơn (+) - Chu trình nhân lên của virut ARN mạch đơn (+): Ví dụ virut gây bệnh bại liệt + Trình tự ARN genome giống với trình tự mARN nên gọi sợi (+) + Sự tạo thành genome xảy khuôn ARN dạng chép (RF) Dạng tạo thành bàng cách tổng hợp ARN (-) bổ sung trẽn khuôn ARN (+) mẹ + Genome ARN (+) tổng hợp khuôn ARN (-) dạng chép RF - Chu trình nhân lên củủ̉a virut ARN mạch đơn (-): Ví dụ virut cúm + Trình tự ARN genome bổ sung với trình tự mARN nên gọi sợi (-) + Virut ARN (-) mang theo ARN polymeraza phụ thuộc ARN tế bào khơng có enzym + mARN tổng hợp nhân tế bào từ genome ARN (-) mẹ nhờ enzym ARN polymeraza phụ thuộc ARN có hạt virut + Virut cúm chứa genome nhiều đoạn mARN tạo thành dùng để tồng hợp loại protein Chu trình nhân lên của virut ARN sợi đơn (-) - Virut Retro chứa genome ARN đơn, (+) + Genome phân tử ARN đơn, (+), gắn với phía đầu (dạng dime) Chứa gen gap (mã cho protein lõi), gen pol mã cho polymeraza phiên mã ngược (RT) gen env mã cho protein vỏ ngồi Ngồi cịn có số gen điều hịa Phiên mã gồm giai đoạn: + Giai đoạn đầu: Phiên mã nhờ enzym phiên mã ngược để tạo chuỗi lai ARN/ADN Chuyển chuỗi lai ARN/ADN thành chuỗi ADN kép Enzym RT có hoạt tính ribonucleaza H phân giải mạch ARN Cịn mạch cADN dùng làm khuôn tổng hợp mạch ADN bổ sung Cài xen phân tử ADN kép tổng hợp vào nhiễm sắc thể tế bào tạo provirut + Giai đoạn hai: ARN virut phiên mã nhờ enzym tế bào Bản ARN có chức năng: vừa mARN để tổng hợp protein virut, vừa genome virut Chu trình nhân lên của virut Retro Chu trình nhân lên của HIV, một loại Retro virut (Nguôn: Campbell, Reece) * Chu trình nhân lên của virut ADN sợi đơn - Chỉ có họ Parvoviridae - Các virut chứa ADN đơn thường có genome nhỏ - Tiến hành chép nhân nhờ ADN polymeraza tế bào đê tạo ADN dạng RF - RF vừa dùng làm khuôn tổng hợp ADN đơn genome vừa dùng để phiên mã tạo mARN sau dịch mã tổng hợp protein - Một số virut có khiếm khuyết nên muốn nhân lên cần hỗ trợ virut khác Virut có genome ADN kép dặc biệt - Virut viêm gan B (HBV) có chu trình nhân lên đặc biệt phức tạp Genome gồm mạch không Mạch (-) dài, mạch (+) ngắn Chứa enzym ADN polymeraza Sau nhiễm, ADN giải phóng vào nhân - Phiên mã xảy nhân nhờ ARN polymeraza tế bào để tạo nhiều loại mARN có ARN kích thước lớn coi tiền genome dạng trung gian để tạo genome - Các ARN tế bào chất để tổng hợp protein virut protein lõi polymeraza Enzym có hoạt tính (ADN polymeraza, enzym phiên mã ngược ribonucleaza) - Tiếp ARN tiền genome liên kết với ADN polymeraza protein lõi dể tạo hạt lõi (virut chưa hoàn chỉnh) Enzym phiên mã ngược tiến hành chuyển ARN tiền genome thành mạch ADN (-), sau hầu hết ARN tiền genome bị phân huỷ nhờ ribonucleaza Chỉ đoạn ARN giữ lại dùng làm mồi cho ADN polymeraza tổng hợp mạch ADN (+) từ khuôn ADN (-) để tạo chuỗi ADN kép - Tiếp hồn thiện nucleocapsid II ỨNG DỤNG CỦA VIRUT TRONG THỰC TIỄN 2.1 Sử dụng virut kĩ thuật di truyền Virut có cấu tạo vơ đơn giản, điển hình cho sống mức độ tế bào Bởi mà trở thành đối tượng lí tưởng sinh học phân tử di truyền học đại Sử dụng virut kĩ thuật di truyền để chuyển gen cần thiết từ tế bào sang tế bào khác tạo nên sản phẩm mong muốn, có