Virus không thể tự thực hiện sao chép trong bản thân của chúng. Chúng phải xâm nhập vào một tế bào, chiếm lấy các nội bào quan của tế bào và “chỉ đạo” các bào quan này sản xuất ra các enzym và protein cấu trúc của virus mới. Sau đó chúng sao chép ra vật liệu di truyền của virus thêm nhiều lần nữa sao cho một bản sao chép có thể đặt vào bên trong mỗi virus mới được tạo thành. Cuối cùng, chúng rời khỏi tế bào.
Để cho một virus thực hiện việc nẩy nở, chúng phải hoàn thành 4 bước sau:
1) Bám lên và thâm nhập vào bên trong tế bào chủ 2) Gỡ bỏ lớp vỏ bên ngoài của virus
3) Tổng hợp và lắp ráp các sản phẩm của virus (cũng như là gây ức chế sự tổng hợp AND, ARN và protein của tế bào chủ)
4) Giải phóng các virion từ tế bào chủ (bằng cách ly giải (lysis) hoặc nẩy chồi (bud))
Thâm Nhập
Gỡ Bỏ Lớp Vỏ Ngoài
23.15. Một bộ phận nhỏ của virus liên kết lên màng tế bào chủ. Đây thường là loại tác dụng tương hỗ đặc hiệu (specific interaction), trong đó một loại protein đã được mã hóa của virus trên lớp vỏ capsid hoặc một glycoprotein đã được gắn vào lớp vỏ bao ngoài của virion liên kết với một receptor ở trên màng tế bào chủ.
Không giống như virion bacteriophage (xem Chương 3 Di Truyền Học Vi Khuẩn) là chỉ tiêm vào bên trong tế bào chủ AND của chúng, thì những virus này đưa vào bên trong toàn bộ cấu trúc của chúng, vỏ capsid và acid nucleic. Quá trình thâm nhập vào bên trong xảy ra bằng cách nhập vào (endocytosis) hoặc hòa màng (fusion) của lớp vỏ bao ngoài của virion với lớp màng của tế bào chủ.
Acid nucleic được giải phóng từ vỏ capsid đi vào trong nhân hoặc tế bào chất.
Phiên Mã, Dịch Mã Và Sao Chép Nhóm Virus ARN
Đây là nhóm virus thường thực hiện quá trình phiên mã, dịch mã và sao chép ở trong tế bào chất.
Chuỗi ARN dương của virus có chức năng tương với ARN thông tin (mARN) đã được hình thành từ trước. Ngay khi chúng thâm nhập vào bên trong tế bào thì chúng đã sẵn sàng cho quá trình dịch mã. Những virus này ngay lập tức sử dụng các protein và enzym của ribosom của tế bào chủ để dịch mã chuỗi ARN dương của chúng thành một ARN polymerase phụ thuộc ARN để tạo ra những bản sao ARN chuỗi âm của chúng cho quá trình sao chép.
Chuỗi ARN âm của virus có một vấn đề nho nhỏ. Chúng không thể thực hiện quá trình dịch mã để trở thành protein bởi vì chúng là một chuỗi âm (một bản sao từ mARN) vì vậy chúng cần phải mang theo một enzym ARN polymerase phụ thuộc ARN của virus vào bên trong virion để đầu tiên là phải tạo ra một bản sao chép chuỗi dương, để sau đó những chuỗi này được dịch mã thành những protein của virus.
23.16. Quá trình sao chép chuỗi ARN dương của virus. Đầu tiên chuỗi ARN dương của virus phải tạo ra được enzym ARN polymerase phụ thuộc ARN bằng protein dịch mã chuỗi ARN dương của chúng (nó giống như là mARN). Sau đó polymerase vừa mới được tổng hợp có thể tạo ra chuỗi ARN âm và chuỗi ARN dương cho quá trình sao chép của ARN con.
