Bệnh tích biến đổi phổ biến trên lợn chủ yếu ở phổi, phổi bị mủ hóa và chắc đặc, nhục hoá, thuỳ phổi bị bệnh màu đỏ xám, mặt cắt ngang của thuỳ phổi lồi ra, khô và xuất hiện những nốt loét trên các cơ quan nội tạng (Lê Văn Năm, 2007).
Virus PRRS gây ức chế miễn dịch nên khi lợn nhiễm virus trong tử cung, lợn con sinh ra nếu không chết thì có thể nhiễm virus tiềm tàng với bệnh tích như viêm gian thuỳ phổi, sưng hạch lympho, teo tuyến ức và có những tổn thương do đồng nhiễm vi khuẩn, dấu hiệu đặc trưng là hiện tượng lợn nhiễm virus huyết và kéo dài (Tô Long Thành, 2007).
1.1.5. Tác nhân gây bệnh và con đường truyền lây PRRS
Tác nhân gây bệnh là virus PRRS, chúng được phát hiện từ nhiều loại chất tiết và các chất thải của lợn bệnh bao gồm: máu, tinh dịch, nước bọt, phân, hơi thở, sữa. Sau cảm nhiễm, lợn bệnh có thể chứa virus trong huyết thanh đến 210 ngày, trong tinh dịch 92 ngày, trong dịch mũi 21 ngày và trong dịch hầu họng đến 157 ngày. Trong đó, tinh dịch và dịch mũi là hai nguồn lây nhiễm đáng quan tâm.
thận, não, lách, hạch lympho, tuyến ức, amidan, tuỷ xương, bạch cầu mạch máu ngoại vi, huyết thanh của lợn nhiễm bệnh. Virus huyết có thể phát hiện ngay 1 ngày sau khi tiêm nhiễm, nhưng phổ biến hơn ở 28 ngày (Halbur et al., 1995a).
Virus PRRS chủ yếu truyền lây qua hai đường chính đó là lây truyền trực tiếp và lây truyền gián tiếp:
- Đường truyền lây trực tiếp: Virus gây PRRS trên lợn lây qua đường hô
hấp, gieo tinh, tiêu hoá, chất chứa mầm bệnh. Virus PRRS lây trực tiếp trong và giữa các quần thể lợn qua gieo tinh. Sự truyền lây theo chiều dọc xảy ra trong suốt giai đoạn giữa đến giai đoạn cuối của thời kỳ mang thai. Lây truyền theo chiều ngang qua tiếp xúc trực tiếp giữa lợn nhiễm bệnh và qua tinh dịch từ những lợn đực nhiễm bệnh.
- Đường truyền lây gián tiếp: Virus PRRS chủ yếu qua các dụng cụ, thiết bị chăn
nuôi như: thức ăn, nước uống, ủng, giày dép, quần áo bảo hộ, kim tiêm... và các phương tiện vận chuyển có mang virus PRRS là một đường lây lan cơ học tiềm năng. Virus có thể theo gió đi xa tới 3 km, do vậy virus có khả năng phát tán rất rộng thông qua việc vận chuyển lợn ốm, lợn đã nhiễm PRRS.
1.1.6. Cơ chế bệnh sinh
Sau khi xâm nhập vào cơ thể, virus PRRS nhân lên trong đại thực bào ở tiểu phế nang và trong tế bào nội mô của hệ thống lưới võng nội. Tế bào biểu mô đường hô hấp trên cũng là nơi thích hợp cho sự nhân lên của virus PRRS. Quá trình virus nhân lên và phá hủy đại thực bào gây ra bệnh tích ở thành mạch, làm thủy thũng tế bào nội mô của tĩnh mạch, giảm hàm lượng protein huyết tương đến các mô và tạo các cục huyết khối gây nhiều hậu quả bệnh lý khác nhau. Những biểu hiện khác nhau của bệnh tuỳ thuộc vào khả năng nhân lên hay phá hủy tiểu phế nang, tế bào nội mô và tế bào lympho. Virus PRRS có thể tiêu diệt tới 40% đại thực bào làm phá huỷ phần lớn hệ thống bảo vệ cơ thể và khiến cho các vi khuẩn và virus khác có cơ hội phát triển và gây bệnh. Sau khi xâm nhập vào tế bào đại thực bào chúng nhân lên và phá huỷ rất nhanh tế bào bảo vệ cơ thể. Lúc đầu, virus PRRS có thể kích thích các tế bào này, nhưng sau 3 hoặc 4 ngày virus sẽ giết chết chúng, các virion
được giải phóng ồ ạt rồi xâm nhiễm sang các tế bào khác. Ở giai đoạn đầu của quá trình xâm nhiễm của virus PRRS, dường như hiệu giá kháng thể kháng lại các loại virus và vi khuẩn khác không liên quan trong cơ thể của lợn tăng cao do sự kích hoạt của đại thực bào trong hệ thống miễn dịch. Điều này rất dễ gây ra sự nhầm lẫn trong việc đánh giá mức độ miễn dịch đối với các bệnh truyền nhiễm ở cơ thể lợn.
