VSDC chuong 6b virus

Bài giảng Vi Sinh Đại Cương Chương 6b Víu. Bài giảng vi sinh đại cương chính xác nhất. Bài giảng vi sinh đại cương chính xác nhất. Bài giảng vi sinh đại cương chính xác nhất. Bài giảng vi sinh đại cương chính xác nhất

Chương 6 Virus

Vi sinh học Đại cương

Introduction to Microbiology

Virus

= Các thể mang vật chất di truyền(DNA hay RNA) (Viruses are acellular – không có cấu trúc tế bào).

- Các tác nhân truyền nhiễm (infectious agents), chỉ nhân lên trong tế bào của sinh vật sống:

lấy năng lượng, nguyên liệu của tế bào chủ để tăng sinh -tổng hợp các thành phần cấu tạo virus trên cơ sở di truyền (bộ gen) virus

- Tuy nhiên, virus có thểtồn tại ở môi trường ngoài

phát tán & gây nhiễm

It now seems likely that viruses arose before the appearance of the last

1

Viruses and bacteria in seawater A fluorescence photomicrograph of seawater stained with the dye SYBR Green to reveal prokaryotic cells and viruses

Although viruses are too small to be seen with the light microscope, fluorescence from a stained virus is visible.

(Madigan et al., 2015; p 261)

Bacterial cells Virus virions

Virion

Thể virus có cấu trúc gồm:

i) A xít nucleic – DNA hay RNA ii) Vỏ protein (capsid) – bảo vệ bộ gen

a xít nucleic + capsid = nucleocapsid

Một số virus còn có vỏ lipid (lipid envelope)

- Hình dạng:

hình khối đa diện đều, hay các dạng phức tạp

- Kích thước rất nhỏ - trung bình ~ 1/100 kích thước VK

không thấy dưới kinh hiển vi quang học

EM of rotaviruses

The bar = 100 nm (Wikipedia)

3

Capsid protein:

Các tiểu đơn vị protein –capsomere kết hợp lại

- Một vài virus chỉ có một loại protein capsid

- Đa số virus có nhiều loại protein (mỗi loại protein có nhiều copy)

Tobacco mosaic virus (virus khảm thuốc lá) (a) EM của một phần hạt virion; (b) mô hình sắp xếp các thành phần virion

RNA xoắn, được bao quanh bởi protein capsid Thể virion rỗng ở chính giữa.

Structure subunits (2130 identical capsomeres) Virus RNA

(Madigan et al., 2012)

Comparison of naked and enveloped virus particles

(Madigan et al., 2012; p 239)

5

 Hình dạng virus

- Do cách sắp xếp các tiểu đơn vị capsomere

- Có tính đối xứng:

• Xoắn ốc (helical structure):

virus hình gậy(vd virus khảm thuốc lá)

• Khối đa diện đều 20 mặt (icosahedral structure):

virus hình cầu

20 mặt hình tam giác (icosahedron), 12 trục đối xứng

• Khối đa diện kéo dài (prolate) Thường là “đầu” của các bacteriophage (thực khuẩn thể)

- Một vài virus có hình dạng bất kỳ

vd, viruscúm

(a) Mô hình của một khối đa diện đều 20 mặt (icosahedron).

(b) EM của papillomavirus trên người: Khối đa diện 20 mặt, đường kính 55 nm.

(c) Mô hình 3-D của papillomavirus, 360 đơn vị, 72 chùm, có 5 phân tử/chùm.

(Madigan et al., 2012)

7

Influenza virus

Virus có vỏ lipid Virion có đường kính 80 nm.

Hình dạng không xác định.

Bacteriophage T4 của E coli.

- Phần “đuôi” (tail) có nhiệm vụ gắn virion vào tế bào vật chủ và

“tiêm” a xít nucleic

- Phần “đầu” có đường kính 85 nm.

