ĐẠI CƯƠNG VIRUS

 

 

1. Đặc điểm chung 

Virus là nhóm vi sinh vật chưa có cấu tạo tế bào, có kích thước vô cùng nhỏ bé, có thể chui qua màng lọc vi khuẩn. Nhờ sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật hiển vi điện tử, siêu ly tâm, nuôi cấy tế bào ... những nghiên cứu về virus đã được đẩy mạnh, phát triển thành một ngành khoa học gọi là virus học (Virology). 

Virus là vi sinh vật không có đầy đủ enzym chuyển hóa và hô hấp tế bào, nên không có khả năng sống độc lập mà phải sống ký sinh trong các tế bào khác từ vi khuẩn cho đến tế bào động vật, thực vật và người, gây các loại bệnh hiểm nghèo cho các đối tượng mà chúng ký sinh. Ví dụ như bệnh AIDS. 

Virus là nhóm vi sinh vật được phát hiện ra sau cùng trong các nhóm vi sinh vật chính vì kích thước nhỏ bé và cách sống ký sinh của chúng. 

Người phát hiện ra virus lần đầu tiên là nhà bác học người Nga - Ivanôpski. Ông là một chuyên gia nghiên cứu về bệnh khảm ở cây thuốc lá. Khi nghiên cứu về bệnh này ông đã phát hiện ra rằng: Dịch lọc của lá cây bị bệnh khi cho qua màng lọc vi khuẩn vẫn có khả năng gây bệnh. Từ đó ông rút ra kết luận: Nguyên nhân gây bệnh đốm thuốc lá phải là một loại sinh vật nhỏ hơn vi khuẩn. Phát hiện này được công bố năm 1892, 6 năm sau, năm 1898, nhà khoa học người Hà Lan Beijerinck cũng nghiên cứu về bệnh khảm thuốc lá và có những kết quả tương tự, ông đặt tên mầm gây bệnh khảm thuốc lá là virus. Tiếp đó người ta phát hiện ra một số virus khác gây bệnh cho động vật và người. Đến năm 1915 đã phát hiện ra virus ký sinh trên vi khuẩn, gọi là thực khuẩn thể (Bacteriophage). 

 

2. Hình thái và cấu trúc của virus

 

2.1. Hình thái và kích thước

 

Virus có kích thước rất nhỏ bé, có thể lọt qua màng lọc vi khuẩn, chỉ có thể quan sát chúng qua kính hiển vi điện tử. Kích thước từ 20 x 30 đến 150 x 300 nanomet (1 nm = 10-6 mm). Nhờ kỹ thuật hiển vi điện tử, người ta phát hiện ra

 

3 loại hình thái chung nhất của virus. Đó là hình cầu, hình que và hình có đuôi (hình tinh trùng). 

 

Hình que điển hình là virus đốm thuốc lá (virus VTL), chúng có hình que dài với cấu trúc đối xứng xoắn. Các đơn vị cấu trúc xếp theo hình xoắn quanh 1 trục, mỗi đơn vị gọi là capsomer.

 

Loại hình cầu điển hình là một số virus động vật. Các đơn vị cấu trúc xếp theo kiểu đối xứng 4 mặt, 8 mặt hoặc 20 mặt.

 

Loại có hình dạng có đuôi phổ biến hơn cả là các virus ký sinh trên vi khuẩn gọi là thực khuẩn thể hoặc bacteriophage. Loại hình dạng này phần đầu có cấu trúc đối xứng khối phần đuôi là có cấu trúc đối xứng xoắn.

 

2.2. Cấu trúc điển hình của virus 

 

2.2.1. Cấu trúc cơ bản: 

Cấu trúc cơ bản còn gọi là cấu trúc chung của virus, bao gồm hai thành phần chính hầu hết các virus đều phải có: 

 

- Acid nucleic: Mỗi virus hoàn chỉnh đều có một trong hai loại acid nucleic, có thể là ADN hoặc ARN. Những virus mang ADN đều là sợi kép, virus mang ARN chủ yếu là ở dạng sợi đơn. Acid nucleic của virus chỉ chiếm 1-2% trọng lượng virus và có các chức năng quan trọng như: 

+ Mang toàn bộ thông tin di truyền đặc trưng cho từng virus. 

+ Quyết định khả năng gây nhiễm của virus trong tế bào cảm thụ. 

+ Quyết định sự nhân lên của virus trong tế bào cảm thụ. +

Mang tính bán kháng nguyên đặc hiệu của virus. 

 

- Vỏ capsid: là cấu trúc bao quanh acid nucleic. Vỏ capsid được cấu tạo bởi nhiều đơn vị cấu trúc (capsomer). Trong đó, mỗi capsomer được cấu tạo bởi vài phân tử protein và sắp xếp đặc trưng cho từng virus. Vỏ capsid có thể sắp xếp đối xứng xoắn, đối xứng khối hoặc đối xứng phức hợp. Vỏ capsid của virus có chức năng đặc trưng sau: 

+ Bảo vệ acid nucleic. 

