Virus cúm A cĩ hệ gen được cấu trúc từ 8 phân đoạn riêng biệt và khơng cĩ gen mã hĩa enzyme sửa chữa RNA, tạo điều kiện thuận lợi cho sự xuất hiện các đột biến điểm trong các phân đoạn gen/hệ gen qua quá trình sao chép nhân lên của virus, hoặc trao đổi các phân đoạn gen giữa các chủng virus cúm đồng nhiễm trên cùng một tế bào, rất cĩ thể dẫn đến thay đổi tính kháng nguyên tạo nên chủng virus cúm A mới (Suarez and Schultz-Cherry, 2000).
2.4.2. Kháng nguyên của virus cúm gia cầm Protein HA (Hemagglutinin) Protein HA (Hemagglutinin)
Protein hemagglutinin là một glycoprotein cĩ khả năng gây ngưng kết hồng cầu gà trong ống nghiệm (invitro), kháng thể đặc hiệu với HA cĩ thế phong tỏa sự ngưng kết đĩ, được gọi là kháng thể ngăn trở ngưng kết hồng cầu (HI – Hemagglutinin Inhibitory antibody). Cĩ 16 subtype HA đã được phát hiện (H1 – H16). Cĩ khoảng 400 phân tử HA trên bề mặt capsid của một virus cĩ vai trị quan trọng trong quá trình nhận diện virus và khởi động quá trình xâm nhiễm của virus vào tế bào chủ (Bender et al., 1999; Wagner et al., 2002). Phân tử HA cĩ dạng hình trụ, dài khoảng 130 ăngstron (Å), cấu tạo gồm 3 đơn phân (trimer), mỗi đơn phân (monomer) được tạo thành từ 2 tiểu đơn vị HA1 (36 kDa) và HA2 (27 kDa), liên kết với nhau bởi các cầu nối disulfide (-S-S-). Các đơn phân sau khi tổng hợp đã được glycosyl hĩa (glycosylation) và ngắn vào mặt ngồi capsid là tiểu đơn vị HA2, phần đầu tự do hình chỏm cầu được tạo bởi dưới đơn vị HA1 chứa đựng vị trí gắn với thụ thể thích hợp của HA trên bề mặt màng tế bào đích (Bosch et al., 1981; Wagner et al., 2002).
Protein HA là kháng nguyên bề mặt quan trọng của virus cúm A, kích thích cơ thể sinh ra đáp ứng miễn dịch dịch thể đặc hiệu với từng type HA và tham gia vào phản ứng trung hịa virus, được coi là protein vừa quyết định tính kháng nguyên, vừa quyết định độc lực của virus, là đích đến của bảo vệ miễn dịch học nhằm ngăn chặn sự xâm nhiễm của virus ở cơ thể nhiễm, cơ sở điều chế các vac xin phịng cúm hiện nay (Bosch et al., 1998).
Protein NA (Neuraminidase)
Protein Neurominidase là một protein enzyme cĩ bản chất là glycoprotein được gắn trên bề mặt capsid của virus cúm A, mang tính kháng nguyên đặc trưng theo từng saubtype NA. Cĩ 9 subtype (từ N1 - N9) được phát hiện ở virus cúm
gia cầm, hai subtype N1 và N2 được tìm thấy ở virus cúm người liên quan đến các đại dịch cúm trong lịch sử (Wasilenko et al., 2008). Cĩ khoảng 100 phân tử NA xen giữa các phân tử HA trên bề mặt capsid hạt virus. Phân tử NA cĩ dạng nút nồi hình nấm, đầu tự do (chứa vùng hoạt động) gồm 4 dưới đơn vị giống như hình cầu nằm trên cùng một mặt phẳng và phần kị nước gắn vào vỏ capsid (Uiprasertkul et al., 2007).