Tác động phá huỷ đại thực bào phế nang, đặc biệt trên lợn con, làm giảm khả năng đề kháng của vật chủ chống lại xâm nhập đồng nhiễm của các virus, vi khuẩn khác. Hầu hết sự đồng nhiễm được quan sát sau ổ dịch PRRS là bệnh đường hô hấp. Những tế bào bảo vệ đầu tiên như PAM bị phá huỷ thì nó sẽ ảnh hưởng rất lớn đến khả năng của vật chủ chống lại vi khuẩn và virus gây bệnh (Hoàng Văn Năm, 2001). Khi tế bào đại thực bào bị virus phá hủy, đại thực bào không còn các "chân giả", mất khả năng bắt giữ và tiêu diệt tác nhân gây bệnh, các phản ứng miễn dịch không xảy ra được, lợn rơi vào trạng thái suy giảm miễn dịch từ đó dễ dàng mắc các bệnh nhiễm trùng thứ phát, điều này có thể thấy rõ ở đàn lợn vỗ béo chuẩn bị giết thịt, khi bị nhiễm virus PRRS sẽ có sự tăng đột biến về tỷ lệ viêm kẽ phổi kế phát do những vi khuẩn vốn có sẵn trong đường hô hấp, PRRS suy giảm miễn dịch mở đường cho những vi sinh vật như: Pasteurella multosida, Haemophilus parasuis, Streptococcus suis, A. pleuropneumoniae, Chlamydia psittaci, Leptospira interrogans, virus giả dại, virus cúm, Enterovirus, Parvovirus.
Trong nghiên cứu gần đây, Ma H et al,. 2021 đã làm sáng tỏ sự lây nhiễm
Virus PRRS-2 qua trung gian CD163 và giúp chúng ta hiểu sâu hơn về cơ chế bệnh sinh của virus, điều này sẽ cung cấp manh mối để phòng ngừa và kiểm soát PRRS.
1.2. Virus gây hội chứng rối loạn sinh sản và hô hấp ở lợn
1.2.1. Nguồn gốc, phân loại virus PRRS
Virus PRRS là một RNA chuỗi đơn dương, được xếp vào bộ Nidovirales, họ
Arteriviridae, chi Arterivirus (Collins et al., 1992). Các thành viên khác trong họ
Arteriviridae còn có virus viêm động mạch ngựa (EAV), virus nâng mức khử hidro lactate (LDV) của chuột lang và virus sốt xuất huyết khỉ (SHFV). Dựa vào sự tương đồng về mặt định hướng hệ gen và cơ chế nhân lên, họ Arteriviridae cùng với các họ
Coronaviridae, Roniviridae và Mesoniviridae được xếp vào bộ Nidovirales (Dea et al.,
1992), trong hệ thống phân loại ICTV (International committee on taxonomy of viruses) (Christianson et al., 1992).
Hình 1.2. Cây phả hệ của virus PRRS
(Nguồn: Amonsin et al., 2009)
Khi phân tích cấu trúc và nguồn gốc hệ gen các nhà khoa học đã chia virus làm 2 nhóm:
Nhóm 1 gồm những virus thuộc chủng Châu Âu (thường gọi là Lelystad Virus-LV).
Nhóm 2 gồm những virus thuộc chủng Bắc Mỹ mà đại diện là VR-2332 (Collins, 1991; Murtaugh et al., 1995).
