Virus cúm A ký sinh nội bào bắt buộc, quá trình xâm nhiễm và nhân lên của virus xảy ra chủ yếu ở các tế bào biểu mô đường hô hấp, đường tiêu hóa của cơ thể nhiễm (Murphy và Webster, 1996) [113], (Nicholson và cs, 2003) [118].
Quá trình xâm nhiễm của virus cúm A được mở đầu bằng sự kết hợp của HA và thụ thể thích ứng của nó trên bề mặt tế bào chủ, tiến hành nhập bào tạo endosom, dung hợp giữa vỏ ngoài của virus với màng endosom (quá trình này thực hiện được nhờ HA trồi lên khi pH trong endosom thấp), giải phóng hệ gen của virus vào trong
bào tương của tế bào nhiễm, nhân lên trong tế bào nhiễm, và cuối cùng là giải phóng các hạt virus trưởng thành (Lê Thanh Hòa và cs, 2008) [11], (Phạm Văn Ty,
2007) [31] (Hình 1.8).
Quá trình nhân lên của virus cúm A trong tế bào vật chủ có những đặc điểm cơ bản sau:
- RNA của virus cúm A chỉ nhân lên trong nhân 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 phóng các hạt virus ra khỏi tế bào nhiễm nhờ vai trò của enzym neuraminidase. Thời gian một chu trình xâm nhiễm và giải phóng các hạt virus mới của virus cúm chỉ khoảng vài giờ (trung bình 6 giờ).
Sự tạo thành các hạt virus mới không 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 (apoptosis) làm tổn thương mô của cơ thể vật chủ (Webster, 1998) [156], (Uiprasertkul và cs, 2007) [149].
- Sau khi giải phóng vào trong bào tương tế bào nhiễm, hệ gen của virus sử dụng bộ máy sinh học của tế bào tổng hợp các protein của virus và các RNA vận chuyển phụ thuộc RNA (RNA-dependent RNA transcription). Phức hợp protein – RNA của virus được vận chuyển vào trong nhân tế bào (Basler, 2007) [38].
- Trong nhân tế bào các RNA hệ gen của virus tổng hợp nên các sợi dương từ khuôn là sợi âm của hệ gen virus, từ các sợi dương này chúng tổng hợp nên RNA hệ gen của virus mới nhờ RNA-polymerase. Các sợi này không được Adenine hóa (gắn thêm các Adenine)ở đầu 5’- và 3’-, chúng kết hợp với nucleoprotein (NP) tạo thành phức hợp ribonucleoprotein (RNP) hoàn chỉnh và được vận chuyển ra bào tương tế bào. Đồng thời, các RNA thông tin của virus cũng sao chép nhờ hệ thống enzym ở từng phân đoạn gen của virus, và được enzym PB2 gắn thêm 10-12 nucleotide Adenineở đầu 5’-, sau đó được vận chuyển ra bào tương và dịch mã tại lưới nội bào có hạt để tổng hợp nên các protein của virus (Hình 1.8).
- Các phân tử NA và HA của virus sau khi tổng hợp nhờ bộ máy Golgi được vận chuyển gắn lên mặt ngoài của màng tế bào nhiễm, gọi là hiện tượng “ nảy chồi” của virus. NP sau khi tổng hợp được vận chuyển trở lại nhân tế bào để kết hợp với RNA thành RNP của virus. Sau cùng các RNP của virus được hợp nhất với vùng “nảy chồi”, tạo thành các “chồi” virus gắn chặt vào màng tế bào chủ bởi liên kết giữa HA với thụ thể chứa acid sialic. Các NA phân cắt các liên kết này và giải phóng các hạt virus trưởng thành tiếp tục xâm nhiễm các tế bào khác (Murphy và Webster, 1996) [113], (Nayak và cs, 2004) [115].
1.2.4Các phương thức biến đổi kháng nguyên của virus cúm A
Đặc điểm cơ bản của virus cúm A là hệ gen luôn biến đổi, thay đổi kháng nguyên theo thời gian giúp cho virus lưu hành rộng rãi trong tự nhiênở nhiều loài vật chủ khác nhau (Murphy và Webster, 1996) [113]. Có ba phương thức chủ yếu làm biến đổi kháng nguyênở virus cúm A là: i) lệch kháng nguyên; ii) trộn kháng nguyên và iii) glycosyl hóa(Wu và cs, 2008b) [161].
1.2.4.1 Hiện tượng lệch kháng nguyên
Lệch kháng nguyên (antigenic drift) thực chất là các đột biến điểm xảy ra trong các phân đoạn gen/hệ gen của virus. Do virus cúm A ký sinh nội bào bắt buộc, không có cơ chế “đọc và sửa bản sao – proof reading” trong quá trình phiên
mã và sao chépở nhân tế bào đích. Sự thiếu hụt enzym sửa chữa RNA dẫn đến các enzym sao chép phụ thuộc RNA sẽ có thể “gài” thêm (đột biến giãn nở), làm mất đi hoặc thay thế (đột biến trượt-xoá) (Lê Thanh Hòa và cs, 2005) [8] một hay nhiều nucleotide mà không được sửa chữa trong phân tử RNA chuỗi đơn mới của virus
(Murphy và Webster, 1996) [113], (Conenello và cs, 2007) [50]. Tuỳ thuộc vị trí xảy ra các đột biến trong bộ ba mã hóa, mà có thể trực tiếp làm thay đổi các amino acid trong trình tự của protein được mã hóa 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 suất 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 có 1 nucleot ide sai khác(Webster, 1998) [156], (Rabadan và cs, 2006) [126]. Như vậy, gần như mỗi hạt virus mới được sinh ra đều chứa một đột biến điểm trong hệ gen của nó, và các đột biến này được tích lũy qua nhiều thế hệ virus sẽ làm xuất hiện một phân týp virus mới có những đặc tính kháng nguyên mới có thể bị sai lệch (Hình 1.9).
