Đại cương virus gây bệnh

Đại cương virus gây bệnh ĐẠI CƯƠNG VIRUS GÂY BỆNH TS Lê Khánh Trâm Khoa Vi sinh Bệnh viện Bạch Mai Mục tiêu 1 Trình bày được khái niệm virus, nêu 2 cấu trúc cơ bản, 2 cấu trúc không bắt buộc của virus, và chức năng 2 Nêu được 2 phương pháp phân loại, ưu nhược điểm và nêu ví dụ ở mỗi phương pháp 3 Trình bày các bước cơ bản quá trình nhân lên của virus, cơ chế chính của từng bước 4 Nêu được các hậu quả tương tác khi có sự xâm nhập của virus vào tế bào, ứng dụng thực tế 5 Trình bày các phương pháp.

ĐẠI CƯƠNG VIRUS

GÂY BỆNH

TS Lê Khánh Trâm

Khoa Vi sinh

Bệnh viện Bạch Mai

Mục tiêu

1. Trình bày được khái niệm virus, nêu 2 cấu trúc cơ bản,

2 cấu trúc không bắt buộc của virus, và chức năng

2. Nêu được 2 phương pháp phân loại, ưu nhược điểm và

nêu ví dụ ở mỗi phương pháp

3. Trình bày các bước cơ bản quá trình nhân lên của virus,

cơ chế chính của từng bước

4. Nêu được các hậu quả tương tác khi có sự xâm nhập

của virus vào tế bào, ứng dụng thực tế

5. Trình bày các phương pháp chẩn đoán virus trong

phòng xét nghiệm, nguyên tắc phòng và điều trị

6. Giới thiệu một số virus gây bệnh thường gặp

Đại cương virus

Lịch sử:

- 1892 (Nga): Ivanovski – Mosaic virus là virus thực vậtgây bệnh cho thuốc lá có thể qua được màng lọc vi khuẩn

- 1900 (Mỹ): Walter và Reed - Virus bệnh sốt vàng

(Yellow fever)

- 1917 : Twort (Anh) và D’Herelle (Pháp) –

Bacteriophage

Đại cương virus

- Đặc điểm sinh học quan trọng:

Virus là một đơn vị sinh học nhỏ bé (20-300 nm) vẫn có khả năng biểu hiện những tính chất cơ bản của sự sống như gây nhiễm cho tế bào, duy trì nòi giống qua các thế

hệ mà vẫn giữ tính ổn định về mọi đặc điểm sinh học trong tế bào cảm thụ thích hợp

- Đặc điểm cơ bản phân biệt với vi khuẩn:

+ Virus chỉ chứa một trong hai loại acid nucleic (ADN hoặcARN)

+ Virus sinh sản theo cấp số nhân, vi khuẩn sinh sản theokiểu phân đôi

Những đặc điểm cấu trúc cơ bản

Cấu trúc đơn giản, không có enzyme hô hấp và chuyển hóanên bắt buộc phải ký sinh trong tế bào cảm thụ

1 Cấu trúc cơ bản:

1.1 Acid nucleic (AN): 1-2% trọng lượng của hạt virus

ARN (chủ yếu dạng sợi đơn) hoặc ADN (thường dạng sợikép), có chức năng chính

 Mang mọi mật mã di truyền đặc trưng cho từng virus

 Quyết định khả năng gây nhiễm trong tế bào cảm thụ

 Quyết định chu kỳ nhân lên của virus trong tế bào cảmthụ

 Mang tính bán kháng nguyên đặc hiệu của virus

Những đặc điểm cấu trúc cơ bản

1.2 Thành phần capsid

 Là cấu trúc bao quanh acid nucleic, bản chất hóa học là

protein

 Được cấu tạo bởi nhiều capsomer , mỗi capsomer là một đơn

vị cấu trúc của capsid có sắp xếp đặc trưng cho từng virus

 Capsid có thể sắp xếp đối xứng hình xoắn, đối xứng hình

khối hoặc đối xứng phức hợp (cấu trúc hỗn hợp: phần đầu cócấu trúc hình khối đối xứng, phần đuôi có cấu trúc đối xứnghình xoắn)

Những đặc điểm cấu trúc cơ bản

 Protein capsid mang tính kháng nguyên đặc hiệu của virus

 Giữ cho hình thái và kích thước của virus luôn được ổn định

Others: enzymes, etc.

e.g Retrovirus has reverse transcriptase

Những đặc điểm cấu trúc cơ bản

2 Cấu trúc riêng

Cấu trúc đặc biệt chỉ có ở một số loài virus nhất định đểthực hiện những chức năng đặc trưng cho virus đó

