Các động vật già không thể sử dụng trong sản xuất pho mát bồi vì với tuổi già hơn thì sự sản sinh của rennin bị giảm đi, thay vào đó là proteinase khác - pepsin không thể sử dụng trong[r]
Trang 1Chương 5
V I R U S V À C Ô N G N G H Ệ S I N H H Ọ C V I R U S
Virus là m ộ t ký sinh p h ổ b i ế n ở hầu hết các c ơ thể sống t ừ đ ơ n g i ả n đ ế n phức tạp
M ọ i c ơ thể sống từ v i k h u ẩ n đ ế n cây trồng, vật n u ô i và con n g ư ờ i đ ề u c ó t h ể bị l ấ n c ô n g bởi virus Virus g â y ra rất nhiều bệnh dịch nguy h i ể m n h ư bệnh l ở m ồ m long m ó n g ,
bệnh bò điên, bệnh c ú m H 5 N 1 , bệnh SARS, bệnh H I V / A I D và n h i ề u bệnh k h á c Virus
c ò n là n g u y ê n n h â n của m ộ t số bệnh truyền n h i ễ m nguy h i ể m n h ư virus epstein bar, virus bệnh v i ê m gan B (Hepatitis B), virus v i ê m gan c (Hepatitis C) d ẫ n đ ế n ung thư
Ngoài ra, do virus có khả năng cài genom của n ó vào genom của sinh vật chủ và chuyển
tải thông tin di truyền từ cơ thể sống này sang cơ thể sống k h á c n ê n c ó thể gây ra nhiều biến
dị hay những dạng đột biến không mong muốn Trong nhũng n ă m gần đây, vừus đ ã và đang
là đ ố i tượng nghiên cứu quan trọng của nhiều lĩnh vực công nghệ sinh học, ư ơ n g số đ ó , một
số virus đã được sử dụng làm vector phục vụ công tác chuyển gen
5.1 LỊCH SỬ PHÁT HIỆN RA VIRUS
N g ư ờ i ta phát hiện ra virus n h ờ những n g h i ê n cứu tìm k i ế m tác n h â n g â y bệnh k h ả m
lá ở cây thuốc lá Bệnh n à y l à m cho cây còi cọc và m à u sắc p h i ế n lá bị k h ả m N ă m
1883, A Mayer đ ã phát h i ệ n thấy bệnh k h ả m thuốc lá là bệnh lây n h i ễ m và cho rằng tác
n h â n gây bệnh là m ộ t loài v i k h u ẩ n rất nhỏ b é và k h ô n g thể n h ì n t h ấ y bằng k í n h h i ể n v i
Ô n g ta đ ã thành c ô n g trong gây lây n h i ễ m bệnh n h â n tạo bằng c á c h phun dịch chiết của
lá cây bị bệnh lên cây khoe Quan sát chất dịch d ư ớ i k í n h h i ể n v i A M a y e r đ ã k h ô n g quan sát thấy tác n h â n g â y bệnh
Đ ế n c u ố i những n ă m 1880, D Ivanowsky, m ộ t n h à khoa học n g ư ờ i Nga cho rằng bệnh k h ả m lá thuốc lá gây ra b ở i m ộ t v i k h u ẩ n rất n h ỏ b é c ó k h ả n ă n g l ọ t qua m à n g lọc
vi khuẩn Ô n g đã d ù n g m à n g lọc c ó k h ả n ă n g l o ạ i trừ v i k h u ẩ n đ ể lọc chất chiết t ừ lá c â y bệnh Dịch chiết thu được qua m à n g lọc v i k h u ẩ n v ẫ n c ó k h ả n ă n g g â y bệnh và được ô n g
g ọ i là độc t ố sau lọc
N ă m 1897 Martinus Beiferinck, một n h à sinh học H à Lan cho thấy bệnh g â y ra b ở i một cơ thể sống nhỏ và đơn giản hơn v i khuẩn, nhưng l ạ i c ó k h ả n ă n g sinh sản C â y khoe sau khi được phun dịch chiết từ cây bệnh đã bị n h i ễ m bệnh, chất dịch từ c â y m ớ i n h i ễ m bệnh l ạ i có thể gây ra n h i ễ m bệnh cho các cây k h á c nữa T h í nghiệm này đ ã được lặp l ạ i nhiều t h ế h ệ và n g ư ờ i ta th ấ y rằng tác nhâ n gâ y bệnh c ó th ể sinh sản vì tá c n h â n n à y đ ã