nhiều ưu việt - tạo sản lượng cao, giá thành thấp Ví dụ: * Sản xuất insulin - Insulin chuyển hoá glucozơ thành glicogen Bình thường insulin tiết từ tuyến tuỵ người động vật, 100 kg tuyến tuỵ chiết xuất - gam insulin Số lượng bệnh nhân tiểu đường cần insulin để điều trị ngày lớn nên không đáp ứng nhu cầu chữa bệnh Từ insulin tổng hợp nhân tạo nhờ kĩ thuật di truyền cách cấy gen tạo insulin vào vi khuẩn E.coli, việc chữa bệnh bước cải thiện * Vacxin viêm gan B tách chiết từ huyết tương - gồm kháng nguyên bề mặt khơng có khả gây bệnh Tuy nhiên, nguồn huyết tương hạn chế huyết tương thu phải xử lí để đảm bảo tính an tồn chứa nhiều tác nhân sống ngoại lai Nhờ kĩ thuật di truyền sản xuất vacxin với sản lượng cao đồng thời khắc phục hạn chế * Inteferon: Phần 10 2.4 Mối liên hệ virut inteferon (IFN) * Inteferon gì? Inteferon loại protein đặc biệt nhiều loại tế bào thể tiết để chống lại virut, tế bào ung thư tăng cường khả miễn dịch * Tính chất của inteferon: - Bản chất protein (protein protein kết hợp gluxit), trọng lượng phân tử lớn (2,5.104 - 106 dalton) - Bền với nhiều loại enzim (trừ proteaza), chịu pH thấp, nhiệt độ cao (ở 56oC vẫn giữ hoạt tính) - Khơng có sẵn tế bào mà sinh tế bào có xâm nhập virut, axit nucleic lạ độc tố vi sinh vật khác - Khơng đặc hiệu với virut, nghĩa kìm hãm nhân lên virut - Đặc hiệu loài thuộc tế bào vật chủ, nghĩa inteferon sinh tế bào thuộc lồi có tác dụng tế bào thuộc lồi - Là nhân tố miễn dịch tế bào - Không phải kháng thể chúng khác kháng thể cấu tạo, khối lượng phân tử, chế tác động inteferon sinh vô hại tế bào chủ * Cách sản xuất: a Phương pháp cổ điển: Lấy tế bào bạch cầu máu cho nhiễm virut để sinh inteferon, tách inteferon khỏi tế bào Phương pháp thu 100 - 1000 phân tử inteferon tế bào b Dùng kĩ thuật di truyền: Chuyển gen tổng hợp insulin vào tế bào nấm men E.coli thu 200000 phân tử tế bào Ngày nay, inteferron người IFN-α sản xuất nhờ vi khuẩn E.coli biến nạp sau: Chọn dòng tế bào người làm nguồn mARN-IFN-α; mARN phiên mã ngược sang ADN bổ trợ nhờ enzim phiên mã ngược reverse transcriptaza Phân tử ADN bổ trợ đưa vào plasmid vi khuẩn, nhờ biến nạp để chuyển vào E.coli nguồn tạo IFN-α 17 Sơ đồ công nghệ sản xuất inteferon từ E.coli: Tách chiết E.coli nghiền học Kết lắng poliethylenimine Kết lắng với sulfatammon Thẩm tích (tách thành phần chất lỏng) Sắc kí nhờ chất hấp phụ miễn dịch (các kháng nguyên đơn dịng) Sắc kí nhờ thay đổi cation * Cơ chế tác động của inteferon: Inteferon sinh nhiễm virut chất khác (ADN vi khuẩn, Ricketsia, loại polisacarit) Điều chứng tỏ thông tin di truyền xác định cấu trúc inteferon khơng nằm hệ gen virut mà có sẵn hệ gen tế bào chủ, chúng bị chất ức chế Dưới ảnh hưởng axit nucleic virut (ADN ARN), gen cấu trúc giải ức chế, sinh mARN, dịch mã để hình thành inteferon Cơ chế tác động inteferon cịn chưa hồn tồn sáng tỏ Người ta cho inteferon cảm ứng tổng hợp protein ức chế, protein ngăn cản trình giải mã riboxom Cũng có giả thiết cho inteferon phá huỷ q trình photphorin hố, giảm lượng ATP cần thiết cho trình nhân nhanh thành phần virut Tuy nhiên có điều chắn inteferon ức chế virut không tổng hợp vật