ĐỘT BIẾN ĐIỂM Không có cơ chế đọc-sửa bản sao
Quá trình sao chép nhân lên dưới xúc tác của RNA polymerase
Sao chép trong tế bào chủ
Dịch mã Protein đột biến
Hình 1.9: Sơ đồ minh họa đột biến điểm
Hiện tượng lệch kháng nguyên thường xảy ra ở các phân đoạn gen kháng nguyên HA và NA, tạo ra các bộ mã tổng hợp các amino acid mới, hoặc làm thay đổi cấu trúc dẫn đến thay đổi đặc tính của protein đó, hoặc có khả năng glycosyl hoá 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 (Webster, 1998) [156], (Macken và cs, 2006) [105], (Chen và cs, 2008) [47].
1.2.4.2 Hiện tượng trộn kháng nguyên
Hiện tượng trộn (còn gọi là trao đổi hay tái tổ hợp) các gen kháng nguyên (antigenic shift) chỉ có ở virus cúm, và rất ít ở một số virus RNA gây bệnh gia cầm khác, cho phép virus có khả năng biến chủng rất cao. Hệ gen gồm 8 phân đoạn gen riêng biệt của virus cúm A được 2 chủng virus cúm A khác nhau khi đồng nhiễm trong một tế bào trao đổi cho nhau, để có thể xảy ra sự hoà trộn (reassort) hoặc trao
đổi (swap) các phân đoạn gen của hai chủng virus đó 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.
Màng tế bào 8 phân đoạn gen
TRỘN KHÁNG NGUYÊN
Chủng virus mới được tạo ra do hòa trộn các phân đoạn gen
TẾ BÀO
Hình 1.10: Sơ đồ minh họa đột biến tái tổ hợp
Kết quả là tạo ra thế hệ virus mới có các phân đoạn gen kết hợp, và đôi khi giúp cho chúng có khả năng lây nhiễm ở loài vật chủ mới hoặc gia tăng độc lực gây bệnh (Murphy và Webster, 1996) [113], (Hilleman, 2002) [76], (Macken và cs, 2006) [105], (Chen và cs, 2008) [47](Hình 1.10). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1.2.4.3 Hiện tượng glycosyl hóa
Glycosyl hoá (glycosylation) là sự gắn kết của một chuỗi carbonhydrate (oligosaccharide) vào với amino acid asparagin (N) ở một số vị trí nhất định trong chuỗi polypeptide HA hay NA, hay một số polypeptide khác của virus cúm. Thông thường chuỗi oligosaccharide được gắn tại vị trí N-X-S/T (N = Asparagin; X = amino acid bất kỳ, trừ Prolin; S/T = Serin hoặc Threonin) (Baigent và Cauley, 2001) [37]. Đây là những vị trí được cho là gắn kết với các kháng thể được cơ thể sinh ra do kích thích của kháng nguyên, nhằm bảo vệ cơ thể nhiễm. Hiện tượng lệch kháng nguyên sinh ra đột biến điểm hình thành bộ mã của asparagin, tạo tiền đề cho hiện tượng glycosyl hoá xảy ra khi tổng hợp chuỗi polypeptide HA hay NA, làm thay đổi biểu hiện đặc tính kháng nguyên của HA và NA, giúp cho virus thoát khỏi tác động miễn dịch bảo hộ của cơ thể chủ và điều hoà sự nhân lên của virus
(Baigent và Cauley, 2001) [37].
Hiện tượng “lệch kháng nguyên” và “glycosyl hóa” xảy ra liên tục theo thời gian, còn hiện tượng “trộn kháng nguyên” có thể xảy ra với tất cả các chủng của
virus cúm A, khi đồng nhiễm trong một tế bàoở tất cả các loài vật chủ khác nhau. Đây chính là vấn đề đáng lo ngại của virus cúm A/H5N1 hiện nay, mặc dù virus này chưa có sự thích nghi lây nhiễm dễ dàngở người, nhưng nó có khả năng gây bệnh cho người, và rất có thể virus cúm A/H5N1 tái tổ hợp gen HA hay NA, hoặc cả hai gen của các chủng virus cúm A đã thích nghi ở người, để tạo ra một biến chủng virus mới thích ứng lây nhiễm dễ dàng ở người, gây ra nguy cơ của một đại dịch cúm mới và đặt ra một định hướng mới trong phòn g chống (Hilleman, 2002) [76], (Guan và cs, 2004) [72], (Li và cs, 2004) [97], (Korteweg và Gu, 2008) [90].
1.3 TIẾN HÓA HỆ GEN VIRUS CÚM A/H5N11.3.1 Sự tiến hóa của virus cúm A/H5N1