k h ô n g bị loãng hoặc y ế u đi k h i chuyển từ cây n ọ sang cây kia Ô n g cũng cho biết:
- K h ô n g th ể nuô i c ấ y tác n h â n gâ y bệnh trê n m ô i trư ờ n g din h d ư ỡ n g n h â n tạo
- T á c n h â n gây bệnh k h ô n g bị giết bằng cồn
- T á c n h â n gây bệnh chỉ sinh sản ở trên cây chủ m à n ó lây n h i ễ m
Trang 2N ă m 1935, \Vendell M Stanley, m ộ t n h à khoa học M ỹ đ ã k ế t t i n h được c á c hạt của
tác n h â n g â y bệnh m à n g à y nay n g ư ờ i ta g ọ i là virus k h ả m thuốc lá ( T M V - tobaco
mosaic virus)
Trong những n ă m 1950, T M V và các virus k h á c đ ã được quan sát t h ấ y bằng k í n h
h i ể n v i đ i ệ n tử, virus n h ỏ nhất c ó đ ư ờ n g k í n h chỉ khoảng 20nm H ạ t virus được c ấ u trúc đơn g i ả n b ở i m ộ t sợi axit nucleic n ằ m trong m ộ t l ớ p v ỏ bọc protein
5.2 ĐẶC ĐIỂM CHUNG TRONG CÂU TRÚC CỦA VIRUS
Genom virus rất đ ơ n giản, c ó t h ể là m ộ t sợi A D N k é p , m ộ t sợi A D N đ ơ n , m ộ t sợi
A R N k é p hoặc m ộ t sợi A R N đ ơ n A D N của virus c ó t h ể là p h â n tử sợi thẳng hoặc sợi vòng, trong đ ó c ó t h ể chỉ g ồ m 4 gen hoặc t ố i đ a là vài t r ă m gen
5.2.1 Vỏ bọc của virus (capsid và envelop)
Virus c ó thể c ó 2 lớp vỏ, lóp trong g ọ i là v ỏ capsid, lớp ngoài được g ọ i là lớp bao envelop Capsid là m ộ t lớp vỏ protein bọc bên ngoài genom của virus Cấu trúc của vỏ capsid có thể đa dạng và được tạo bởi các tiểu phần nhỏ g ọ i là capsomeres - các tiểu phần này có thể là một hoặc vài loại protein khác nhau v ỏ envelop là lóp m à n g phủ ngoài vỏ capsid có vai trò giúp virus lây n h i ễ m t ế bào T h à n h phần cơ bản của vỏ bọc là protein
5.2.2 Sinh sản virus trong tế bào sinh vật chủ
Virus là m ộ t k ý sinh n ộ i b à o bắt buộc, chỉ c ó k h ả n ă n g b i ể u h i ệ n và sinh sản b ê n trong t ế b à o sống M ỗ i virus c ó t h ể c ó m ộ t hoặc vài sinh vật chủ đặc thù:
- Các virus nhận b i ế n t ế b à o chủ n h ờ sự t ư ơ n g tác thuận giữa protein v ỏ b ê n n g o à i của virus và m ộ t receptor đặc thù trên bể mặt của t ế b à o chủ
- M ộ t vài virus c ó k h ả n ă n g k ý sinh ở nhiều sinh vật chủ, c ó t h ể là vài loài sinh vật,
ví dụ: virus c ú m gà (bird A u H 5 N 1 ) và virus d ạ i (rabies)
K h ả n ă n g k ý sinh của m ộ t số virus mang tính đặc h i ệ u cao:
- M ộ t vài virus chỉ c ó k h ả n ă n g lây n h i ễ m ở m ộ t loài: ví d ụ virus lây n h i ễ m v i k h u ẩ n
E.coli
- M ộ t vài virus chỉ c ó t h ể k ý sinh ở m ộ t l o ạ i m ô ở m ộ t loài: virus g â y c ả m l ạ n h ở người chỉ c ó thể lây n h i ễ m c á c t ế b à o ở phần trên của đ ư ờ n g h ô hấp, virus A I D S chỉ c ó thể b á m vào các receptors đặc thù ở t ế b à o bạch cầu
Chu trình sinh sản và lây n h i ễ m của virus g ồ m 3 bước:
- Genom của virus t h â m nhập v à o b ê n trong t ế b à o chủ
- Virus sử dụng c á c vật l i ệ u của t ế b à o chủ đ ể n h â n bản genom virus và sản xuất c á c protein v ỏ virus (capsid và envelop)
- Tái tổ hợp (lắp ráp) c á c p h â n tử nucleic axit (genorri) của virus và c á c t i ể u phần của