chất di truyền, khơng tổng hợp protein, virut xâm nhập vào tế bào không nhân lên chúng biến thành provirut nằm hệ gen tế bào chủ B CÂU HỎI Virut gì Được tìm thấy ở đâu tự nhiên? Hướng dẫn trả lời: 18 * Virut thực thể có cấu tạo đơn giản, gồm lõi loại axit nucleic (ADN ARN) bao bọc vỏ protein gọi capsit Virut có kích thước siêu nhỏ chưa có cấu tạo tế bào, nên chúng kí sinh nội bào bắt buộc * Virut kí sinh nội bào bắt buộc Nó tác nhân lây nhiễm thể sống: Động vật không xương sống, động vật có xương sống, người, thực vật vi sinh vật Đặc điểm quan trọng virut gì? Hướng dẫn trả lời: * Đặc điểm quan trọng nhất: - Chưa có cấu tạo tế bào Cấu tạo đơn giản gồm lõi loại axit nucleic (ADN ARN) bao bọc vỏ protein gọi capsit - Virut khơng có khả sinh sản độc lập mà phải dựa vào tế bào, nên chúng kí sinh nội bào bắt buộc Tại lại cần nghiên cứu virut? Hướng dẫn trả lời: - Virut tác nhân gây bệnh: + Virut tác nhân gây bệnh truyền nhiễm phổ biến tất đối tượng sinh vật gây hại cho sức khỏe tính mạng người, gây thiệt hại nghiêm trọng sản xuất nông nghiệp công nghệ vi sinh + Virut tác nhân gây ung thư - Virut có nhiều ứng dụng thực tiễn quan trọng: + Phage dùng định typ vi khuẩn + Nguồn cung cấp enzim + Thuốc trừ sâu virut + Tác nhân diệt khuẩn + Tác nhân diệt tế bào ung thư + Vectơ chuyển gen + Véctơ liệu pháp gen + Đối tượng nghiên cứu khoa học bản: Sinh học phân tử, tế bào học, ung thư học, di truyền học, Phân biệt thuật ngữ: virion, capsit, nucleocapsit, vỏ ngoài? Hướng dẫn trả lời: + Virion virut hoàn chỉnh nằm tế bào + Capsit vỏ protein bao bọc axit nucleic lõi + Nucleocapsit phức hợp gồm genom virut capsit + Vỏ vỏ bao quanh capsit, có nguồn gốc từ màng sinh chất, màng nhân, từ nội màng, Hãy phân biệt viroit plasmit? Hướng dẫn trả lời: Virion tác nhân lây nhiễm thực vật, cấu tạo gồm ARN (+), khép vòng Plasmit phân tử ADN kép, khép vịng, khơng có khả lây nhiễm Thế́ vệt tan? Hướng dẫn trả lời: Vệt tan (alaque) vịng vơ kh̉n phago làm tan tế bào Vì virut có thể xâm nhập vào số loại tế bào định? Hướng dẫn trả lời: Virut xâm nhập vào tế bào protein bề mặt gắn đặc hiệu với thụ thể bề 19 mặt tế bào theo quy tắc “khóa - chìa” Nếu bạn bác sĩ, bạn có kê đơn dùng kháng sinh để chữa bệnh cho vi rút hay không? Hướng dẫn trả lời: Trong y học khơng có kháng sinh diệt virut, uống kháng sinh tốn tiền mà không khỏi bệnh, trường hợp thông qua xét nghiệm phi lâm sàng thấy bệnh nhân bị nhiễm kh̉n lúc dùng kháng sinh để tiêu diệt vi khuẩn Enzim phiên mã ngược thực chất enzim gì? Hướng dẫn trả lời: Enzim phiên mã ngược có virut HIV HBV ADN polimeraza phụ thuộc ARN 10 Bằng cách virut có thể nhận dạng tế bào chủ thích hợp gây nhiễm? Điều dẫn đến hậu quả gì? Hướng dẫn trả lời: - Virut xâm nhập vào tế bào chủ protein bề mặt chúng liên kết theo ngun tắc “khóa - chìa” với thụ thể bề mặt tế bào Điều dẫn đến giới hạn phạm vi gây nhiễm Có virut gây bệnh cho loài (bệnh toi gà) cũng có virut gây bệnh cho nhiều lồi (cúm) 11 Thế chu trình tan? Đương biểu diễn sự nhân lên theo chu trình tan có giống với đương cong sinh trưởng vi khuẩn không? Hướng dẫn trả lời: Chu trình nhân lên virut kết thúc giết chết (làm tan) tế bào gọi chu trình tan Virut giải phóng lại xâm nhiễm vào tế bào mới, nên nhân lên virut quần thể tế bào biểu diễn đường cong hình bậc cầu thang Đường ngang bậc thang thể virut tế bào, đường thẳng đứng thể virut giải phóng khỏi tế bào Trong đường cong sinh trưởng vi khuẩn gồm pha: Tiềm phát, lũy thừa, cân suy vong 12 Thế chu trình tiềm tan? Khi từ trạng thái tiềm tan chuyển sang trạng thái tan? Virut gây tiềm tan gọi virut gì? Nêu sự khác prophago phago lamda provirut HIV? Hướng dẫn trả lời: - Chu trình lây nhiễm khơng tạo virut mới, hay không giết chết tế bào mà gắn vào NST tế bào gọi chu trình tiềm tan, ADN virut trạng thái tiềm tan gọi provirut, phago gọi prophago - Dưới tác động yếu tố ngoại cảnh (hóa chất, chiếu xạ) prophago tách khỏi NST tế bào chủ tiến hành chu trình tan Virut tiến hành hai chu trình tan tiềm tan gọi virut ơn hịa, ví dụ: phago lamda + Prophago lamda phải tách khỏi NST tế bào tiến hành nhân lên + Provirut HIV không tách khỏi NST tế bào vẫn tiến hành nhân lên 13 Phago xâm nhập vào tế bào vi khuẩn thế nào? Virut động vật xâm nhập vào tế bào thế nào? Hướng dẫn trả lời: – Hầu hết phago gắn vào thụ thề bề mặt tế bào vi kh̉n, sau tìm cách bơm genom vào tế bào để lại capsit bên - Virut động vật vào tế bào theo cách: dung hợp nhập bào - Một số virut tiến hành dung hợp với màng sinh chất để đẩy genom vào tế bào - Đa số trường hợp virut có khơng có vỏ ngồi vào tế bào theo lối 20 nhập bào Chúng đẩy vào tế bào, capsit bị enzim loại bỏ để giải phóng axit nucleic vào tế bào 14 Hãy so sánh sự chép genom virut ADN virut ARN? Tại virut cúm lại tiến hành chép nhân tế bào? Phải chúng tìm kiếm ARN polimeraza phụ thuộc ARN tế bào Hướng dẫn trả lời: - Tất virut ADN tiến hành chép nhân tế bào (trừ virut gây bệnh đậu mùa) sử dụng ADN- polimeraza tế bào, nhân có enzim - Tất virut ARN tiến hành chép tế bào chất (trừ virut cúm) sử dụng ARN- polimeraza chúng mã hóa - Virut cúm vào nhân khơng phải để tìm kiếm enzim , tế bào khơng có enzim Chúng vào nhân cắt đoạn mARN (đều có mũ) tế bào dùng làm mồi phục vụ cho phiên mã chép genom 15 Vật chất di truyền virut nhân lên sử dụng để tạo virut thế tế bào chủ? Hướng dẫn trả lời: Nếu virut ADN: ADN virut mARN (sớm) ADN polimeraza ADN virut mARN (muộn) Virut Nếu virut ARN: loại * Khơng có trình phiên mã ngược: Protein (capsit) ARN bổ sung ARN virut Protein (capsit) Virut ARN virut (vai trò mARN) *Có q trình phiên mã ngược: mARN Protein (capsit) phiên mã ngược ARN virut ADN enzim trancriptaza ARN Virut 16 Tại việc tìm kiếm thuốc chống virut khó khăn nhiều so với việc 21 tìm kiếm thuốc chống vi khuẩn? Hướng dẫn trả lời: – Quá trình sinh sản virut khác hẳn với tế bào người Chúng không dùng vật liệu người - Đích tác dụng thuốc chống vi khuẩn thường peptido glican, riboxom 70s, ARN – polimeraza vi kh̉n hồn tồn khơng có tế bào người - Sự nhân lên virut ngược lại, sử dụng chung vật liệu tế bào người, enzim, axit nucleic, riboxom nên số chất chống virut thường độc chúng chống ln tế bào người, khơng làm thuốc 17 Virut cúm nhân lên thế nào? Virut cúm tái tổ hợp hình thành thế nào? Hướng dẫn trả lời: - Virut cúm có