Protein NA cĩ vai trị là một enzyme cắ đứt liên kết giữa các gốc acid sialic của màng tế bào nhiễm với phân tử cacbonhydrate của protein HA, giải phĩng hạt virus ra khỏi màng tế bào nhiễm, đẩy nhanh sự lây nhiễm của virus trong cơ thể vật chủ. Mặt khác, NA tham gia vào phân cắt liên kết này trong giai đoạn “hịa màng”, đẩy nhanh quá trình cởi áo “uncoating” giải phĩng hệ gen của virus vào trong bào tương tế bào nhiễm, giúp cho quá trình nhân lên của virus nhanh hơn (Uiprasertkul et al., 2007). Ngồi ra, NA cịn phân cắt các liên kết glycoside, giải phĩng neuraminic acid làm tan lỗng màng nhầy bề mặt biểu mơ đường hơ hấp, tạo điều kiện cho virus nhanh chĩng tiếp cận tế bào biểu mơ và thốt khỏi các chất ức chế khơng đặc hiệu. Cùng với vai trị của kháng nguyên HA, cả 3 khâu tác động trên của NA đều tham gia làm tăng độc lực gây bệnh của virus cúm A ở cơ thể vật chủ. Do đĩ, NA là đích tác động của các thuốc, hĩa dược ức chế virrus khơng đặc hiệu hiện nay (Aoki et al., 2007).
Bên cạnh đĩ, NA cịn là một kháng nguyên bề mặt virus, tham gia kích thích hệ thống miễn dịch của cơ thể chủ, sinh ra kháng thể đặc hiệu với kháng nguyên NA của các chủng virus đương nhiễm cĩ tác dụng phong tỏa protein NA. Như vậy, kháng nguyên NA cùng với kháng nguyên HA của virus là các đích chủ yếu của cơ chế bảo hộ miễn dịch của cở thể với virus cúm A và là cơ sở điều chế các vac xin phịng cúm hiện nay cho người và gia cầm (Suarez and Schultz- Cherry, 2000; Wu et al., 2008).
Các phương thức biến đổi kháng nguyên a. Hiện tượng lệch kháng nguyên
Lệch kháng nguyên (antigenic drift) thực chất là các đột biến điểm xảy ra các phân đoạn gen/hệ gen của virus. Do virus cúm A ký sinh nội bào bắt buộc, khơng cĩ cơ chế “đọc và sửa bản sao – proof reading” trong quá trình phiên mã và sao chép ở nhân tế bào đích. Sự thiếu hụt enzyme sửa chữa RNA dẫn đến các enzyme sao chép phụ thuộc RNA sẽ cĩ thế “gài” thêm (đột biến giãn nở), làm mất đi hoặc thay thế (đột biến trượt-xĩa) một hay nhiều nucleotide mà khơng
được sửa chữa trong phân tử RNA chuỗi đơn mới của virus (Lê Thanh Hịa và cs., 2006). Tùy thuộc vị trí xảy ra các đột biến trong bộ ba mã hĩa, mà cĩ thể trực tiếp làm thay đổi các amino acid trong trình tự của protein được mã hĩa biểu hiện, dẫn đến thay đổi thuộc tính của protein, hoặc được tích lũy trong phân đoạn gen xảy ra đột biến (đột biến điểm). Tần xuất xảy ra đột biến điểm rất cao, cứ mỗi 10.000 nucleotide (tương ứng với độ dài của RNA hệ gen của virus cúm A) thì cĩ 1 nucleotide sai khác (Wagner et al., 2002).
Hiện tượng này thường xảy ra ở các phân đoạn gen kháng nguyên NA và HA, tạo ra các bộ mã tổng hợp các amino acid mới, hoặc làm thay đổi cấu trúc, thay đổi đặc tính của protein đĩ, hoặc cĩ khả năng glycosyl hĩa rất cao trong cấu trúc chuỗi polypeptide kháng nguyên, tạo ra một biến thể virus mới thay đổi độc lực gây bệnh hay đặc tính kháng nguyên mới (Wasilenko et al., 2008).
b. Hiện tượng trộn kháng nguyên
Hiện tương trộng kháng nguyên (cịn gọi là trao đổi hay tái tổ hợp) các gen kháng nguyên (antigenic shift) chỉ cĩ ở virus cúm và rất ít ở một số virus RNA gây bệnh gia cầm khác, cho phép 2 chủng virus cúm A khác nhau khi đồng nhiễm trong một tế bào cĩ thể xảy ra sự hịa trộn (reassort) hoặc trao đổi (swap) các phân đoạn gen của 2 chủng virus đĩ trong quá trình kết hợp lại RNA hệ gen, tạo ra các trạng thái khác nhau của RNA hệ gen của các hạt virus mới từ hai RNA hệ gen của những virus ban đầu. Kết quả là đã tạo ra thế hệ virus mới cĩ các phân đoạn gen kết hợp và đơi khi giúp cho chúng cĩ khả năng lây nhiễm ở lồi vật chủ mới hoặc gia tăng độc lực gây bệnh (Chen et al., 2006).