Hai nhóm virus này có sự tương đồng đến 60% về cấu trúc các ribonucleotide (Han et al., 2006). Sự khác biệt về 40% cấu trúc gen dẫn đến tính đa dạng về di truyền và kháng nguyên. Các nhà khoa học còn cho biết virus PRRS phân lập được từ các vùng địa lý khác nhau đều có dấu hiệu khác biệt về tính di truyền. Hơn nữa virus của cùng một nhóm cũng có sự khác nhau đến 20% về trình tự và số lượng nucleotide, điển hình là các chủng virus thuộc dòng Bắc Mỹ (Tian et al., 2007; Charerntantanakul,
2012), sự đa dạng và khả năng biến đổi cấu trúc di truyền của virus PRRS đó tạo ra sự phức tạp của mầm bệnh lưu hành trên thế giới và gây nhiều khó khăn cho việc tạo vaccine chung phòng bệnh.
Bảng 1.2. So sánh đặc điểm hệ gen của các chủng virus PRRS trên thế giới
Hệ gen 5’ UTR Phần mã hóa ORF 1a ORF 1b ORF 2 ORF 3 ORF 4 ORF 5 ORF 6 ORF 7 3’ UTR Lelysta (M96262) (Hà Lan) 15.111 221 14.763 7.191 4.392 750 798 552 606 522 387 127 VR2332 (AY150564) (Mỹ) 15.451 190 15.071 7.512 4.374 771 765 537 603 525 372 190 GD*(EU109503) (Trung Quốc) 15.353 189 14.981 7.422 4.383 771 765 537 603 525 372 183 (Nguồn: Nielsenet et al.,1999)
(Ghi chú: Độ dài gen và hệ gen tính bằng bp (base pair), đầu 5’ và đầu 3’ là phần không mã hóa ở đầu và cuối hệ gen)
Tổng độ dài của hệ gen của chủng virus VR2332 phân lập tại Mỹ (số đăng ký: AY150564) thuộc genotype II, đại diện dòng Bắc Mỹ là 15.451 bp, trong đó phần mã hóa sử dụng cho 7 khung đọc mở là 15.071 bp (Nielsen et al., 1999). Hệ gen của virus PRRS chủng GD (Quảng Đông) (số đăng ký: EU109503) đại diện cho một nhóm virus PRRS mới phân lập có độc lực rất cao ở Trung Quốc, cũng thuộc genotype II, dòng Bắc Mỹ, có độ dài là 15.353 bp, trong đó phần mã hóa sử dụng cho 7 khung đọc mở là 14.981 bp (Tian et al., 2007).
Độ dài các gen và trình tự xắp xếp các nucleotide trên gen khác nhau giữa các chủng virus PRRS đã tạo ra khoảng cách về di truyền và sự sai khác về mức độ tương đồng kháng nguyên giữa các chủng virus PRRS. Đây cũng chính là tính phức tạp về mặt bệnh nguyên của PRRS.
1.2.2. Cấu trúc, chức năng hệ gen virus PRRS
Cấu trúc virus PRRS quan sát dưới kính hiển vi điển tử có dạng hình cầu, có vỏ bọc, trên bề mặt có nhiều gai nhô ra, kích thước 45-80 nm và chứa nhân nucleocapside kích thước 25-35nm.
Hệ gen của virus PRRS là một chuỗi RNA đơn dương, dài khoảng 15 kb và chứa 9 khung đọc mở (ORF). ORF1a và ORF1b chiếm khoảng 80% hệ gen virus và được dịch thành hai polyprotein lớn là protein sao chép pp1a và pp1b. Những protein này sau khi dịch mã bởi 4 protease thành 14 protein phi cấu trúc (NSPs), NSP1α, NSP1β và NSP2 đến NSP12. NSP9 mã hóa cho RNA polymerase phụ thuộc RNA và NSP10 mã hóa cho helicase, là hai protein phi cấu trúc chính chịu trách nhiệm sao chép và phiên mã của hệ gen virus. Người ta đã chứng minh được rằng có một vùng đặc biệt thuộc protein NSP11 đóng vai trò quan trọng trọng chu trình sao chép của tất cả các virus thuộc chi Arterivirus (Bautista et al., 2002; Fang and Snijder, 2010). ORFs 2a, 2b và ORF3-7 nằm ở đầu 3’ của hệ gen virus, sau dịch mã được phân cắt thành các protein cấu trúc của virus PRRS (Dea et al., 1996;
Meulenberg et al., 1995; Wu et al., 2001). Các protein cấu trúc được biểu hiện ra từ các đoạn mRNA nằm ở đầu 3’ của hệ gen virus và có cùng trình tự điều khiển nằm ở đầu 5’ của các đoạn này (Snijder and Meulenberg, 1998). Glycoprotein 5 (GP5), protein màng (M) và nucleoprotein (N) được mã hóa bởi các ORFs 5-7, là các thành phần chính của hạt virus (Dea et al., 2000).