genom phân đoạn, gồm đoạn ARN đơn, âm, chúng vào tế bào nhờ nhập bào Nucleocapsit vào nhân Khi cởi vỏ làm hoạt hóa ARN – polimeraza ARN chép nhân nhờ lấy đoạn mARN vật chủ làm mồi, tổng hợp protein tế bào chất, lắp ráp nhân, tế bào chất màng để nảy chồi - Virut cúm có đoạn gen, có đoạn mã hóa cho gai H(hemoglutinin) đoạn mã hóa cho gai N (neuraminidase) Virut cúm có loại gai N (N1-N9) 16 loại gai H (H1-H6) Mỗi chủng mang gai N gai H khác Nếu chủng virut xâm nhiễm vào tế bào, nhân lên chúng hốn vị đoạn gen mã hóa gai cho tạo virut tái tổ hợp, thường gây đại dịch 18 Khi prophago tách khỏi NST có thể mang theo đoạn gen liền kề, đoạn có thể phago đưa vào tế bào mớ́i nó xâm nhiễm, khiến cho tế bào nhận tính trạng tế bào trước Hiện tượng gọi gì? Hướng dẫn trả lời: - Hiện tượng vật chất di truyên từ tế bào sang tế bào khác nhờ phago gọi tải nạp 19 a) Nếu muốn sản xuất lượng lớn prôtêin kĩ thuật di truyền thì ta phải làm thế nào? (mô tả cách chọn loại tế bào nhận, chọn loại thể truyền cách tiến hành), b) Virut thương dùng làm thể truyền nghiên cứu liệu pháp gen ở (thay thế gen bệnh gen lành) Hãy cho biết ưu điểm nhược điểm virut biện pháp Giải thích? Hướng dẫn trả lời: a) Muốn sản xuất lượng lớn prôtêin người kĩ thuật di truyền người ta làm sau: Trước hết cần chọn tế bào nhận có khả sinh sản nhanh (có thể vi khuẩn nấm men) Chọn plasmit thích hợp làm thể truyền có khả tạo nhiều tế bào (plasmit đa phiên bản), có gen kháng thuốc kháng sinh khác nhau, có kích thước thích hợp, có điểm cắt enzim giới hạn nằm trong gen kháng sinh 22 Cách tiến hành sau: - Tách chiết mARN gen người dùng enzim chép ngược sản xuất ADN tổng hợp gen nhân tạo dựa trình tự axit amin biết chuỗi polipeptit - Tạo ADN tái tổ hợp (xử lí plazmit ADN người enzim cắt giới hạn sau dùng enzim nối ligaza) - Chuyển ADN tái tổ hợp vào vi khuẩn - Chọn lọc dịng tế bào có ADN tái tổ hợp dựa khả kháng loại kháng sinh - Nhân ni tế bào có ADN tái tổ hợp để tạo lượng sinh khối lớn để tách chiết prôtein người b) - Ưu điểm: Dùng virút người để chuyển gen liệu pháp gen có lợi virut thích nghi với mơ định người chúng dễ dàng chuyển gen vào nhiễm sắc thể người tự nhiên chúng vẫn thường làm - Nhược điểm: virut chuyển gen lành vào tế bào người để thay gen bệnh chúng gắn gen lành không vào vị trí xác định ta mong muốn mà nhiều chúng gắn vào vị trí khác gây nên đột biến gen nhiều gen khác 20 a) Nhiều tiếp xúc với loại virut gây bệnh, nhiên có mắc bệnh có không mắc bệnh Giả sử không mắc bệnh có gen kháng virut Hãy cho biết gen kháng virut ở không mắc bệnh qui định loại prôtêin nào? Giải thích b) Một số loại virut gây bệnh ở ngươi, ta tạo vắcxin phòng chống Hãy cho biết đó loại virut có vật chất di truyền ADN hay ARN? Giải thích? Hướng dẫn trả lời: a) - Gen kháng virut người không mắc bệnh qui định loại prôtêin thụ thể bề mặt tế bào, prôtêin làm cho virut thâm nhập vào bên tế bào Vì khơng có thụ thể tương thích nên virut không bám vào bề mặt tề bào, chúng khơng thể nhân lên thể - Có thể gen kháng virut gen qui định số kháng thể b) Virut có vật chất di truyền ARN - Giải thích: Virut có vật chất di truyền ARN dễ phát sinh đột