5 BÀI 2. VIRUT HỌC Virut là phần tử rất nhỏ, có đặc trưng của sự sống, đại diện cho vật chất sống thấp nhất trong thế giới vi sinh vật. Đặc điểm chung của Virut: - Có kích thước vô cùng nhỏ bé, từ hàng chục đến hàng trăm nm. - Không có cấu tạo tế bào, chỉ là vật chất sống đơn giản chứa 1 loại axit nucleic (ADN/ARN), được bao bọc bằng một lớp protein. - Sống ký sinh nội bào một cách tuyệt đối, tách khỏi tế bào chủ virut không tồn tại được (do virut không có trao đổi chất, không có enzim hô hấp và en zim chuyển hoá). - Không sinh sản trong môi trường dinh dưỡng bình thường. - Có khả năng tạo thành tinh thể. Virut là tên chung chỉ loài vi sinh vật gây bệnh. Tuỳ từng lúc, tuỳ từng giai đoạn, chức năng của chúng mà virut có thể chia ra:  Vrion (hạt virus).  Vegitative virus (virus dinh dưỡng) .  Viroit (sợi virus.)  Virut thiếu hụt (defective virus).  Giả Virut (Pseudovirion). I. Hình thái, kích thước của virut: Virut chưa có cấu tạo tế bào, mỗi virut không thể gọi là một tế bào mà được gọi là hạt virut hay virion. Đây là một virut có cấu trúc hoàn chỉnh. Virut có các hình thái sau: - Hình cầu: phần lớn các virut gây bệnh cho người và động vật có dạng này. Ví dụ: virut cúm, quai bị, ung thư ở người và động vật. Dạng này có kích thước 100 – 150 nm. - Hình que: gồm hầu hết các virut gây bệnh cho thực vật như virut đốm thuốc lá, virut đốm khoai tây . Dạng này có kích thước 15 x 250 nm. - Hình khối: gồm các virut có nhiều góc cạnh, có cấu tạo phức tạp như: virut đậu mùa, virut khối u ở người và động vật, virut đường hô hấp. Dạng này có kích thước 30 – 300 nm. - Dạng tinh trùng (nòng nọc): gồm 2 phần đầu và đuôi, phần đầu có hình khối 6 cạnh, phần đuôi có dạng hình que. Đặc trưng cho dạng này là virut ký sinh trên vi khuẩn (Thực khuẩn thể = Bacteriophage = Phage), có kích thước 47 – 104 x 10 – 225 nm. II. Cấu trúc của virut: Gồm 2 phần: vỏ protein và lõi axit nucleic. Một số virut bên trong vỏ protein xen lẫn với axit nucleic còn có một lượng nhỏ protein, người ta gọi protein này là protein trong, còn protein vỏ là protein ngoài. 1. Vỏ capxit (Capside): 6 Bao quanh lõi axit nucleic là lớp vỏ capxit có bản chất là protein. Capxit được tạo thành từ những đơn vị hình thái (Capsomer). Mỗi capsomer là tập hợp các phân tử protein có phân tử lượng từ 18.000 – 38.000. Mỗi Capsit do hàng chục đến hàng trăm capsomer tạo thành. Các capsomer được sắp xếp đều đặn, trật tự và đối xứng nhau qua trục tưởng tượng chính giữa virut. Capxit có 3 kiểu cấu trúc: Cấu trúc xoắn, cấu trúc khối và cấu trúc phức tạp. - Cấu trúc xoắn có ở virut đốm thuốc lá, cúm, sởi, toi gà, quai bị, virut dại. Trong cấu trúc này, axit nucleic của virut xoắn thành hình loxo, còn các capsomer sắp xếp bên ngoài theo sát từng vòng một tạo thành ống xoắn. - Cấu trúc khối: có ở virut đường hô hấp, virut đường ruột, khối u, virut côn trùng Ở dạng này, axit nằm cuộn tròn chính giữa, các capsomer sắp xếp chặt chẽ tạo thành các mặt đa diện bao xung quanh. Các capsomer đối xứng nhau qua mặt cắt của khối đa diện theo một quy luật nhất định. - Cấu trúc phức tạp: gồm virut đậu mùa, thực khuẩn thể. Đối với loại virut này thì phần đầu có cấu trúc khối còn phần đuôi có cấu trúc xoắn. Chức năng của vỏ Capxit: - Bảo vệ lõi axit nucleic. - Giữ cho hình thái và kích thước của virut luôn ổn định. - Tham gia vào sự hấp phụ của virut vào vị trí đặc hiệu của tế bào chủ. - Mang tính kháng nguyên đặc hiệu của virut. - Chịu trách nhiệm về đối xứng của các hạt virut. 