c. Hiện tượng glycosyl hĩa
Glycosyl hĩa (glycosiylation) là sự gắn kết của một chuỗi carbonhydrate (oligosaccharide) vào với amino acid Asparagine (N) ở một số vị trí nhất định trong chuỗi polypeptide HA và NA, hay một số polypeptide khác của virus cúm. Thơng thườn chuỗi oligosaccharide được gứn tại vị trí N-X-S/T (N = Asparagine; X = amino acid bất kỳ, trừ Proline; S/T = Serine hoặc Threonine). Đây là những vị trí đựơc cho là gắn kết với các kháng thể được cơ thể sinh ra do kích thích cuả kháng nguyên nhằm bảo vệ cơ thể nhiễm. Hiện tượng lệch kháng nguyên sinh ra đột biến điển hình thành bộ mã của Asparagine tạo tiền đề cho hiện tượng glycosyl hĩa xảy ra khi tổng hợp chuỗi polypeptide HA hay NA làm thay đổi biểu hiện đặc tính kháng nguyên của HA và NA, làm cho virus thốt khỏi tác
động miễn dịch bảo hộ của cơ thể chủ và điều hịa sự nhân lên của virus (Baigent and Mc Cauley, 2001).
2.4.3. Tính thích ứng đa vật chủ của virus cúm
Vật chủ tự nhiên của tất cả các chủng virus cúm A là chim hoang dã (chủ yếu là vịt trời), đây là nguyên nhân lan truyền virus trong tự nhiên rất khĩ kiểm sốt. Virus cúm A cĩ khả năng gia tăng biên độ vật chủ của chúng trong quá trình lây truyền ở tự nhiên (De Wit, 2008). Đặc điểm thích ứng vật chủ này là điều kiện thuận lợi để virus cúm A trao đổi, tái tổ hợp các phân đoạn gen, đặc biệt là các phân đoạn gen kháng nguyên (gen “độc” HA và NA) giữa các chủng tạo ra các chủng virus cúm mới cĩ khả năng thích ứng xâm nhiễm ở các lồi vật chủ mới đặc biệt khi chúng vượt qua được “rào cản lồi” dễ dàng thích ứng lây nhiễm gây bệnh từ gia cầm sang người và giữa người với người (Webster et al., 2002).
2.4.4. Cơ chế xâm nhiễm gây bệnh của virus cúm A trong tế bào vật chủ Virus cúm A/H5N1 kí sinh nội bào bắt buộc, quá trình xâm nhiễm và nhân Virus cúm A/H5N1 kí sinh nội bào bắt buộc, quá trình xâm nhiễm và nhân lên của virus xảy ra chủ yếu ở các tế bào biểu mơ đường hơ hấp, đường tiêu hĩa của cơ thể nhiễm (Murphy and Webster, 1996) cĩ những nét đặc trưng như sau:
- Quá trình xâm nhiễm của virus cúm A được mở đầu bằng sự kết hợp của HA và thị thể thích ứng của nĩ trên bề mặt các tế bào này và cuối cùng là giải phĩng hệ gen của virus vào trong bào tương của tế bào nhiễm.
- Quá trình nhân lên của RNA virus cúm A chỉ xảy ra trong nhân của tế bào, đây là đặc điểm khác biệt so với các virus khác (quá trình này xảy ra trong nguyên sinh chất) và cuối cùng là giải phĩng các hạt virus ra khỏi tế bào nhiễm nhờ vai trị của enzyme neuraminidae. Thời gian một chu trình xâm nhiễm và giải phĩng các hạt virus mới của virus cúm chỉ khoảng vài giờ (trung bình 6h). Sự tạo thành các hạt virus mời khơng phá tan tế bào nhiễm, nhưng các tế bào này bị rối loạn hệ thống tổng hợp các đại phân tử và rơi vào quá trình chết theo chương trình (apopyosis) làm tổn thương mơ của cơ thể vật chủ (Beard, 1998).
- Sau khi được giải phĩng vào trong bào tương tế bào, hệ gen của virus sử dụng bộ máy sinh học của tế bào tổng hợp các protein của virus và các RNA vận chuyển, RNA phụ thuộc (RNA-transcription, RNA-dependent). Phức hợp protein – RNA của virus được vận chuyển vào trong nhân tế bào (Beard, 1998).