biến virut có vật chất di truyền ADN ADN có cấu trúc bền vững ARN Vì virut ARN nhanh chóng thay đổi đặc tính kháng nguyên làm cho hệ miễn dịch người khơng đối phó kịp nên người ta khơng thể tạo vacxin phòng chống chúng 23 21 Trong nằm gần phương tiện thông tin đại chúng thông báo nhiều bệnh lạ ở động vật, gây nên bởi loại virut Hãy giải thích nguyên nhân dẫn đến sự xuất bệnh virut lạ Hướng dẫn trả lời: - Do virut có sẵn bị đột biến thành virut gây bệnh Nhiều loại virut dễ bị đột biến tạo nên nhiều loại virut khác - Do chuyển đổi virut từ vật chủ sang vật chủ khác 22 Giải thích virut cúm lại có tốc độ biến đổi cao Nếu dùng vacxin cúm năm trước để tiêm phòng chống dịch cúm năm sau có khơng? Giải thích Hướng dẫn trả lời: Vật chất di truyền virut cúm ARN vật chất di truyền nhân nhờ ARN polimeraza phụ thuộc ARN (dùng ARN làm khn để tổng họp nên ADN- cịn gọi chép ngược) Enzim chép ngược khơng có khả tự sửa chữa nên vật chất di truyền virut dễ bị dột biến Cần phải xác định xem vụ dịch cúm năm sau chủng virut gây Nếu chủng virut vẫn trùng hợp với chủng năm trước khơng cần đổi vacxin Nếu xuất chủng đột biến phải dùng vacxin VD: Năm trước virut H5N1 năm sau H1N1 đương nhiên năm sau phải dùng vacxin để chống virut H1N1 23 Virut có thể dùng làm thuốc trừ sâu? Virut kí sinh nội bào bắt buộc trương hợp chúng vẫn tồn tế bào thơi gian dài? Hướng dẫn trả lời: Virut baculo, có virut nhân đa diện NPV (nucleopolyhedrovirut) virut kí sinh giết chết trùng Người ta nhiễm virut vào sâu nuôi nhân tạo chúng nhân lên, sau nghiền, lọc bỏ bã, thu dịch chứa virut để làm thuốc trừ sâu virut Sỡ dĩ thuốc trì hoạt tính thời gian dài virut hình thành thể bọc có chất protein Mỗi thể bọc chứa nhiều virion nên bảo vệ mơi trường tự nhiên ngồi tế bào Khi sâu ăn thức ăn chứa thể bọc, ruột nơi có pH kiềm, thể bọc bị phân rã, giải phóng virion Virion xâm nhập nhân lên tế bào thành ruột sau lan đến nhiều mô quan khác 24 Interferon gì? Nêu tính chất đặc tính sinh học interferon sự hình thành interferon? Hướng dẫn trả lời: - Interferon hợp chất prôtêin chống virut sinh từ TB nhân thực đáp lại nhiễm virut hợp chất khác - Tính chất chung interferon: 24 + Là prôtêin dẫn xuất prôtêin + Bền vững trước nhiều loại enzim, bị phân giải enzim prôtêaza bị phá huỷ nhiệt độ, bền trước axit - Đặc tính sinh học: + Khơng có tác dụng đặc hiệu virut + Có tính đặc hiệu lồi - Sự hình thành: Interferon sinh nhiễm VR số chất khác ADN VK loại polisaccarit Thông tin di truyền xác định cấu trúc interferon bình thường khơng mã chịu tác động chất ức chế Dưới ảnh hưởng ADN ARN VR, gen cấu trúc giải ức chế, mã thành ARN giải mã thành interpheron 25 Một thí nghiệm cho thấy nhiễm virut cúm vào phôi gà phát triển mà trước đó đã nhiễm virut cúm bị làm bất hoạt bởi nhiệt thì virut không nhân lên Cho tượng có liên quan đến protein gọi interferon (IFN) Nêu chế hình thành vai trò interferon thí nghiệm nêu trên? Hãy giải thích kháng thể chống virut mang tính đặc hiệu cao ITF khơng mang đặc tính Hướng dẫn trả lời: - Cơ chế hình thành: + IFN có chất protein + Gen qui định cấu trúc IFN nằm hệ gen tế bào chủ ( tế bào sán sinh IFN tác