2012 2013 2014
2015 2016
Bản đồ 2.3. Dịch cúm gia cầm năm 2015 – 2016
Như vậy, qua các diễn biến dịch và phân bố khơng gian của các ổ dịch cúm gia cầm tại nước ta trong thời gian qua cho thấy:
- Thời gian xảy ra các ổ dịch cúm gia cầm A/H5N1 thường tập trung vào các tháng cuối năm và kéo dài tới các tháng đầu năm đặc biệt thường tập trung vào dịp Tết nguyên đán. Điều này cũng phù hợp với thực tế tại nước ta đây là giai đoạn chuyển mùa, thời tiết thuận lợi; hoạt động chăn nuơi, vận chuyển buơn bán gia cầm diễn nhộn nhịp để phục vụ nhu cầu thịt gia cầm rất cao của người dân trong dịp Tết đã tạo điều kiện lý tưởng cho mầm bệnh phát triển và lây lan.
- Các ổ dịch thường tập trung chủ yếu tại các tỉnh thuộc 3 vùng đồng bằng lớn của cả nước là đồng bằng Sơng Hồng, các tỉnh duyên hải Miền trung và các tỉnh thuộc khu vực đồng bằng Sơng Cửu Long. Điều này cũng hồn tồn phù hợp với đặc điểm đây là những vùng cĩ tổng đàn gia cầm lớn, mật độ chăn nuơi gia cầm rất cao, hoạt động buơn bán, vận chuyển gia cầm và các sản phẩm gia cầm rất nhộn nhịp, tình trạng buơn bán gia cầm nhập lậu qua biên giới tại các tỉnh phía Bắc, hoạt động nuơi vịt chạy đồng tại các tỉnh phía Nam do đĩ cĩ nhiều cơ hội thuận lợi cho virus cúm phát tán và lây bệnh cho gia cầm.
2.4. CĂN BỆNH
Cúm gia cầm (Avian Influenza – AI) là một bệnh truyền nhiễm cấp tính ở gia cầm, do nhĩm virus cúm typ A, thuộc họ Orthomyxoviridae gây ra. Đây là nhĩm virus cĩ biên độ vật chủ rộng, được phân chia thành nhiều subtype khác nhau dựa trên hai kháng nguyên bề mặt capsid của hạt virus là HA và NA. Nhĩm virus cúm A cĩ 16 subtyp HA (từ H1 đến H16) và 9 subtyp NA (từ N1 đến N9). Sự tổ hợp giữa các subtype HA và NA sẽ tạo ra nhiều subtype khác nhau.
Họ Orthomyxoviridae đã được phát hiện bao gồm 4 nhĩm virus, đĩ là: nhĩm virus cúm A (Influenza A), nhĩm virus cúm B (Influenza B), nhĩm virus cúm C (Influenza C) và nhĩm Thogotovirrus. Các nhĩm virus khác nhau bởi các kháng nguyên bề mạt capsid, ơ virus cúm A và B là Hemagglutinin (HA), ở virus cúm C là Hemagglutinin Esterase Fusion (HEF) và ở Thogotovirrus là Glycoprotein (GP) (Ito et al., 1998; Murphy and Webster, 1996).
2.4.1. Đặc điểm sinh học phân tử của virus cúm gia cầm
Hình thái và cấu trúc của virus cúm gia cầm type A qua kính hiển vi điện tử, virus cĩ dạng hình khối trịn, hình trứng hoặc dạng khối dài, đường kính khoảng 80 – 120 nm. Virus cĩ vỏ bọc ngồi, phân tử lượng của hạt virus khoảng 250 triệu Da.