(Madigan et al., 2012)

Enveloped virus = virus có vỏ lipid

- Vỏ lipid bao quanh nucleocapsid

- Vỏ lipid là một lớplipid bilayercó gắn cácproteins (chủ yếu glycoprotein)

- Có nguồn gốc từ màng phospholipid kép của tế bào chủ

- Phần lớn là virus gây bệnh trên đ vật,

vd virus cúm, SARS-V, ASFV

- Protein (đặc hiệu) trên vỏ lipid giữ vai trò quyết định trong các quá trình:

• tiếp xúc gây nhiễm tế bào vật chủ; và

• phá hủy tế bào vật chủ, giải phóng các thể virus

9

 Enzyme của virus

- Virus không biến dưỡng  không có enzyme chuyển hoá

- Các enzyme trong vỏ capsid, hỗ trợ cho sự xâm nhập,

ví dụ:

• Lysozyme: tạo lỗ thủng trên thành t.bào vk, đưa bộ gen vào

• RNA-dependent nucleic acid polymerase: cần cho sự sao mã

và phiên mã của virus, khi t.bào chủ không có (vd reverse transcriptase của retrovirus)

• Hemagglutinin: giữ vai trò quan trọng trong tiếp xúc & xâm nhập t.bào chủ

• Neuraminidase:phân hủy glycoprotein và glycolipid của mô liên kết để xâm nhập và phát tán - phá hủy tế bào & mô, giải phóng các virus

Structure of Coronavirus particle SPQR10; Wikipedia

nih.gov

N protein (nucleocapsid protein)

S protein initiates the attachment of the virion

to the host cell by interaction with its receptor.

M protein directs most protein–

protein interactions required for assembly of coronaviruses.

E protein facilitates assembly and release

of the virus, and other functions 11

Phân loại

- Theo hệ thống ICTV (The International Committee on Taxonomy of Viruses): tương tự vk & các sinh vật khác

- Theo bộ gen của virus (viral genome)

• Bộ gen virus có thể là DNA hay RNA

có thể là các đoạn thẳng, hay vòng

• Bộ gen virus nhỏ, chứa khoảng 2 cho tới > 300 gene

• Phân loại của Baltimore:

dựa vào cấu trúc bộ gen;

có 7 nhóm

1) dsDNA: 2 sơi đôi DNA 2) ssDNA: 1 sợi DNA 3) dsRNA: 2 sợi đôi RNA 4) ssRNA (+)

5) ssRNA (-) 6) ssRNA-RT (Retrovirus) 7) dsDNA-RT (Retrovirus)

13

Phân loại virus Baltimore

do nhà sinh học Mỹ, David Baltimore đề xuất, dựa vào tổng hợp mRNA

(Wikipedia)

Brock’s Biology of Microorganisms, 2015

1) dsDNA: virus DNA sợi đôi

- Nhân bộ gen (sao mã) trong nhân tế bào chủ,

trừ họ Poxvirus (vd, smallbox virus)

• Đôi khi sao mã virus “ép” tế bào vật chủ sao mã & phân bào, có thể gây ung thư

- Tổng hợp protein (phiên mã, dịch mã):

DNA  mRNA  protein

- Ví dụ các họ Herpesviridae, Adenoviridae, Papillomaviridae

(H uman papillomavirus, HPV gây ung thư cổ tử cung phụ nữ).

15

2) ssDNA: virus DNA sợi đơn

- Nhân bộ gen (sao mã):

ssDNA  dsDNS

một sợi là bộ gene virus;

sợi còn lại  bỏ

- Tổng hợp protein tổng hợp ds DNA, phiên mã, dịch mã:

ssDNA  dsDNA  mRNA  protein

- Ví dụ, các họ Anelloviridae, Circoviridae, Parvoviridae

3) dsRNA: virus RNA sợi đôi

- Tổng hợp RNA-dependent RNA polymerase (RdRp)

- Nhân bộ gene (sao mã) trong tế bào chất:

dsRNA  dsRNA của virus

- Tổng hợp protein (phiên mã & dịch mã):

dsRNA  mRNA  protein

- 2 họ chủ yếu Reoviridae và Birnaviridae

17

4) ssRNA(+): virus RNA sợi đơn (+)

- Tổng hợp RNA-dependent RNA polymerase (RdRp)

- Tổng hợp RNA sợi (-):

ssRNA (+)  ssRNA (-)

Sợi này làm khuôn:

• Tổng hợp bộ gen RNA sợi (+)

ssRNA (-)  ssRNA (+) bộ gen virus

ssRNA (-)  mRNA – tổng hợp các protein

- Ví dụ, FMDV, coronavirus, hepatitis C virus

5a) 5b)