ORF 2a, 3 và 4 mã hóa cho các protein khác thuộc hạt virus bao gồm GP2a, GP3 và GP4. Các protein này tương tác với nhau và tụ hội thành virion như một phức hệ đa thành phần và cũng tham gia vào quá trình nhiễm trùng của virus (Wissink et al., 2005). ORF 2b mã hóa cho protein vỏ (E).
ORF2a, ORF2b và ORFs 3-7 mã hóa lần lượt cho protein cấu trúc virus GP2a, GP2b (E), GP3, GP4, GP5, M và N (Snijder and Meulenberg, 1998); GP2b là một ORF nhỏ ở bên trong, nằm hoàn toàn trong ORF2. GP2a, GP3, và GP4 là các protein vỏ phụ bị glycosyl hóa ở đầu N, tạo thành dị tam hợp bằng liên kết disulphide (Wieringa et al, 2003a; Wissink et al, 2004).
Hình 1.3. Cấu trúc thông tin di truyền của virus PRRS
Bảng 1.3. Hệ gen của virus PRRS và các thông tin liên quan Số
TT ORF
Protein được
mã hóa Chức năng
Vai trò trong miễn dịch, bảo hộ 1 ORF1a Prot ei n in kh ông c ấu t rúc
nsp 1 Cystein protease, giống papain IFN và TNF, chất đối kháng mạnh
nsp 1 Cystein protease, giống papain
nsp 2 Cystein protease, giống papain Chất đối kháng IFN mạnh nsp 3 Protein chuyển màng Chưa có số liệu - chưa biết nsp 4 Serine protease Chưa biết
nsp 5 Protein chuyển màng Chưa biết nsp 6 Chưa biết Chưa biết
nsp 7 Chưa biết Kháng nguyên cho xác định huyết thanh học về sự cảm nhiễm virus
nsp 7 Chưa biết
nsp 8 Chưa biết Chưa biết
2 ORF1b
nsp 9 Polymerase RNA phụ thuộc Chưa biết nsp 10 Helicase Chưa biết
nsp 11 Endoribonuclease Chất đối kháng IFN mạnh nsp 12 Chưa biết Chưa biết
3 ORF2a Prot ei n cấ u tr ú c
GP2a Protein vỏ nhỏ, tương tác với
CD163 Epitop trung hòa nhỏ 4 ORF2b GP2b Protein vỏ nhỏ Chưa biết
5 ORF3 GP3 Protein vỏ nhỏ Epitop trung hòa nhỏ
6 ORF4 GP4 Protein vỏ nhỏ, tương tác với
CD163 Epitop trung hòa nhỏ
8 ORF5 GP5 Protein vỏ chính, tương tác với
sialoadhesin Epitop trung hòa chính
8 ORF6 M protein Protein vỏ chính, tương tác với heparansulfate
Epitop tế bào T, epitop trung hòa nhỏ
9 ORF7 N protein Nucleocapside Epitop không trung hòa
(Nguồn: Charerntantanakul, 2012)
1.2.3. Đa dạng di truyền hệ gen virus PRRS
Virus PRRS có hai genotype với sự tương đồng về nucleotide là 60%, tuy nhiên các tính chất về sinh học của virus PRRS thuộc hai genotype lại rất giống nhau (Kim et al., 2008). Sự tương đồng về nucleotide giữa các chủng phân lập ở Mỹ và vùng Lelystad của Hà Lan chỉ là 45,7% trong ORF1b, 65%-67% trong ORF2, 61%-64% trong ORF3, 63%-66% trong ORF4, và 61%-63% trong ORF5 (Meng et al., 1995a; Meng et al., 1995b).
chủng phân lập ở Mỹ hoặc giữa các chủng phân lập ở Châu Âu, tuy nhiên có sự bến đổi di truyền khá mạnh trong các gen thuộc khung đọc ORF6 và ORF7 giữa các chủng phân lập ở Châu Âu và Mỹ. Sự khác biệt giữa các chủng ở Mỹ chỉ là 2,5%-7,9%, trong khi đó sự khác biệt giữa các chủng ở Mỹ và vùng Lelystad là 35% (Kapur et al., 1996).
