Chương 2 : Tổng quan tài liệu
2.3 Khái quát về thực khuẩn thể trong phòng trừ sinh học
2.3.3 Đặc điểm của thực khuẩn thể
TKT rất thường gặp trong tự nhiên, là loại sinh vật phổ biến và đa dạng nhất. Chúng tồn tại rất phong phú trong tất cả sinh vật sống: động vật, thực vật, cơn trùng, vi khuẩn (Kurtboke, 2012) và có liên quan trực tiếp đến mật số của vi khuẩn ký chủ. Khơng có vi khuẩn nào trong đất mà khơng có lồi TKT tương ứng.
TKT có bộ gen cấu tạo từ các acid nucleic là DNA hoặc RNA có sợi đơn hay sợi đơi dưới dạng mạch vịng hay mạch thẳng, được bao bọc bởi lớp vỏ protein (capsid) và đôi khi có các lớp màng bao được cấu tạo phức tạp gồm các carbohydrat, lipid, protein. Với sự khám phá của kính hiển vi điện tử, TKT được quan sát đầu tiên vào năm 1940. Sau đó, các nghiên cứu về hình thái của TKT đã được thực hiện, TKT có hình dạng trịn hoặc hình bầu dục dưới dạng que dày hay mỏng dài, có thể linh động hoặc cứng, có kích thước dao động từ 20 nm đến 500 nm. Một số TKT có đầu đa diện và có đi (Hình 2.7) (Kurtboke, 2012).
Hình 2.7: Cấu trúc của thực khuẩn thể T4 (Trái); thực khuẩn thể T4 dưới kính hiển
17
Bộ gen của TKT có thể mã hóa từ một vài gen cho đến hàng trăm gen nằm ở giữa tạo thành lõi, là nơi lưu trữ thông tin di truyền và điều khiển quá trình tổng hợp các thành phần cấu tạo nên thực khuẩn thể khi đã xâm nhập vào tế bào chủ (Hình 2.7) (Grath & Sinderen, 2007).
Vỏ capsid bên ngoài bao gồm các đơn vị capsome (hạt capsid) được cấu tạo từ protein chúng mang các kháng nguyên có chức năng bảo vệ và giúp thực khuẩn thể bám vào tế bào chủ. Hình thái của chúng được quan sát dưới kính hiển vi điện tử có dạng đối xứng xoắn, đối xứng 20 mặt (đối xứng đẳng trục) hoặc đối xứng phức hợp (Hình 2.7) (Hịa & Sơn, 2008). Khi quan sát đồng thời của các hạt có hình lục giác và ngũ giác đã thu được dạng hình khối hai mươi mặt của vỏ capsid (Ackermann, 2009).
Lõi acid nucleic và vỏ capsid hợp lại với nhau tạo thành một cấu trúc gọi là nucleocapsid, một kết cấu cơ bản của thực khuẩn thể. Ở một số thực khuẩn thể khá phức tạp, bên ngồi vỏ capsid cịn có một màng bao (hay cịn gọi là vỏ ngoài) cấu tạo bởi chuỗi polypeptide hay lipoprotein. Màng bao thực chất là màng tế bào của vật chủ nhưng đã bị cải tạo để mang tính kháng nguyên đặc trưng cho TKT, có thể bị phá hủy bởi các dung mơi hịa tan lipid (cồn, ether,…) (Hòa & Sơn, 2008).
TKT nhân mật số bên trong vi khuẩn sau khi đưa vật liệu di truyền vào bên trong tế bào chất của vi khuẩn (Grath & Sinderen, 2007). Các tính năng chính của TKT là làm tan tế bào. Một số TKT có thể gây nhiễm độc mãn tính suốt đời đối với vi khuẩn, TKT vẫn tiếp tục tái tạo cơ thể mới mặc dù cơ chế phòng vệ của ký chủ vẫn còn tồn tại (Kurtboke, 2012).
Các TKT tồn tại dưới hai giai đoạn trong vịng đời của chúng: bên ngồi và bên trong các tế bào của vật chủ. Ở bên ngoài tế bào chúng tồn tại dưới dạng nghỉ trong một thời gian dài ở điều kiện khắc nghiệt, lúc đó chúng được gọi là những thực thể trơ (virion) khơng có khả năng sinh sản bởi thiếu các nguyên liệu và thiết bị để tự tái tạo bộ gen và các protein cần thiết. TKT có hai cơ chế xâm nhiễm đặc trưng: làm tan tế bào (lytic), không làm tan tế bào (lysogenic), tương ứng với hai chu trình sinh sản của TKT: chu trình sinh tan (lytic cycle) và chu trình tiềm tan (lysogenic cycle) (Hình 2.8) (Kurtboke, 2012).
TKT độc (virulent phage) là TKT khi ký sinh và xâm nhiễm vào tế bào vi khuẩn chỉ xảy ra chu trình phân giải hay cịn gọi chu trình sinh tan. TKT sẽ bơm DNA của chúng vào tế bào vi khuẩn rồi điều khiển tế bào vi khuẩn tổng hợp lõi acid nucleic và vỏ capsid sau đó ráp chúng lại thành nhiều TKT mới,
18
sau đó những TKT đó phá vỡ tế bào vi khuẩn và được phóng thích ra bên ngồi, q trình này được xảy ra trong vài phút đến vài giờ tùy loại TKT (Hình 2.8) (Kutter & Sulakvelidze, 2004).
Hình 2.8: Chu trình sinh tan và chu trình tiềm tan (Kurtboke, 2012 )
TKT ơn hịa (temperate phage) là TKT mà trong quá trình ký sinh của chúng có diễn ra chu trình tiềm tan. Bộ gen của thực khuẩn thể sẽ tích hợp vào bộ gen của vi khuẩn, tại đó gen của TKT được sao chép bị động khi bộ gen vi khuẩn tái bản, lúc này TKT tương đối vơ hại, thậm chí có thể xem chúng như một plasmid. TKT sẽ không hoạt động cho đến khi môi trường sống của vi khuẩn trở nên xấu đi (thiếu chất dinh dưỡng, nhiều độc chất,…) sau đó, thể tiền phage (prophages) sẽ bắt đầu chu trình phân giải để hình thành TKT mới và giết chết tế bào ký chủ. Ở giai đoạn tiềm tan, vi khuẩn vẫn còn tồn tại và sinh sản, chúng chỉ bị biến đổi các đặc tính di truyền (Hình 2.8) (Kutter & Sulakvelidze, 2004).
Để phân biệt được TKT độc hay ơn hịa, phương pháp giải trình tự bộ genome của TKT được áp dụng, TKT ơn hịa sẽ có sự hiện hiện gen quy định enzyme intergrase giúp TKT chèn nucleic acid của chúng vào bộ sợi nhiễm sắc thể của vi khuẩn (Sabour & Griffiths, 2010).
19