1) Gắn lên receptor

tế bào vật chủ 2) Virion vào trong tế bào, giải phóng bộ gen RNA

3) Tổng hợp RNA-dependent RNA polymerase

4) Tổng hợp

bộ gen RNA, sợi âm (-)

Sợi RNA âm làm khuôn:

5a) tổng hợp bô gen virus (RNA +) 5b) tổng hợp mRNA (phiên mã)

6) Dịch mã Tổng hợp protein

7) Các protein bề mặt kết hợp với nucleocapsid RNA virus kết hợp N protein tại nucleocapsid

8) Hình thành thể virus hoàn chỉnh, trong bộ máy golgi của tế bào chủ.

9) Giải phóng virus

The life cycle of SARS-CoV-2 in the host cells 19

5) ssRNA(-): virus RNA sợi đơn (-)

- Tổng hợp protein:

ssRNA (-) làm khuôn tổng hợp mRNA  protein

- Nhân bộ gen:

ssRNA (-)  ssRNA (+)  ssRNA (-) bộ gene virus

- Ví dụ, các họ virus Orthomyxoviridae, Paramyxoviridae, Rhabdoviridae

6) ssRNA-RT: Retrovirus (RNA sợi đơn (+) RT)

- Tổng hợp enzyme reverse transcriptase (RT)

RT xúc tác các phản ứng tổng hợp RNA từ DNA (phiên mã ngược) (retro = ngược)

- Nhân bộ gen:

ssRNA (+)  DNA (RT)  ssRNA (+) bộ gen virus

- Tổng hợp protein:

ssRNA (+)  DNA (RT- reverse transcription) DNA  mRNA  protein

- Ví dụ HIV

22

7) dsDNA-RT: virus DNA sợi đôi retro

- Tổng hợp protein: giống nhóm I

- Nhân bộ gen:

2 sợi DNA virus không hoàn chỉnh

Do đó, khi nhân lên bộ gen, virus cần tổng hợp RNA

Sau đó, RNA làm khuôn tổng hợp DNA  retro!

• DNA  RNA (trong nhân tế bào)

• RNA  DNA bộ gene virus (cần enzyme RT)

- Ví dụ, virus viêm gan siêu vi B (hepatitis B virus)

Sự tăng sinh của virus

- Virus chỉ tăng sinh trong tế bào sinh vật sống

Sự nhân lên của virus gồm 5 bước:

1 Gắn vào tế bào vật chủ: tương tác đặc hiệu giữa protein

bề mặt virus và thụ thể bề mặt vật chủ

2 Xâm nhiễm: virion hay bộ gen virus đi vào bên trong tế bào

3 Tổng hợp bộ gen và các protein virus bằng vật liệu của tế bào, “khuôn” là bộ gen virus

4 Lắp rápcác protein và bộ gen tạo nucleocapsid & virion

5 Giải phóng các thể virus (virion) (phá hủy tế bào)

24

Xâm nhiễm vào tế bào (viral entrance)

protein đặc hiệu của virus (trên capsid hay vỏ lipid) gắn với protein đặc hiệu trên màng tế bào vật chủ

- Đi vào tế bào: 3 cơ chế:

 Hoà tan màng (membrane fusion):

 Thực bào (endocytosis)

 Tiêm qua màng (viral penetration):

Bộ gen (có thể cả capsid) được tiêm vào tế bào chất

- Sau khi vào trong tế bào, virus không tăng sinh ngay quá trình tăng sinh có thể sau vài giây, hay vài giờ

Hình minh hoạ: Anderson Brito, Wikipedia

Membrane fusion

Endocytosis

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

26

Bacteriophage – thực khuẩn thể

- Virus của vi khuẩn

- Rất phổ biến: có 18 họ, nhiễm vk & archaea

EM cho thấy các bacteriophage đang gắn vào một tế bào vi khuẩn (Beards, Wikipedia)

EM của bacteriophage Lambda , gây nhiễm loài E coli (coliphase λ)

(Madigan et al., 2012)