2. Lõi axit nucleic: Mỗi loại virut chứa một trong hai loại hoặc ADN hoặc ARN. - ADN của virut có 1 trong 2 dạng hoặc chuỗi đơn hoặc chuỗi kép và có thể có dạng sợi hay dạng vòng. - ARN của virut cũng có 1 trong 2 dạng hoặc chuỗi đơn hoặc chuỗi kép, trong đó chuỗi đơn chỉ có dạng sợi còn chuỗi kép chỉ có dạng vòng. Hầu hết virut thực vật chứa ARN sợi đơn là chính, thực khuẩn thể chứa ADN sợi kép là chính còn virut người và động vật thì mang ADN kép dạng sợi hoặc ARN đơn dạng sợi là chính. Ở các virut hình que thì axit nucleic sắp xếp như 1 mạch xoắn vòng giống như hình lò xo xoắn ốc. Đối với các virut hình khối, hình cầu hay phần đầu của thực khuẩn thể thì axit nằm cuộn tròn ở chính giữa như cuộn len rối. Mặc dù chỉ chiếm chiếm 1 – 2% khối lượng của hạt virut nhưng axit nucleic có chức năng đặc biệt quan trọng: + Mang mật mã di truyền đặc trưng cho từng virut. + Quyết định khả năng gây nhiễm của virut trong tế bào cảm thụ. + Quyết định chu kỳ nhân lên của virut trong tế bào cảm thụ. + Mang tính bán kháng nguyên đặc hiệu của virut. 3. Cấu trúc riêng: a. Cấu trúc bọc ngoài hay vỏ bọc ngoài (Envelop): 7 Một số virut bên ngoài vỏ capxit còn có 1 màng bao, cấu tạo bởi lipit và lipoprotein, trên màng bao còn có thể có thêm gai nhú (spike) bám xung quanh. Màng này thực chất là màng nguyên sinh chất của tế bào chủ đã bị virut cải tạo thành và mang tính kháng nguyên đặc trưng cho virut. Cấu trúc này thường gặp ở virut đậu mùa, virut HIV. Chức năng của vỏ bọc ngoài: - Tham gia vào sự hấp phụ của virut trên các vị trí thích hợp của tế bào cảm thụ. - Tham gia vào giai đoạn lắp ráp và giải phóng virut ra khỏi tế bào cảm thụ. - Giúp virut giữ kích thước ổn định. - Tạo nên kháng nguyên đặc hiệu trên bề mặt virut. b. Enzim: Trong thành phần cấu trúc của virut có 1 số enzim, đây là những enzim cấu trúc, chúng gắn với cấu trúc của hạt virut hoàn chỉnh. Thường gặp là enzim Neuraminidaza, ADN và ARN polymeraza, enzim sao chép ngược. c. Tiểu thể bao hàm (Inclusion): Trong các tế bào động vật, thực vật bị nhiễm virut có thể xuất hiện những hạt nhỏ trong nhân hoặc trong nguyên sinh chất. Bản chất của những hạt này là do các hạt virut không giải phóng khỏi tế bào, hoặc do thành phần cấu trúc của virut chưa được lắp ráp thành các hạt virut mới. Tiểu thể bao hàm có hình dạng và kích thước đặc biệt, có tính chất bắt màu đặc trưng cho từng loại virut cho nên nó có ý nghĩa lớn trong chẩn đoán bệnh. III. Quá trình nhân lên của virut trong tế bào cảm thụ: Quá trình nhân lên của virut bắt đầu từ khi virut hấp phụ lên bề mặt của tế bào cho đến lúc virut trưởng thành chui ra khỏi tế bào. Quá trình này chia làm 5 giai đoạn: - Giai đoạn virut hấp phụ lên bề mặt tế bào: Quá trình này được quyết định bởi mối tương tác giữa thụ thể của virut với thụ thể của tế bào. Sự hấp phụ chỉ xảy ra khi thụ thể của virut và tế bào hoàn toàn ăn khớp với nhau. Đây chính là lý do tại sao mỗi loại virut chỉ có thể hấp phụ và gây nhiễm cho một loại tế bào nhất định. - Giai đoạn virut xâm nhập vào tế bào: virut có thể xâm nhập vào tế bào theo các cơ chế sau: + Các tế bào tự mọc