Hình 2.1. Cấu trúc bên ngồi của virus cúm gia cầm
Vỏ virus cĩ chức năng bao bọc và bảo vệ vật chất di truyền RNA của virus, bản chất cấu tạo là màng lipit kép cĩ nguồn gốc từ màng tế bào nhiễm được đặc hiệu hĩa gắn vào các protein màng của virus. Trên bề mặt cĩ khoảng 500 “gai mấu” nhơ ra và phân bố dày đặc, mỗi gai mấu dài khoảng 10 – 14 nm cĩ đường glycoprotein gồm: HA, NA, M1 (matrix) và các dấu ấn khác của virus (Bender et al., 1999; Zhao et al., 2008). Cĩ sự phân bố khơng đồng đều giữa các phân tử NA và HA (tỷ lệ khoảng 1NA/4HA), đây là 2 loại protein kháng nguyên cĩ vai trị quan trọng trong quá trình xâm nhiễm của virus ở tế bào cảm nhiễm (Murphy and Webster, 1996; Uiprasertkul et al., 2007).
Hệ gen của virus cúm A là RNA sợi đơn âm (viêt tắt là (-) ssRNA), gồm 8 phân đoạn riêng biệt (HA, NA, M, NS, NP, PA, PB1 và PB2) nối với nhau thành 1 sợi duy nhất bên trong vỏ capsid, mã hĩa cho 11 protein tương ứng của virus (Ito et al., 1998; Conenello et al., 2007).
Phân đoạn 1 (gen PB2) cĩ kích thước 2431 bp, mã hĩa tổng hợp protein
enzyme PB2, là tiểu đơn vị thành phần trong phức hợp enzyme polymerasa của virus, chịu trách nhiệm khởi đầu phiên mã RNA virus. Protein PB2 cĩ khối lượng phân tử theo tính tán khoảng 84.103 Da (trên thực tế là 87,103 Da) (Murphy và Webster, 1996). Tính thích nghi nhiệt độ cơ thể lồi vật chủ được cho là cĩ 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 400C, cịn ở virus thích nghi trên người là Lys - thích ứng nhiệt độ cơ thể người khoảng 370C) (Subbarao et al., 1998).
Phân đoạn 2 (gen PB1) cũng cĩ kích thước 2431 bp, mã hĩa tổng hợp
enzyme PB1- tiểu đơn vị xúc tác của phức hợp enzyme promerase trong quá trình tổng hợp RNA virus, chịu trách nhiệm gắn mũ RNA (Murphy và Webster, 1996). Gần đây, đã cĩ phát hiện thêm 1 protein (PB1-F2) được mã hĩa bởi 1 khung đọc mở khác nhau của PB1, cĩ vai trị gây ra hiện tượng apoptosis (hiện tượng tế bào chết theo chương trình) (Tumpey et al., 2002).
Phân đoạn 3 (gen PA) kích thước 2233 bp, là phân đoạn gen bảo tồn cao,
mã hĩa tổng hợp protein enzyme PA cĩ khối lượng phân tử theo tính tốn khoảng 83000 Da (trên thực tế là 96.103Da). 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 (Luong and Palese, 1992).
Đây là gen chịu trách nhiệm mã hĩa tổng hợp protein HA, gồm hai tiểu phần là HA1 và HA2. Vùng nối giữa HA1 và HA2 gồm một số amino acid mang tính kiềm được mã hĩa bởi một chuỗi oligonucleotide, đĩ là điểm cắt cắt của enzyme protease, đây là vùng quyếtđịnh độc lực của virus (Bosch et al., 1981; Gambotto
et al., 2008). Protein HA cĩ khối lượng phân tử khoảng 63.103 Da (nếu khơng
được oxy hĩa) và 77.103 Da (nếu được oxy hĩa, trong đĩ HA1 là 48.103 Da và HA2 là 29.103 Da) (Keawcharoen et al., 2005; Luong and Palese, 1992).
