3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
1.3.2. Nét đặc trưng về hệ gen
Đặc tính cấu trúc chung của 4 nhóm virus trong họ Orthomyxoviridae là hệ gen chứa acid ribonucleic (RNA) một sợi có cấu trúc là sợi âm. Tùy loại virus, sợi RNA âm có độ dài từ 10.000 - 15.000 nucleotid. Mặc dù được nối với nhau tạo thành một sợi RNA liên tục nhưng thực tế hệ gen của virus lại được phân chia thành 6 - 8 phân đoạn (segment), trong đó mỗi phân đoạn là một gen chịu trách nhiệm mã hóa cho một protein của virus.
Khác với các nhóm virus trong họ, virus cúm type A có nhiều biến chủng khác nhau cùng với khả năng thích ứng rộng rãi trên nhiều loại vật chủ và tính kháng nguyên luôn biến đổi, nhờ sự sắp xếp tái tổ hợp các phân đoạn gen nên cúm type A được coi là nhóm virus nguy hiểm nhất trong họ Orthomyxoviridae. Trong lịch sử
chính những virus cúm type A là nguyên nhân gây nên những đợt dịch cúm kinh hoàng ở người và gia cầm (Muphy. B.R and R.G Webter, 1996)
Các hạt virus cúm A (virion) có hình cầu hoặc hình khối đa diện, đường kính 80 -120 nm, đôi khi cũng có dạng hình sợi, khối lượng phân tử khoảng 250 triệu Da. Phân tích thành phần hóa học một virion có chứa khoảng 0,8 - 1,1% RNA; 70 - 75% là protein; 20 - 24% lipid và 5 - 8% là carbonhydrate. Hạt virus có cấu tạo đơn giản gồm vỏ (capsid), vỏ bọc ngoài (envelope) và lõi là RNA sợi đơn âm - negative single strand (Seo.S and R.G. webter, 2001).
Vỏ virus có chức năng bao bọc và bảo vệ vật chất di truyền RNA của virus, bản chất cấu tạo là màng lipid kép, có nguồn gốc từ màng tế bào nhiễm được đặc hiệu hóa
gắn các protein màng của virus. Trên bề mặt có khoảng 500 “gai mấu” nhô ra và phân bố dày đặc, mỗi gai mấu dài khoảng 10 - 14 nm có đường kính 4 - 6 nm, đó là những kháng nguyên bề mặt vỏ virus, bản chất cấu tạo là glycoprotein gồm: HA, NA, MA (matrix) và các dấu ấn khác của virus. Có sự phân bố không đồng đều giữa các phân tử NA và HA (tỉ lệ khoảng 1NA/4HA), đây là hai loại protein kháng nguyên có vai trò quan trọng trong quá trình xâm nhiễm của virus ở tế bào cảm nhiễm. Vật chất di truyền (còn gọi là hệ gen) của virus cúm A là RNA sợi đơn âm (viết tắt là (-) ssRNA), gồm 8 phân đoạn riêng biệt (HA, NA, M, NS, NP, PA, PB1 và PB2) nối với nhau thành một sợi duy nhất bên trong vỏ virus, mã hóa cho 11 protein tương ứng của virus, trong đó phân đoạn M mã hóa cho 2 protein là M1 và M2; phân đoạn NS mã hóa cho 2 protein là NS và NEP, phân đoạn PB1 mã hóa cho 2 protein là PB1 và PB1-F2 [29].
Các phân đoạn 1, 2 và 3 là những phân đoạn mã hóa tổng hợp các enzyme trong phức hợp polymerase (RNA transcriptase) của virus, có độ dài ổn định và có tính bảo tồn cao, bao gồm:
- Phân đoạn 1 (gen PB2) có kích thước 2431 bp, mã hóa tổng hợp protein enzyme PB2, là tiểu đơn vị thành phần trong phức hợp enzyme polymerase của virus, chịu trách nhiệm khởi đầu phiên mã RNA virus. Protein PB2 có khối lượng phân tử theo tính toán khoảng 84.103 Da (trên thực tế là 87.103 Da). Tính thích nghi nhiệt độ cơ thể loài vật chủ được cho là có liên quan đến vị trí amino acid 627 ở protein PB2 (ở virus cúm gia cầm vị trí này là Glu - thích ứng nhiệt độ cơ thể gia cầm khoảng 40 0
C, còn ở virus thích nghi trên người là Lys - thích ứng nhiệt độ cơ thể người khoảng 37 0C) (Muphy. B.R and R.G Webter, 1996).