ra các chân giả bao vây lấy virut rồi khép lại, đưa virut vào bên trong tế bào theo kiểu amip bắt mồi, người ta gọi hiện tượng này là ẩm bào hoặc nhờ vỏ capxit co bóp, bơm axit nucleic qua màng tế bào, xâm nhập vào tế bào cảm thụ. Sau khi virut vào tế bào, nhờ tế bào tiết ra enzim decapsidaza để cởi vỏ capxit, từ đó axit nucleic được giải phóng. + Đối với thực khuẩn thể: sau khi đuôi của thực khuẩn thể hấp phụ lên bề mặt tế bào, chúng tiết ra chất lyzozim làm tan màng tế bào vi khuẩn, sau đó dưới tác dụng của enzim Adenozin triphotphataza đuôi của thực khuẩn thể co lại và trụ đuôi 8 chọc thủng màng nguyên sinh chất của tế bào, axit nucleic được bơm vào trong tế bào theo ống trụ, còn phần vỏ protein thì nằm bên ngoài màng tế bào. -Giai đoạn tổng hợp các thành phần của virut: Ngay sau khi virut xâm nhập vào tế bào chủ, toàn bộ quá trình sinh tổng hợp của tế bào chủ bị đình chỉ và thay vào đó là quá trình sinh tổng hợp các thành phần của virut dưới sự chỉ huy của mật mã thông tin di truyền của virut. + Đối với virut có axit nucleic là ADN hai sợi thì từ khuôn ADN của virut sẽ tổng hợp mARN, phục vụ cho việc tổng hợp ADN polymeraza và ADN mới. Từ ADN mới được tổng hợp, mARN được tổng hợp để tạo thành protein capxit và các thành phần cấu trúc khác của virut. + Đối với virut có axit nucleic là ARN một sợi dương thì ARN của virut đồng thời là mARN để tổng hợp nên ARN polymeraza và ARN mới của virut, mARN này cũng dùng để tổng hợp nên capxit của virut. + Đối với virut có axit nucleic là ARN nhưng có enzim sao chép ngược: enzim sao chép ngược là ADN polymeraza phụ thuộc vào ARN hay còn gọi là Reverse transcriptaza (RT). Từ ARN của virut tổng hợp nên ADN trung gian, ADN này tích hợp vào nhiễm sắc thể của tế bào chủ. ADN trung gian là khuôn mẫu để tổng hợp nên ARN của virut và đây cũng là mARN để tổng hợp nên các thành phần cấu trúc khác của virut. - Giai đoạn lắp ráp các thành phần của virut: Giai đoạn này thường xảy ra ở gần màng tế bào, axit nucleic và protein được tổng hợp ở các nơi khác nhau trong tế bào sẽ chuyển dịch lại gần để kết hợp với nhau thành virut hoàn chỉnh. - Giai đoạn giải phóng các hạt virut ra khỏi tế bào: Virut có thể phá vỡ thành tế bào sau vài giờ tới vài ngày tuỳ chu kỳ nhân lên của từng loại virut. Quá trình phá vỡ có thể theo nhiều cơ chế khác nhau: + Dưới tác dụng của enzim, màng tế bào bị phá vỡ hoàn toàn và tất cả virut ồ ạt chui ra khỏi tế bào để tiếp tục xâm nhập vào tế bào khác. + Virut tiết ra một số enzim chọc thủng một số lỗ trên màng tế bào và virut theo các lỗ đó chui từ từ ra khỏi tế bào. Trong trường hợp này tế bào không bị phá huỷ chỉ bị tổn thương nhẹ, chức năng của tế bào vẫn giữ vững trong một thời gian. + Quá trình nhân lên của vi rut đã tạo ra một số lượng lớn trong tế bào chủ làm cho màng tế bào phải chịu một sức tải quá lớn, nên bị phá vỡ và virut chui ra khỏi tế bào. + Một số loại virut còn có thể truyền từ tế bào bị nhiễm sang tế bào lành mà không cần chui ra môi trường bên ngoài (nhóm virut Herpes và nhóm virut đậu mùa). Giữa tế bào bị nhiễm và tế bào lành xuất hiện những cầu nối nguyên sinh chất, các hạt virut có thể truyền qua các cầu nối này như chạy trong ống dẫn mà không cần chui ra khỏi tế bào. IV. Hiện tượng sinh tan (Lysogenie): Trong một số trường hợp, hệ gen của virut xâm nhập vào hệ gen của tế bào ký chủ và chúng có thể tồn tại một thời gian dài trong tế bào mà không làm cho tế 9 bào tiêu tan đi. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng sinh tan và các virut không độc gây nên hiện tượng này gọi là virut ôn hoà. Hiện tượng sinh tan thường gặp ở các tế bào vi khuẩn bị nhiễm virut nên người ta còn gọi loại virut này là tiền thực khuẩn thể (prophage). Tiền thực khuẩn thể được gắn vào hệ gen của vi khuẩn ở vị trí nhất định nhờ những đoạn tương đồng. Trong tế bào vi khuẩn có thể chứa đồng thời nhiều tiền thực khuẩn thể có nguồn gốc khác nhau. Các vi khuẩn chứa thực khuẩn thể ôn hoà có đặc điểm là không bị tiêu diệt bởi thực khuẩn thể độc. Tuy nhiên dưới tác động của nhân tố vật lý hay hoá học nào đó, tiền thực khuẩn thể được :thức tỉnh”, nó lập tức trở lại hoạt động và biến thành độc. V. Hiện tượng cản nhiễm và Interferon: 1. Hiện tượng cản nhiễm (Interference): Hiện tượng cản nhiễm là hiện tượng xuất hiện nhanh khi 2 virut cùng xâm nhiễm vào tế bào theo một thứ tự nhất định, virut thứ nhất sẽ ngăn cản trong một thời gian dài sự nhân lên của virut thứ hai. Thí nghiệm về hiện tượng cản nhiễm: - Năm 1937 Findlay và Maccallum nhiễm virut sốt thung lũng Rit vào khỉ đã cứu khỉ thoát chết khi nhiễm tiếp liều gây chết bởi virut sốt Vàng. - 1957 Isac và Lindenman đã gây nhiễm virut cúm bất hoạt vào phôi thai gà đang phát triển, sau đó nhiễm virut cúm cường độc vào thì virut này không nhân lên được trong phôi thai gà. Qua nhiều nghiên cứu người ta đã đi đến kết luận: khi nhiễm virut thứ nhất vào tế bào nó đã kích thích tế bào sản sinh ra một chất ức chế là Interferon, chất này có tác dụng ngăn ngừa sự sao chép của virut thứ hai. 2. Interferon: Interferon có bản chất là protein. Đây là yếu tố miễn dịch không đặc hiệu của tế bào, do tế bào sản sinh ra nhằm chống lại bất kỳ tác động của các thông tin ngoại lai khác. Interferon chỉ có tác dụng chống virut ở bên trong tế bào, không có tác dụng chóng virut bên ngoài tế bào. Interferon không có tác dụng bảo vệ tế bào mẹ mà chỉ bảo vệ các tế bào bên cạnh. Ở các tế bào này virut vẫn hấp phụ lên tế bào và xâm nhập vào trong tế bào nhưng đến giai đoạn sao chép thông tin của virut thì interferon có tác dụng ức chế, kìm hãm sự tổng hợp ARN thông tin, do đó không tổng hợp được protein và axit nucleic của virut. V. Phân loại virut: Việc phân loại virut thường được thực hiện ngay sau khi phát hiện ra căn bệnh chủ yếu của các bệnh virut thực vật và virut động vật có xương sống. Tuỳ thuộc vào mức độ phát minh và nghiên cứu về virut mà hệ thống phân loại virut đã được làm lại nhiều lần và ngày càng đi tới hoàn thiện. Các căn cứ để phân loại như: 10 dựa vào cơ thể bị bệnh do virut, dựa vào phương thức và cơ chế truyền lây của virut, dựa vào tính chất dịch tễ và tính lâm sàng của bệnh, dựa vào cấu trúc và đặc điểm sinh học. Năm 1987 Uỷ ban quốc tế về phân loại virut đã đưa ra 2 hệ thống phân loại virut động vật và virut thực vật. . mà virut có thể chia ra:  Vrion (hạt virus).  Vegitative virus (virus dinh dưỡng) .  Viroit (sợi virus.)  Virut thiếu hụt (defective virus).  Giả Virut. 5 BÀI 2. VIRUT HỌC Virut là phần tử rất nhỏ, có đặc trưng của sự sống, đại diện cho vật chất sống thấp nhất trong thế giới vi sinh vật. Đặc điểm