2.1 Cấu trúc bao ngoài (envelop)

 Là lớp vỏ bao ngoài lớp capsid, bản chất hóa học là mộtphức hợp: protein, lipid, carbonhydrat (nói chung là

lipoprotein hoặc glycoprotein, nếu có màng là dilipid, nếu có gai nhú thì là glycoprotein

 Trên vỏ bao của một số virus có những núm lồi lên

mang những chức năng riêng biệt

Những đặc điểm cấu trúc cơ bản

Chức năng vỏ bao:

 Tham gia bám

 Tham gia giai đoạn lắp ráp, giải phóng virus ra khỏi

TB sau nhân lên

 Tính ổn định kích thước

 Tạo nên kháng nguyên đặc hiệu, một số có khả năng

thay đổi cấu trúc

Những đặc điểm cấu trúc cơ bản

Mỗi enzym cấu trúc có chức năng riêng trong chu kỳ

nhân lên của virus và có tính kháng nguyên riêng, đặchiệu ở mỗi virus

Những đặc điểm cấu trúc cơ bản

3 Đặc điểm hình thể

- Khác nhau: Hình cầu, hình khối, hình sợi, hình que, hìnhchùy, hình khối phức tạp…Hình thể mỗi loại rất khácnhau nhưng ổn định đối với mỗi loại virus

- Tùy theo sắp xếp của AN và capsid chia 2 loại đối xứng+ Đối xứng hình xoáy chôn ốc: AN và capsid xếp dọc theohình lò so đều hay không đều

+ Đối xứng hình khối: Các capsomer được sắp xếp hìnhkhối cầu đa diện

Một số đối xứng xoắn và đối xứng khối trên từng phần củavirus (đối xứng phức tạp)

Những đặc điểm cấu trúc cơ bản

4 Một vài khái niệm, thuật ngữ quan trọng

4.1 Virion:

Là một hạt virus hoàn chỉnh có cấu trúc cơ bản, một số

có thêm những cấu trúc riêng

4.2 Virus thiếu hụt (Defective virus):

Khiếm khuyết một vài thành phần cấu trúc trong quátrình sao chép Có thể giao thoa với những hạt virion đểtạo những hạt virus hoàn chỉnh

4.3 Giả virus (Pseudovirion):

Trong quá trình trùng hợp, các capsid của virus bao bọc

AN của tế bào chủ thay cho AN của virus Khi quan sátdưới KHV điện tử giống hệt các virion bình thường

Phân loại virus

5 Phân loại:

5.1 Phân loại theo triệu chứng học:

Phân loại cổ điển thuận lợi cho lâm sàng

nhưng không chính xác vì một virus có thể gây nhiều bệnh lâm sàng, ngược lại một bệnh cảnh lâm sàng có thể do nhiều loại virus

Phân loại virus

5.1 Phân loại theo triệu chứng học:

5.1.1 Virus gây bệnh phổ biến:

Virus qua đường máu gây phát ban ngoài da: bệnh

đậu mùa, đậu bò, bệnh sởi, rubella, sốt vàng, sốt xuất

huyết, bệnh do virus đường ruột …

5.1.2 Bệnh hệ thống thần kinh:

Bại liệt, bệnh do Coxsackie, ECHO, dại, viêm não,

Herpes simplex, sởi, đậu, nhiễm trùng chậm.

Phân loại virus

5.1.3 Bệnh đường hô hấp:

Cúm, á cúm, virus hợp bào, adenovirus…

5.1.4 Virus gây bệnh khu trú ở da, cơ, niêm mạc:

Herpes simplex typ 1 gây bệnh quanh niêm mạc

miệng, typ 2 gây bệnh ở đường sinh dục, Herpangina, zona…

5.1.5 Virus gây bệnh ở mắt:

Adenovirus, Newcastle virus, Herpes virus, đau mắt

đỏ thành dịch do Enterovirus typ 70…

Phân loại virus

5.1.6 Virus gây bệnh ở gan:

Virus gây viêm gan A, B, C, D, E, Herpes virus,

Rubella virus…

5.1.7 Virus gây viêm dạ dày, ruột:

Rotavirus, Norwalkvirus…

5.1.8 Virus lây qua đường tình dục:

HIV, Cytomegalovirus, Papillioma virus, Herpes virus, HBV…

Phân loại virus

5.2 Phân loại theo cấu trúc và các đặc điểm hóa

sinh học

Cách phân loại này rất chính xác nhưng khó nhớ

và chỉ cho thấy các họ virus mà không biết được

“thủ phạm” gây các bệnh cụ thể

Phân loại virus

AN Sợi Vỏ

bao

Kích thước

Đối xứng Số

Lượn

g gen

Capso mer

Phản ứng với ether

Họ virus gây bệnh

Đơn Kép (nm)