động số yếu tố khác virut) + Khi bị nhiễm virut (bị bất hoạt) gen IFN hoạt hóa, IFN tổng hợp, kích thích tế bào phôi sản sinh protein kháng virut + Nếu gấy nhiễm virut phơi phơi có protein kháng virut nên virut không nhân lên được, phôi phát triển bình thường - Tác dụng: IFN kích thích tế bào nhiễm virut tế bào lân cận sản sinh protein ức chế nhân lên virut - IFN khơng mang tính đặc hiệu vì: Chúng không tác động trực tiếp lên virut kháng thể mà chúng kích thích tế bào chủ sản sinh chất ức chế nhân lên virut khác 26 a) Tại ở việc tìm thuốc chống virut khó khăn nhiều so với việc tìm thuốc chống vi khuẩn? Hãy cho biết việc tìm thuốc chống loại virut sẽ có triển vọng Giải thích b) Nêu tóm tắt số ứng dụng thực tiễn virut đơi sống Hướng dẫn trả lời: a) - Vi khuẩn sinh vật nhân sơ có nhiều đặc điểm khác biệt với tế bào nhân thực thuốc kháng sinh chống vi khuẩn tập trung vào khác biệt để vẫn tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh mà tránh tác động có hại đến tế bào người Ví 25 dụ, đích tác động kháng sinh ngăn cản tổng hợp thành tế bào, ức chế ribôxôm 70S, ARN polimeraza vi kh̉n vv - Virut khơng có cấu tạo tế bào nên chúng thường phải sử dụng vật liệu tế bào người để nhân lên tế bào người Vì thuốc chống virut cũng độc với tế bào người Tuy số loại virut có hệ gen mARN nên cần phải mang theo enzim riêng vào tế bào người để nhân ARN tạo virut tế bào người khơng có loại enzim Vì vậy, thuốc chống lại virut gây bệnh loại có hiệu đích tác động thuốc loại có tác dụng ức chế enzim đặc hiệu virut ngăn cản tổng hợp vật chất di truyền virut mà không tác động có hại nhiều lên tế bào người b) * Sử dụng enzim phiên mã ngược kĩ thuật di truyền Enzym phiên mã ngược (reverse transcriptase) - Là enzyme tổng hợp DNA sở lấy RNA làm khuôn, RNA–Dependent DNA polymerase - Enzyme retrovirut sinh nhằm chép gen RNA chúng tế bào ký chủ, ví dụ virut avion myoblastosis (AMV) Moloney murineleukemia virut (MMLV) - Enzyme AMV li trích từ virut AMV phân lập, enzyme chép ngược MMLV lại li trích từ tế bào vi kh̉n E.coli có chứa gen nhân dịng - Các virut sử dụng enzyme cđa tạo để tổng hợp lên mạch DNA bổ sung (cDNA –complementary DNA) từ khn RNA cđa virut theo chiều từ 5’-3’, có mặt mồi - Enzyme chép ngược AMP MMLV enzyme đa chức năng, chúng dùng chủ yếu phản ứng trùng phân tạo DNA trực tiếp từ RNA Đặc bit đợc sử dụng ngời ta dùng đọan oligo (dT) hoc hp đoạn DNA đơn ngõu nhiờn hay mt trỡnh t DNA đơn c thự đó, ể làm mồi tng hp cDNA t khn mRNA - Hoạt tính enzyme khả trùng phân tạo ph©n tư DNA trực tiếp từ khn DNA Q trình kết gắn dNTP vào mạch enzyme xúc tác chậm khoảng 5nu/giây, chậm 100 lần tốc độ kết gắn enzyme T7 DNA polymerase, đồng thời enzyme khơng có hoạt tính phân rã 3’-5’ exonuclease 26 Hoạt tính chép ngược từ RNA enzyme reverse transcriptasse Ứng dụng + Tổng hợp cDNA từ mRNA để nhân dòng tạo thư viện cDNA, người ta thường dùng loại mồi oligo (dT) cho mRNA đoạn oligodeoxynucleotide ngẫu nhiên cho RNA virut Trường hợp thứ mồi ngắn ngẫu nhiên vị trí khác RNA kết tạo cDNA khác + Để lấp đầy đầu 3’ đoạn DNA có đầu 5’ nhơ ra, enzyme khơng có hoạt tính 3’ – 5’ exonuclease + Dùng xác