- Phân đoạn 2 (gen PB1) cũng có kích thước 2431 bp, mã hóa tổng hợp enzyme PB1 - tiểu đơn vị xúc tác của phức hợp enzym polymerase trong quá trình tổng hợp RNA virus, chịu trách nhiệm gắn mũ RNA (Murphy, Webster, 1996). Gần đây, đã có phát hiện thêm một protein (PB1-F2) được mã hóa bởi một khung đọc mở khác của PB1, có vai trò gây ra hiện tượng apoptosis (hiện tượng tế bào chết theo chương trình).
- Phân đoạn 3 (gen PA) có kích thước 2233 bp, là phân đoạn gen bảo tồn cao, mã hóa tổng hợp protein enzyme PA có khối lượng phân tử theo tính toán khoảng 83.103 Da (trên thực tế là 96.103 Da). PA là một tiểu đơn vị của polymerase chịu trách nhiệm kéo dài sự phiên mã RNA trong quá trình tổng hợp RNA của virus (Bosch. F.X, et al., 1979)
- Phân đoạn 4 (gen HA) có độ dài thay đổi tuỳ theo từng chủng virus cúm A (ở A/H1N1 là 1778 bp, ở H9N1 là 1714 bp, ở H5N1 là khoảng 1704 - 1707 bp). Đây là gen chịu trách nhiệm mã hóa tổng hợp protein HA - kháng nguyên bề mặt virus cúm, gồm hai tiểu phần là HA1 và HA2. Vùng nối giữa HA1 và HA2 gồm một số amino
acid mang tính kiềm được mã hóa bởi một chuỗi oligonucleotide, đó là điểm cắt của enzym protease, và đây là vùng quyết định độc lực của virus. Protein HA có khối lượng phân tử khoảng 63.103 Da (nếu không được glycosyl hóa) và 77.103 Da (nếu được glycosyl hóa, trong đó HA1 là 48.103 Da và HA2 là 29.103 Da) (Buckle White and B.R. Muphy, 1998).
Mô típ của chuỗi nối oligopeptid chứa một số acid amin cơ bản làm khung, thay đổi đặc hiệu theo từng loại subtype H. Sự biến đổi thành phần của chuỗi nối sẽ quyết định độc lực của biến chủng virus mới (Horimoto. T and Kawaoka Y, 2001).
- Phân đoạn 5 mã hóa cho protein NP (Castrucci. M. R and Y.Kawaoka, 1993) - Phân đoạn 6 (gen NA) là một gen kháng nguyên của virus, có chiều dài thay đổi theo từng chủng virus cúm A (ở A/H6N2 là 1413 bp, ở A/H5N1 thay đổi khoảng từ 1350 - 1410 bp). Đây là gen mã hóa tổng hợp protein NA, kháng nguyên bề mặt capsid của virus, có khối lượng phân tử theo tính toán khoảng 50.103 Da (trên thực tế là 50 - 60.103 Da). Các nghiên cứu phân tử gen NA của virus cúm cho thấy phần đầu 5’- của gen này (hay phần tận cùng N của polypeptide NA) có tính biến đổi cao và phức tạp giữa các chủng virus cúm A, sự thay đổi này liên quan đến quá trình thích ứng và gây bệnh của virus cúm trên nhiều đối tượng vật chủ khác nhau. Đặc trưng biến đổi của gen NA trong virus cúm A là hiện tượng đột biến trượt-xóa một đoạn gen là 57 nucleotide, rồi sau đó là 60 nucleotide, làm cho độ dài vốn có trước đây của NA(N1) là 1410 bp còn 1350 bp (Capua I. and Cattoli G, 2007).
- Phân đoạn 7 mã hóa cho 2 tiểu phần protein đệm (matrix protein) M1 và M2 trong đó M2 là một tetramer có chức năng tạo khe H+, giúp cởi bỏ vỏ protein virus sau khi xâm nhập vào tế bào cảm nhiễm, M1 có chức năng tham gia vào quá trình tổng hợp và nảy chồi của virus (Horimoto. T and Kawaoka Y, 1995).
- Phân đoạn 8, với độ dài tương đối ổn định sẽ mã hóa cho 2 tiểu phần protein không cấu trúc NS1 và NS2 có các chức năng: chuyển RNA từ nhân ra kết hợp với M1, kích thích phiên mã, chống interferon (Muphy. B.R and R.G Webter, 1996).
Khi nghiên cứu sâu hơn về cấu trúc hệ gen virus cúm type A, tất cả các thành viên của nhóm virus cúm A đều có hệ gen là RNA một sợi có độ dài 13.500 nucleotid chứa 8 phân đoạn kế tiếp nhau mang mật mã cho 10 loại protein khác nhau của virus, 8 phân đoạn của sợi RNA có thể tách và phân biệt rõ ràng nhờ phương pháp điện di (Seo.S and R.G. webter, 2001).
Hình 1.5. Các hệ gen virus cúm
Nguồn: https://www.biotechnologyforums.com/thread-7211.html