+ Giữ cho virus có hình thể và kích thước nhất định. 

+ Tham gia vào quá trình hấp phụ của virus vào những vị trí đặc hiệu của tế bào cảm thụ (nếu virus không có vỏ envelop). 

+ Mang tính kháng nguyên đặc hiệu. 

 

2.2.2. Cấu trúc đặc biệt: 

Còn gọi là cấu trúc riêng chỉ có ở một số virus. 

 

- Vỏ bao ngoài (envelope):

 

Một số virus có vỏ bao ngoài bao quanh vỏ capsid và được gọi là envelope. Lớp vỏ này có bản chất là một phức hợp lipoprotein. Trên vỏ bao ngoài của một số virus còn có những gai nhú có bản chất là glycoprotein mang những chức năng và tính kháng nguyên đặc trưng. Ví dụ: gp 120 của HIV hoặc Heamagglutinin và Neuraminidase của virus cúm. Chức năng của bao ngoài: 

+ Tham gia vào quá trình hấp phụ của virus lên màng tế bào cảm thụ. 

+ Tham gia vào quá trình lắp ráp và giải phóng virus ra khỏi tế bào. 

+ Tham gia vào sự hình thành tính ổn định kích thước của virus. 

+ Mang tính kháng nguyên đặc hiệu trên bề mặt virus. 

 

- Enzym: Virus không có enzym chuyển hoá và hô hấp tế bào nhưng có thể có một số enzym đặc trưng. Ví dụ: enzym Neuraminidase của virus cúm, enzym 

sao chép ngược RT (Reverse Transcriptase) của HIV… Enzym cấu trúc mang

tính kháng nguyên riêng đặc hiệu cho mỗi virus.

 

3. Quá trình nhân lên của virus 

Virus chỉ nhân lên được trong tế bào cảm thụ. Virus chỉ huy tế bào tổng hợp ra các thành phần cấu trúc của virus. Quá trình nhân lên qua các giai đoạn: 

 

3.1. Giai đoạn hấp phụ lên bề mặt tế bào chủ 

Virus gặp được tế bào cảm thụ, chúng sẽ gắn vị trí cấu trúc đặc trưng có trên bề mặt của virus vào điểm tiếp nhận (receptor) đặc hiệu của tế bào cảm thụ. Ví dụ: các gai nhú gp 120 của HIV được gắn vào receptor CD4 của tế bào lympho T. 

 

3.2. Giai đoạn xâm nhập 

 

Virus xâm nhập tế bào bằng nhiều cách (ẩm bào, hoà màng). 

- Hình thức ẩm bào được thực hiện bởi sự xâm nhập của virus không có vỏ envelope vào tế bào chủ. Đó là virus đẩy lõm màng tế vào trong và xâm nhập vào tế bào chất. Tại tế bào chất, một số enzym cởi vỏ của tế bào sẽ giúp virus cởi vỏ, giải phóng acid nucleic. 

- Hình thức hòa màng xảy ra với virus có vỏ envelope. Đó là virus hòa vỏ envelope với màng tế bào và xâm nhập vào tế bào chất. Tại tế bào chất, một số enzym cởi vỏ của tế bào sẽ giúp virus cởi vỏ, giải phóng acid nucleic. Tuy nhiên, ở một số virus không có vỏ envelope có enzym làm thủng màng tế bào và vỏ capsid của virus có vai trò co bóp bơm acid nucleic qua vách tế bào vào nguyên sinh chất. 

 

3.3. Giai đoạn tổng hợp các thành phần cấu trúc của virus

 

Các giai đoạn nhân lên của virus trong tế bào chủ

 

Đây là giai đoạn phức tạp nhất của qúa trình nhân lên của virus và phụ thuộc vào loại acid nucleic của virus. Sau khi acid nucleic xâm nhập vào bào tương tế bào chủ, nó sẽ xâm nhập vào trong nhân và virus gắn vào ADN của tế bào cảm thụ, đồng thời điều khiển tế bào tổng hợp toàn bộ những chất cần thiết cho sự hình thành các hạt virus mới. Ví dụ: ARN của HIV vào tế bào cảm thụ (lympho), nhờ enzym sao chép ngược RT (Reverse Transcriptase) tổng hợp nên ADN trung gian. ADN này tích hợp vào nhiễm sắc thể của tế bào cảm thụ và là khuôn mẫu để tổng hợp nên ARN của virus và đây cũng là mARN để tổng hợp nên các protein cấu trúc cần thiết của virus (cấu tạo nên vỏ capsid; enzym và thành phần gai nhú hay envelope nếu có). 