Trình tự ORF1 cũng có sự sai khác rất lớn giữa các chủng phân lập ở Châu Âu và Mỹ, sự tương đồng chỉ đạt 55% (Allende et al., 1999; Nelsen et al., 1999).
ORF1b có tính bảo thủ cao hơn ORF1a và độ tương đồng về nucleotide đạt 63,4%. Sự biến đổi nhiều nhất được tìm thấy trong vùng NSP2 của hệ gen virus. Độ tương đồng về axit amin chỉ đạt 47% giữa các mẫu phân lập ở Châu Âu và Mỹ. Sự đa hình gen lớn nhất được tìm thấy trong vùng NSP2 của virus LV. Khái niệm về nhóm virus có liên quan với nhau được hình thành bởi một hoặc nhiều đột biến giống nhau (quasispecies) khi virus đồng nhiễm ở động vật đã được Goldberg và công sự (2003) đề xuất khi phân tích trình tự các chủng virus PRRS khác nhau nhiễm trùng lây lan giữa các loài. Đã có các bằng chứng về sự xuất hiện các quần thể phụ của virus PRRS biến đổi về mặt di truyền các chủng phân lập từ cơ quan sinh sản của lợn sau khi có tiến hóa kiểu quasispecies (quasispecies evolution) (Rowland et al., 1999). Điều quan trọng là việc xuất hiện các quần thể phụ của virus PRRS biến đổi về mặt di truyền sẽ gây khó khăn cho việc tiêm chủng phòng PRRS do vaccine sẽ không còn hiệu lực hoặc giảm hiệu lực chống lại các chủng virus PRRS biến đổi di truyền (Domingo et
al., 1998; Duarte et al., 1994; Domingo and Holland, 1992).
1.2.4. Các protein kháng nguyên quan trọng của virus PRRS
Hiểu biết về vai trò của protein trong sự sao chép của virus và sự gây bệnh còn chưa đầy đủ. Vai trò của protein N, M, GP5 rất quan trọng với sự hình thành các hạt virus, nhưng các protein phụ cũng cần thiết cho sự lây nhiễm của virus (Wissink et al., 2004).
Các phân tử glycoprotein nhỏ GP2, GP3, GP4 và protein E tương tác với nhau để tạo thành một cấu trúc heterotetrameric phức hợp trong các tế bào bị nhiễm. Việc hình thành phức hợp này là cần thiết trong việc truyền nhiễm của virion (Das, 2011).
các ORFs 5-7, là các thành phần chính của hạt virus (Dea et al., 2000). Protein N tương tác với hệ gen virus để hình thành nucleocapsid. M6 tương tác với GP5 để hình thành heterodimer cần thiết cho việc lắp ráp hạt virus. Hạt virus sẽ không giải phóng ra nếu thiếu protein M hoặc GP5 (Mardassi et al.,1996; Wissink et al., 2005).
Protein M (membrane protein) có khối lượng phân tử khoảng 18-19 kDa, không được glycosyl hoá, là protein liên kết vỏ bọc, mang tính kháng nguyên và có tính bảo tồn cao nhất với mức độ tương đồng axit amin giữa hai nhóm châu Âu và Bắc Mỹ đạt đến 78%-81% (Mardassi, 1995). Protein M có cấu trúc tương tự như cấu trúc protein M của các virus thuộc nhóm Coronavirus. Protein M hình thành cầu nối disunfit với GP5 cấu thành một phần virus và được tìm thấy trong tế bào nhiễm nhưng cầu nối sunfit này không cấu thành hạt virus (Meulenberg, 1997). Mặc dù chức năng của nó được biết rất ít nhưng nó được xem như có vai trò trong sự kết hợp với thụ thể trên tế bào đích, vì protein M kết hợp GP5 tạo phức hợp M-GP5 để kết hợp với thụ thể trên tế bào đích.