ARN + 0 21-30 Khối 4-6 32 Đề kháng Picornaviridae

ARN + + 100 Xoắn >4 + Retroviridae

ARN + + 45 Không rõ >3 + Flaviviridae

Phân loại virus

bao

Kích thước

Đối xứng

Số lượng gen

Capso mer

Phản ứng với ether

Họ virus gây bệnh

Sự nhân lên của virus trong tế bào cảm thụ

6 Sự nhân lên của virus

6.1 Sự hấp phụ của virus trên bề mặt tế bào:

Các thụ thể đặc biệt trên bề mặt tế bào cảm thụ

sẽ cho các vị trí cấu trúc đặc hiệu trên bề mặt

virus gắn vào thụ thể (receptor đặc hiệu trên bề mặt tế bào cảm thụ)

Ví dụ: gp 120 của HIV hấp phụ CD4 của tế bào

cảm thụ.

Sự nhân lên của virus trong tế bào cảm thụ

6.2 Sự xâm nhập của virus vào trong tế bào:

- Nhờ enzyme cởi vỏ của tế bào, decapsidase.

- Qua màng tế bào 2 cách

+ Cơ chế ẩm bào: virus làm cho màng tế bào lõm

dần rồi xâm nhập vào bên trong tế bào

+ Bơm AN qua vách tế bào: sau khi enzyme của

virus làm thủng vách tế bào, phần vỏ capsid co bóp bơm AN qua vách tế bào.

Sự nhân lên của virus trong tế bào cảm thụ

6.3 Sự tổng hợp các thành phần cấu trúc của virus:

phụ thuộc vào loại AN, tổng hợp được AN và

các thành phần cấu trúc khác

6.3.1 Virus có AN là ADN 2 sợi ADN:

 Từ khuôn mẫu ADN tổng hợp mARN, ADN

polymerase, ADN mới,

 Từ ADN mới tổng hợp mARN tạo thành protein capsid và các thành phần cấu trúc khác

Sự nhân lên của virus trong tế bào cảm thụ

6.3.2 Virus có AN là ARN một sợi dương:

 ARN đồng thời là mARN tổng hợp ARN

polymerase, ARN mới của virus.

 mARN này cũng được dùng tổng hợp nên capsid của virus.

6.3.2 Virus có AN là ARN một sợi âm:

Virus này tổng hợp nên sợi bổ sung (sợi dương) làm mARN để tổng hợp nên các thành phần cấu trúc của virus.

Sự nhân lên của virus trong tế bào cảm thụ

6.3.3 Virus có AN là ARN nhưng có enzyme sao chép ngược

 Enzyme sao chép ngược là ADN polymerase phụ thuộc

vào ARN hay còn gọi là RT (reverse transcriptase) ví dụ ở HIV

 Từ ARN của virus tổng hợp nên ADN trung gian ADN

này tích hợp vào NST tế bào chủ

 ADN trung gian là khuôn mẫu tổng hợp ARN của virus vàcũng là mARN tổng hợp các thành phần cấu trúc khác

(ADN tích hợp này cũng có thể nằm im ở dạng provirus vàdẫn đến các hậu quả khác)

Sự nhân lên của virus trong tế bào cảm thụ

6.5 Sự giải phóng các hạt virus ra khỏi tế bào:

- Phá vỡ vách tế bào sau vài giờ tới vài ngày tùy chu kỳnhân lên

- Giải phóng hàng loạt ra khỏi tế bào để tiếp tục chu kỳnhân lên mới

- Có thể nẩy chồi từng hạt virus

Hậu quả của sự tương tác virus và tế bào

7 Hậu quả của sự tương tác

7.1 Hủy hoại tế bào chủ

- Sau khi xâm nhập, hầu hết các TB bị phá hủy: đánhgiá bằng hiệu quả gây bệnh cho tế bào CPE

(cytopathic effect) hoặc các ổ tế bào bị hoại tử

- Có tế bào bị nhiễm chưa đến mức chết nhưng chứcnăng bị thay đổi

- Biểu hiện của sự nhiễm virus thành các bệnh nhiễmtrùng cấp hoặc mạn tính là do sự hủy hoại của tế bàovirus

Hậu quả của sự tương tác virus và tế bào

7.2 Sự sai lạc nhiễm sắc thể của tế bào

Virus nhân lên trong tế bào, NST của TB có thể gẫy, phân mảnh, có sự sắp xếp lại gây

- Dị tật bẩm sinh, thai chết lưu

- Sinh khối u:

Do virus làm thay đổi kháng nguyên bề mặt của TB, làm mất khả năng ức chế do tiếp xúc khi tế bào sinhsản

Hậu quả của sự tương tác virus và tế bào

7.3 Tạo hạt virus không hoàn chỉnh (DIP: Defective

interfering particle)

- Là những hạt virus có hoặc có không hoàn chỉnh AN

Do đó các hạt DIP không có khả năng gây nhiễm trùngcho tế bào

- Các hạt DIP có thể giao thoa chiếm AN của virus

tương ứng để trở nên gây bệnh

- Các hạt DIP vẫn mang tính kháng nguyên đặc trưngcho virus

Hậu quả của sự tương tác virus và tế bào

7.4 Tạo ra tiểu thể

- TB nhiễm virus có thể xuất hiện những hạt nhỏ trong nhân

hoặc trong bào tương của tế bào.

- Bản chất có thể do

+ Các hạt virus không giải phóng ra khỏi tế bào

+ Các thành phần cấu trúc của virus chưa được lắp ráp thành hạt

virus mới

+ Các hạt phản ứng của TB khi nhiễm virus

- Các tiểu thể này có thể nhuộm soi thấy dưới KHV quang học,

dựa vào đó chẩn đoán gián tiếp sự nhiễm virus trong tế bào Hình thái tiểu thể nội bào áp dụng chẩn đoán bệnh do virus dại

đối với tế bào thần kinh

Hậu quả của sự tương tác virus và tế bào

7.5 Các hậu quả của sự tích hợp genom virus vào ADN tế bào

chủ

- Chuyển thể TB (transformation) gây nên các khối u vàung thư, gây ra sự sinh sản thái quá của tế bào Các loạivirus này mang gen ung thư hoặc kích hoạt gen ung thưcủa tế bào hoạt động

- Làm thay đổi kháng nguyên bề mặt của TB

- Làm thay đổi một số tính chất của TB: biểu hiện các

tính trạng mới VD: Phage E15 tích hợp vào genom của

Salmonella làm VK này có khả năng lên men đường

lactose

Hậu quả của sự tương tác virus và tế bào

- Một số VK gây bệnh bằng ngoại độc tố do tích hợp

genom của prophage VD: VK bạch hầu hay Clostridium

botulium khi mang prophage sẽ trở nên sinh nhiều ngoại

Hậu quả của sự tương tác virus và tế bào

7.6 Sản xuất interferon

Bản chất là protein do TB sản xuất ra khi cảm thụvới virus Bằng mọi con đường ức chế sự hoạt độngcủa mARN do vậy được sử dụng như một thuốc điềutrị không đặc hiệu cho mọi nhiễm trùng do virus

 Ngoài chẩn đoán bằng các triệu chứng lâm sàng thì chẩn đoán phòng xét nghiệm có giá trị.

Virus và bệnh học

8.1 Chẩn đoán trực tiếp

8.1.1 Bệnh phẩm: dịch mũi họng, máu, dịch mũi họng,

nước não tủy hay mảnh ruột, não, tủy sống, phân

 Được bảo quản cẩn thận, vô trùng, tránh lây lan, giữ

trong dây chuyền lạnh (giữ trong thời gian ngắn nhất

một đến vài giờ) và đưa ngay đến phòng xét nghiệm

 Bệnh phẩm không có khả năng bội nhiễm (máu, DNT, mảnh sinh thiết…) vi khuẩn không cần xử lý kháng sinh

 Bệnh phẩm có thể bội nhiễm (nước họng mũi, nước tiểu, phân…) cần xử lý diệt khuẩn và nấm bằng kháng sinh ở nồng độ thích hợp không ảnh hưởng tới virus

người, bào thai chó, gà lợn

 Tùy chu kỳ nhân lên của virus mà theo dõi thời gian dài

hay ngắn để phát hiện tế bào bị tổn thương hay các ổ hoạitử

 Định typ virus: Dùng kháng thể mẫu để làm phản ứng trunghòa hay ức chế ngưng kết hồng cầu

Virus và bệnh học

8.1.3 Gây bệnh thực nghiệm trên động vật:

Chuột nhắt, khỉ, thai gà, muỗi

8.1.4 Xác định virus

Sau khi nuôi cấy trên tế bào, động vật thí nghiệm: các virus được xác định bằng kỹ thuật miễn dịch thích hợp như huỳnhquang trực tiếp, ELISA, trung hòa, ngăn ngưng kết hồng cầu.8.2 Chẩn đoán gián tiếp: (serology)