 

3.4. Giai đoạn lắp rắp 

Thành phần cấu trúc của virus sau khi được tổng hợp được do nhờ enzym cấu trúc của virus hoặc enzym của tế bào cảm thụ, chúng sẽ lắp ráp lại thành những hạt virus mới (chỉ bao gồm: acid nucleic, vỏ capsid và enzym nếu có). 

3.5. Giai đoạn giải phóng 

Tuỳ theo chu kỳ nhân lên của từng loại virus mà sau vài giờ đến vài ngày, virus giải phóng khỏi tế bào cảm thụ bằng một trong hai hình thức: 

- Phá vỡ tế bào: bị phá vỡ giải phóng hàng loạt virus ra khỏi tế bào để lại xâm nhập vào tế bào khác tiếp tục một chu kỳ mới. Những virus giải phóng theo hình thức này không có vỏ envelope. 

- Virus giải phóng ra khỏi tế bào theo kiểu nẩy chồi: đó là, từng hạt virus ra khỏi tế bào bằng cách đẩy lồi màng tế bào và mang đi mảnh màng tế bào chủ để làm vỏ envelope. 

 

4. Hậu quả của sự tương tác giữa virus và tế bào 

 

4.1. Huỷ hoại tế bào 

Sau khi virus nhân lên trong tế bào thì hầu hết các tế bào bị phá huỷ. Có thể đánh giá sự phá huỷ tế bào bằng hiệu quả gây bệnh cho tế bào hoặc các ổ tế bào bị hoại tử. Mỗi ổ tế bào hoại tử đó được gọi là một đơn vị plaque. Biểu hiện của các bệnh nhiễm trùng do virus là sự huỷ hoại tế bào. Một số tế bào có thể sau khi nhiễm virus chưa bị huỷ hoại nhưng chức năng tế bào sẽ bị thay đổi. 

 

4.2. Sự sai lạc nhiễm sắc thể của tế bào 

Sau khi virus nhân lên trong tế bào, nhiễm sắc thể của tế bào có thể bị gẫy, bị sắp xếp lại gây ra hậu quả: 

- Dị tật bẩm sinh: Phụ nữ có thai trong những tháng đầu bị bệnh do virus có thể làm sai lạc nhiễm sắc thể gây dị tật bẩm sinh cho thai nhi. 

- Sinh khối u: Virus có thể làm thay đổi kháng nguyên bề mặt tế bào làm mất khả năng ức chế do tiếp xúc khi tế bào sinh sản. 

 

4.3. Tạo ra các hạt virus không hoàn chỉnh 

Đó là các hạt virus thiết hụt, không có khả năng gây nhiễm cho tế bào nhưng có thể chiếm acid nucleic của virus tương ứng để trở nên gây bệnh.

 

4.4. Tạo ra tiểu thể trong tế bào 

Các virus hoặc các thành phần của virus chưa được lắp ráp không được giải phóng ra khỏi tế bào mà tồn tại trong nguyên sinh chất tạo ra các tiểu thể gây tổn thương cho tế bào. Ví dụ tiểu thể Neigri ở tế bào thần kinh bệnh nhân dại. Cũng có thể là các hạt phản ứng của tế bào khi nhiễm virus. Các tiểu thể này có thể nhuộm soi dưới kính hiển vi quang học. 

 

4.5. Hậu quả của sự tích hợp genom của virus vào ADN của tế bào.

 

ADN của virus hoặc ADN trung gian tích hợp vào ADN tế bào có thể dẫn tới các hậu quả:

 

- Tạo nên các khối u hoặc ung thư do sau tích hợp tế bào sẽ sinh sản quá mức vì virus mang theo gen ung thư hoặc kích thích gen ung thư của tế bào hoạt động. Những tế bào ung thư sẽ bị thay đổi kháng nguyên bề mặt.

 

- Tạo nhiễm trùng virus tiềm tan: Các virus ôn hoà xâm nhập vào tế bào, genom của virus sau khi tích hợp vào ADN của tế bào sẽ được phân chia với tế bào. Các tế bào mang gen virus đó khi gặp những kích thích sinh học, hoá học, lý học thì sẽ trở thành virus độc lực có thể gây ly giải tế bào. Những tế bào tiềm tan đó có khả năng bị ly giải và được gọi là tế bào mang provirus (tiền virus)

 

4.6. Sản xuất interferon

 

Interferon là một protein do những tế bào cảm thụ với virus sinh sản ra, interferon ức chế hoạt động của mARN nên ức chế tổng hợp protein của virus. Sự hình thành interferon không bảo vệ được tế bào tổn thương bởi virus nhưng ngăn cản sự lan toả của qúa trình nhiễm virus sang tế bào lân cận. Do vậy, interferon được sử dụng như một chất điều trị không đặc hiệu cho mọi nhiễm trùng do virus.