23.17. Quá trình sao chép chuỗi âm ARN của virus. Virus gỡ bỏ lớp vỏ ngoài, giải phóng ra một virion được gắn kết với ARN polymerase, và việc đầu tiên là chuỗi âm (–) phải được phiên mã thành một chuỗi dương (+) (sử dụng enzym ARN polymerase). Sau đó chuỗi dương này có hoạt động tương tự như mARN và cũng phải trải qua cả quá trình phiên mã và dịch mã.
Retrovirus xứng đáng được đề cập riêng biệt ở đây. Không giống như những virus có chuỗi ARN dương đơn độc khác, loại virus này không vội vã thực hiện quá trình dịch mã ngay, mà thay vào đó là chúng mang theo một enzym AND polymerase phụ thuộc ARN đã được tạo ra trước đó (phiên mã ngược) để thực hiện quá trình phiên mã thành AND. Sau đó, đoạn mã AND này có thể được gắn trực tiếp vào bộ gen AND của túc chủ. Tiếp đến là đoạn mã AND này có thể được phiên mã thành mARN và tạo ra các protein của virus hoặc ARN để hình thành nên bộ gen của các virus đang nẩy nở.
Nhóm Virus AND
Quá trình phiên mã và sao chép thường xảy ra ở trong nhân tế bào.
23.18. Quá trình sao chép của nhóm virus AND. Vật liệu di truyền của nhóm virus AND có khuynh hướng phức tạp hơn nhiều so với nhóm virus ARN. Do đó, quá trình phiên mã của nhóm virus ADN được chia thành quá trình phiên mã rất sớm, sớm và muộn. Một khái niệm quan trọng nữa đó là sự hoạt động AND của virus tượng tự như bộ gen của chúng ta. Các đoạn AND được phiên mã ở trong nhân để hình thành nên mARN (chúng được xử lý rồi nối lại với nhau). Sau đó, mARN di chuyển đến tế bào chất (mạng lưới nội chất), nơi mà quá trình dịch mã được thực hiện.
Giai đoạn rất sớm và sớm: mARN được phiên mã đầu tiên để mã hóa các enzym và protein cần thiết cho quá trình sao chép ADN và cho cả quá trình phiên mã mARN sau này.
Giai đoạn muộn: mARN thường được phiên mã sau khi quá trình sao chép AND của virus đã bắt đầu và đoạn mARN này được phiên mã từ AND của “con cháu”. Cấu trúc protein của vỏ capsid được tổng hợp từ bộ gen mARN ở giai đoạn muộn này.
Lắp Ráp Và Phóng Thích
Thành phần của các protein và bộ gen (ARN và AND) được lắp ráp thành virion có dạng xoắn ốc hoặc khối đa diện đều. Sau đó những virion này được phóng thích ra ngoài.
Nhóm virion trần: Tế bào có thể ly giải và giải phóng ra các virion, hoặc virion có thể được phóng thích bằng cách đảo ngược sự thực bào (xuất bào).
Nhóm virion có vỏ bọc: là những virion trần mới được hình thành được “mặc quần áo” bằng cách đi qua bộ máy Golgi, màng nhân hoặc màng tế bào chất, làm đứt một phần lớp lipid kép của tế bào chủ khi chúng thoát ra.
Kết Cục Của Tế Bào Chủ
Chết: Với sự xâm nhiễm của virus, chức năng của tế bào chủ bị bất hoạt vì tế bào được huy động cho quá trình sao chép của virus. Điều có thể làm cho tế bào bị chết đi.
Biến tính: Sự nhiễm khuẩn của virus có thể kích hoạt hoặc đưa vào các gen sinh ung (oncogene). Điều này dẫn đến sự tăng trưởng không thể kiểm soát và ngăn cản của tế bào.
Nhiễm khuẩn tiềm tàng (latent infection): Virus có thể tồn tại trong trạng thái ngủ, tồn tại nhưng không gây biểu hiện nhiễm khuẩn trên lâm sàng. Có rất nhiều yếu tố có thể dẫn đến sự tái hoạt động của virus.
Nhiễm khuẩn mạn tính chậm: Có một vài loại virus sẽ chỉ gây ra bệnh lý sau nhiều năm, thường là khoảng chục năm.
288