định trình tự DNA, enzyme khơng có hoạt tính 3’ – 5’ exonuclease nên tổng hợp qua vùng mà enzyme Klenow fragment không tiến hành vượt qua - Bảng Tóm tắt đặc tính mét sè DNA polymerase 3’-5’ 5’-3’ Tốc độ trùng Enzyme Tính liên tục exonuclease exonuclease phân E.coli DNA polymerase Thấp Có Ngay Thấp Klennow fragment Thấp Không Ngay Thấp Reverse transcriptase Không Không Chậm Ngay T4 DNA polymerase Cao Không Ngay Thấp Native T7 DNA polymerase Cao Không Nhanh Cao Chemically modified T7 DNA polymerase Thấp Không Nhanh Cao Genetically modified T7 DNA polymerase (∆28) Không Khơng Nhanh Cao Taq DNA polymerase Khơng Có Nhanh Cao * Tạo chế phẩm sinh học để diệt trừ sâu hại 27 * Tạo vacxin để phòng trừ bệnh virut gây * Sử dụng làm vectơ chuyển gen (thử nghiệm thay gen bệnh người sử dụng phage làm thể truyền) 28 PHẦN III KẾT LUẬN I Kết luận: Chuyên đề đã đề cập đến: Hệ thống lý thuyết chuyên sâu về: Virut ứng dụng thực tiễn (sử dụng kĩ thuật di truyền, sản xuất vacxin, sản xuất thuốc trừ sâu) Sưu tầm hệ thống câu hỏi nhằm ôn tập, củng cố kiến thức bản; câu hỏi vận dụng mang tính tư cao làm tư liệu ôn thi học sinh giỏi cấp II Đề xuất Do chuyên đề viết khoảng thời gian ngắn nên khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận góp ý đồng nghiệp Để hồn thiện chun đề cần có hệ thống nhiều câu hỏi tập áp dụng hơn, nhiều nội dung kiến thức ứng dụng virut có liên quan mà chuyên đề chưa đề cập tới Hơn nữa, nội dung khó có liên quan đến y học, việc hồn thiện nội dung chun đề lý thuyết cũng hệ thống câu hỏi vận dụng nội dung cần nghiên cứu sâu hơn, mong có chia sẻ thầy giáo, cô giáo, anh chị bạn 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO Campbell and Reece, Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam dịch xuất bản năm 2011 Tài liệu giáo khoa chuyên sinh học trung học phổ thông vi sinh vật học, Phạm Văn Ty, Nguyễn Vĩnh Hà, 2012 Bài tập tài liệu giáo khoa chuyên sinh học trung học phổ thông phần vi sinh vật học, Phạm Văn Ty, 2012 Bồi dưỡng học sinh giỏi sinh học THPT, vi sinh vật học, Phạm Văn Ty, 2012 Bồi dưỡng học sinh giỏi sinh học 10, Phan Khắc Nghệ, Trần Mạnh Hùng, 2013 Các đề thi học sinh giỏi quốc gia năm gần Các website internet viết số ứng dụng virut thực tiễn 30 MỤC LỤC PHẦN I: MỞ ĐẦU I Lý chọn đề tài II Mục đích chuyên đề III Đối tượng, phạm vi áp dụng PHẦN II: NỘI DUNG .3 A TÓM LƯỢC LÝ THUYẾT CƠ BẢN I VIRUT II ỨNG DỤNG CỦA VIRUT TRONG THỰC TIỄN B CÂU HỎI 16 PHẦN III KẾT LUẬN 25 I Kết luận: Chuyên đề đề cập đến: 25 II Đề xuất 25 TÀI LIỆU THAM KHẢO .26 31 ... nucleic ADN * Virut ARN: lõi axit nucleic ARN + Dựa vào vật chủ người ta chia ra: * Virut động vật: virut kí sinh động vật * Virut thực vật: virut kí sinh thực vật * Phagơ: virut kí sinh vi sinh vật... chủ - Sinh tổng hợp: Axit nucleic virut điều khiển máy sinh tổng hợp tế bào chủ tổng hợp thành phần cấu trúc virut - Lắp ráp: thành phần virut lắp ráp với để hình thành virut - Phóng thích: virut. .. chất di truyền virut nhân lên sử dụng để tạo virut thế tế bào chủ? Hướng dẫn trả lời: Nếu virut ADN: ADN virut mARN (sớm) ADN polimeraza ADN virut mARN (muộn) Virut Nếu virut ARN: loại