Phân đoạn 6 (gen NA), là một gen kháng nguyên của virus, cĩ 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) (Lê Thanh Hịa, 2004). Đây là gen mã hĩa tổng hợp protein NA - kháng nguyên bề mặt capsid của virus, cĩ khối lượng phân tử khoảng 50.103 Daton
Phân đoạn 5 (gen NP) kích thước khoảng 1556 bp, mã hĩa tổng hợp
nucleoprotein (NP) - thành phần của phức hệ phiên mã, chịu trách nhiệm vận chuyển RNA giữa nhân và bào tương tế bào chủ.
Phân đoạn 7 (gen M) cĩ kích thước 1027 bp mã hĩa cho protein đệm
(matrix protein - M) của virus. Cĩ khoảng 3000 phân tử MP trên bề mặt capsid của virus. Protein M1 là protein nền, là thành phần chính của virus cĩ chức năng bao bọc RNA tạo nên phức hợp RNP và tham gia vào quá trình "nảy chồi" của virus. Protein M2 là chuỗi polypeptide bé, cĩ khối lượng phân tử là 11.103 Da, là protein chuyển màng – kênh ion cần thiết cho khả năng lây nhiễm của virus, chịu trách nhiệm “cởi áo” virus, trình diện hệ gen ở bào tương tế bào chủ trong quá trình xâm nhiễm trên vật chủ (Luong and Palese, 1993; Murphy and Webster, 1996; Basler, 2007).
Phân đoạn 8 (gen NS), là gen mã hĩa protein khơng cấu trúc (non structural
protein), cĩ độ dài ổn định nhất trong hệ gen mã của virus cúm A, kích thước khoảng 890 bp, mã hĩa tổng hợp hai protein là NS1 và NS2, cĩ vai trị bảo vệ hệ gen của virus.
Như vậy, 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).
Hình 2.2. Cấu trúc hệ gen của virus cúm type A
Nguồn: Murphy and Webster (1996)
2.4.2. Kháng nguyên của virus cúm gia cầm
2.4.2.1. 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).
Sự kết hợp của HA với thụ thể đặc hiệu (glycoprotein chứa sialic acid) trên bề mặt màng tế bào, khởi đầu quá trình xâm nhiễm của virus trên vật chủ giúp cho virus xâm nhập, hịa màng và giải phĩng RNA hệ gen thực hiện quá trình nhân lên ở trong tế bào cảm nhiễm. Quá trình kết hợp phụ thuộc vào sự phù hợp cấu hình khơng gian của thụ thể chứa acid sialic của tế bào đích với vị trí gắn với
thụ thể này trên phân tử HA của virus cúm, quyết định sự xâm nhiễm dễ dàng của virus ở các lồi vật chủ khác nhau (Wagner et al., 2002). Vị trí acid amin 226 (aa226) của HA1 được xác định là vị trí quyết định phù hợp gắn HA với thụ thể đặc hiệu của nĩ, ở hầu hết các chủng virus cúm A lưu hành trong tự nhiên vị trí này là Glycine, thích ứng với thụ thể Gal α-2,3 sialic acid (chứa sialic acid liên kết với nhĩm hydroxyl (4-OH) của galactose ở gĩc quay α-2,3) của tế bào biểu mơ đường hơ hấp của chim và gia cầm. Ngồi ra, một số vị trí acid amin khác: Glutamine 222, Glycine 224 cũng cĩ sự liên quan chặt chẽ đến khả năng thích ứng với thụ thể chứa sialic acid bề mặt màng tế bào chủ (Luong and Palese, 1993).
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 vacxin phịng cúm hiện nay (Bosch et al., 1998).
2.4.2.2. 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 vacxin phịng cúm hiện nay cho người và gia cầm (Suarez and Schultz- Cherry, 2000; Wu et al., 2008).
2.4.2.3. 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 và Mc Cauley, 2001).
Hiện tượng lệch kháng nguyên và glycosyl hĩa xảy ra liên tục theo thời gian, cịn hiện tượng trộn kháng nguyên cĩ thể xảy ra với tất cả các chủng của virus cúm A, khi đồng nhiễm trong một tế bào ở tất cả các lồi vật chủ khác