8.2.1 Lấy bệnh phẩm:

Lấy máu 2 lần bảo quản - 20oC làm đồng thời (lần 1 sau 3-4 ngày từ khi khởi phát, lần 2 cách lần đầu từ 10 ngày – 2

tuần)

Virus và bệnh học

8.3 Các phương pháp phát hiện virus khác

- Miễn dịch huỳnh quang:

- Di truyền: PCR

- Cắt cúp để tìm mô bệnh học

- Cấu trúc đặc hiệu của virus dưới KHV điện tử

- Vắc xin sống giảm độc: bại liệt, sởi, dại, đậu mùa

- Vắc xin tái tổ hợp: viêm gan

- Vắc xin chết: dại, viêm não

- Aciclovir: dùng điều trị Herpes, Varicella-Zoster

- Amantadin: cúm, á cúm, sốt phát ban (Rimantadin ít tácdụng phụ)

- Azidothymidin (AZT): điều trị virus có enzyme sao chépngược (Retrovirus, Hepadnavirus)

Giới thiệu một số virus gây bệnh thường gặp

Thành viên chính: đậu mùa (pockenvirus), ngưu đậu

(vacxiniavirus), đậu khỉ (affenpockenvirrus)

Giới thiệu một số virus gây bệnh thường gặp

11.2 Herpesviridae

- Đặc điểm chung:

+ Chứa ADN sợi kép

+ Capsid đối xứng khối

+ Có vỏ bao ngoài cấu tạo bởi lipid

+ Nhạy cảm với ether

+ Kích thước từ 150-160 nm

- Các thành viên chính:

+ HSV typ1, typ 2 gây NT tiềm tàng

+ Varicella – Zoster virus

+ CMV

+ EBV có liên quan các bệnh gây khối u trên người

11.3 Hepadnaviridae

- Đặc điểm chung:

+ Chứa ADN sợi kép

+ Protein capsid có vỏ bao ngoài

+ Kích thước từ 42-45 nm

- Các thành viên chính:

+ Virus gây viêm gan B (Hepatitis B virus)

+ Virus gây viêm gan D (Hepatitis delta virus)

Giới thiệu một số virus gây bệnh thường gặp

11.4 Adenoviridae

Có nhiều type huyết thanh gây bệnh cho người

- Đặc điểm chung:

+ Chứa ADN sợi kép

+ Capsid đối xứng khối

11.5 Papovaviridae

Nhóm virus gây khối u trên người và động vật

- Đặc điểm chung:

+ Chứa ADN 2 sợi

+ Capsid đối xứng khối khối 20 mặt

+ Không có vỏ bao ngoài

11.6 Parvoviridae

+ Chứa ADN sợi đơn

+ Capsid đối xứng khối 32 capsomers

11.8 Togaviridae

Có 3 nhóm chính: Alphavirus, Rubivirus, Pestvirrus

- Đặc điểm chính:

+ Chứa ARN sợi đơn

+ Capsid đối xứng xoắn

+ Protein capsid có vỏ bao ngoài

11.9 Flaviviridae

Là nhóm virus gây bệnh lây lan qua côn trùng tiết túc

- Đặc điểm chung:

+ Chứa ARN sợi đơn

+ Protein capsid có vỏ bao ngoài

+ Kích thước khoảng 45 nm

- Các thành viên chính:

+ Virus gây sốt xuất huyết Dengue

+ Virus gây viêm não

Giới thiệu một số virus gây bệnh thường gặp

11.10 Paramyxoviridae

Họ virus này giống Myxoviridae về hình thể

- Đặc điểm chung:

+ Chứa ARN sợi đơn

+ Capsid đối xứng xoắn

+ Protein capsid có vỏ bao ngoài

11.11 Orthomyxoviridae

Họ virus này giống Paramyxoviridae về hình thể

- Đặc điểm chung:

+ Chứa ARN 1 sợi âm

+ Protein capsid có vỏ bao ngoài

11.12 Rhabdoviridae

- Đặc điểm chung:

+ Chứa ARN 1 sợi

+ Vỏ capsid đối xứng xoắn

+ Vỏ bao ngoài chứa 10 sợi (spikes)

+ Hình dài

+ Kích thước đường kính 70 nm, chiều dài 210 nm

- Các thành viên chính:

Virus gây bệnh dại, có thể tạo tiểu thể nội bào

Giới thiệu một số virus gây bệnh thường gặp

11.13 Bunyaviridae

Họ virus có khoảng 150 typ huyết thanh

- Đặc điểm chung:

+ Chứa ARN sợi đơn

+ Vỏ capsid đối xứng xoắn

Marburgvirus hình sợi dài.

Ebolavirus hình sợi thay đổi

Giới thiệu một số virus gây bệnh thường gặp