Lytic pathway/Chu kỳ sinh tan Lysogenic pathway/Chu kỳ tiềm tan

Attachment

Injection

Viral DNA replicates

Viral DNA is integrated into host DNA

Lysis

Coat protein synthesized;

Virus particles assembled

Host DNA

Host cell

Temperate virus Viral DNA

Induction

Cell division Lysogenized cell

(2’)

(Thực khuẩn thể ôn hòa) khi gây nhiễm một tế bào VK,

2 kết quả:

1) Nhân lên và phá hủy tế bào, virus được giải phóng (lysis);

2) Chèn bộ gene virus vào bộ gene vật chủ (lysogeny)

2’) Khi có một tác nhân nào đó tác động (lysogen), virus nhân lên, chuyển sang giai đoạn “lysis”.

28

Phát hiện và đếm virus: Kỹ thuật “plaque assay”

Đếm bacteriophage

Đổ hỗn hợp vk với virus (và thạch lỏng) lên trên đĩa thạch, để thạch đông lại Virus xâm nhiễm vào tế bào VK và phân giải vk, tạo các vùng trong trên thạch, được gọi là “plaque”

Đỗ hỗn hợp lên một đĩa thạch dinh dưỡng đã đông đặc.

Để hỗn hợp đông lại.

Ủ, để VK phát triển

và virus tăng sinh

Ống chứa: thạch, vi khuẩn, huyễn dịch virus pha loãng

Đếm và tính số lượng “plaque” trong một đơn vị thể tích huyễn dịch

Đơn vị thường dùng: “plaque-forming units” per milliliter (PFUs/ml)

Phát hiện & đếmvirus động vậtbằng kỹ thuật “plaque assay”

Nguyên tắc tương đếm “phage plaque” Virus được gây nhiễm tế bào động vật một lớp (animal monolayer cell culture)

Để nhìn rõ các plaque, có thể nhuộm tế bào.

Cells that grew confluently on the bottom of the plastic plate were infected with herpes simplex virus (approx 75 plaque forming 30

Sponge-like lesions in the brain tissue of a classic CJD patient (CDC)

Prion

- Là các thể protein – không chứa DNA hay RNA

- Gây bệnh: Xốp não truyền nhiễm ởngười và động vật

(transmissible spongiform encephalopathies, TSEs)

- Trên người:

• Creutzfeldt-Jakob Disease (CJD)

• Variant Creutzfeldt-Jakob Disease (vCJD)

• Gerstmann-Straussler-Scheinker Syndrome

• Fatal Familial Insomnia

• Kuru

- Trên động vật:

• Bovine spongiform encephalopathy (BSE)

(Bệnh bò điên)

• Chronic wasting disease (CWD)

• Scrapie (of sheeps and goats)

• Feline spongiform encephalopathy

• Transmissible mink encephalopathy

• Ungulate spongiform encephalopathy

32

Of these two photomicrographs of a mouse brain , which do you think has a spongiform encephalopathy?

www.cresa.cat

Viroid

- Các phân tử RNA sợi đơn, vòng, nhỏ;

không có vỏ protein (khác virus)

- Khi ngoại bào – khá đề kháng

- Không mã hóa cho protein

- Không có vỏ capsid,

do đó, gây nhiễm

• không gắn lên thụ thể tế bào (receptor),

• nhiễm qua chỗ bết tổn thương (vd, do côn trùng)

A hairspin-shaped structure makes the viroid sufficiently stable to exist outside the host cell

Brock’s Biolgy of Microorganisms, 2015

34

Viroid gây bệnh:

- Trên thực vật:

gây nhiều bệnh trên thực vật

Giả thiết: qua cơ chế siRNA (small interfering RNA)

ức chế sự thể thể hiện 1 số gene

- Trên người:

viroid gây bệnh viêm gan siêu vi D (hepatitis D viroid) HDV là một viroid được bọc trong vỏ capsid của virus viêm gan siêu vi B

microbiologybytes.wordpress.com

Apple Fruit Crinkle viroid

(AFCVd)

Apple scar skin viroid (ASSVd)

“It’s all fine and good to understand how viroids work in plants, but what you’re really dying to know is what you can do about them

Sadly , you can’t do much So far, we’ve yet to develop an effective treatment,

so vigilance is the only preventive.”

Bệnh củ khoai tây hình thoi

36