vỏ virus (capsomers) đ ể tạo ra c á c virus m ớ i
Trang 35.2.3 C ơ c h ế n h i ễ m b ệ n h v i r u s
V í dụ: T- even phage sử dụng phần đ u ô i đ ể b á m v à o t h à n h t ế b à o chủ v à b ơ m A D N vào t ế b à o chủ K h i genom virus đ ã v à o trong t ế b à o n ó l à m thay đ ổ i c á c c h ư ơ n g t r ì n h hoạt động của t ế b à o chủ và bắt đ ầ u n h â n bản
Có 3 cách nhãn genom virus:
- A D N - > A D N , n ế u genom của virus là A D N sợi k é p , A D N virus n h â n b ả n g i ố n g
n h ư A D N của t ế bào, virus sử dụng A D N polymerase của t ế b à o chủ đ ể n h â n b ả n A D N
của n ó
- A R N - > A R N , t ế b à o chủ k h ô n g c ó enzym đ ể n h â n bản A R N virus, đ a số A R N
virus c ó chứa gen m ã hoa A R N replicase - m ộ t enzym sử dụng A R N virus l à m k h u ô n đ ể tổng hợp các A R N tương đổng
- A R N - A D N - A R N , m ộ t vài virus c ó k h ả n ă n g m ã hoa reverse transcriptase - m ộ t
enzym tổng hợp A D N từ sợi k h u ô n A R N của virus
Vỉrus sử dụng các vật liệu của tế bào chủ để sinh sản:
- Các gen của virus sử dụng các enzym, ribosome, t A R N , axit a m i n , A T P , các nucleotid và các yật l i ệ u k h á c của t ế b à o chủ đ ể n h â n bản genom v à sản x u ấ t c á c protein
vỏ vừus
- Các t i ể u phần của virus g ồ m axit nucleic và v ỏ virus được l ắ p r á p v à tạo ra h à n g
t r ă m đ ế n h à n g n g h ì n virus k h á c nhau p h á v ỡ t ế b à o chủ và lây sang t ế b à o k h á c C á c tiểu phần của v ừ u s c ó thể tự l á p r á p trong ống n g h i ệ m k h i t r ộ n A R N và c á c protein v ỏ v ớ i nhau đ ể tạo ra m ộ t virus h o à n chỉnh
ARN (genom của virus)
> f
ADN virus
vật chủ để tạo ra virus mới
> f
ARN của virus trong tế bào
vật chủ để tạo ra virus mới
Sơ đồ 5.1 Nhân bản vìrus có genom là ARN trong tế bào vật chủ
Trang 45.2.4 C h u t r ì n h s i n h sản của v i r u s k ý sinh ở v i k h u ẩ n
C á c virus k ý sinh ở v i khuẩn được g ọ i là bacteriophage, hay v i ế t g ọ n là phage, tiếng
V i ệ t g ọ i là thực k h u ẩ n hay siêu v i k h u ẩ n ( S V K ) C ó 2 k i ể u chu trình sinh sản của S V K :
lytic và l y s o g è n i c
5.2.4.1 Chu trình hoại sinh (lytic)
V í d ụ , chu trình lytic ở S V K T4 x ả y ra g ồ m các giai đ o ạ n sau:
- S V K T 4 b á m v à o m à n g t ế b à o chủ: T4 nhận biết t ế b à o chủ n h ờ c ó sự tương đổng giữa protein trên sợi đ u ô i của virus và repceptor đặc thù ở m à n g n g o à i của v i k h u ẩ n E.coli
- Genom t h â m nhập v à o t ế b à o đ ể l ạ i phần v ỏ protein của T 4 ở b ê n n g o à i t ế b à o
- C á c hydrolytic e n z y m (enzym t h ú y p h â n ) p h â n huy A D N của t ế b à o ch ủ E.coli
T ế b à o ch ủ bắt đ ầ u sao m ã v à phiê n m ã genom của virus M ộ t trong cá c enzym đ ầ u tiên của virus là enzym p h â n huy A D N của t ế b à o chủ A D N của S V K k h ô n g bị ảnh hưởng vì c ó chứa các cytosine đ ã biến đ ổ i và vì v ậ y A D N virus k h ô n g chịu ảnh hưởng bởi enzym t h ú y p h â n A D N của t ế b à o chủ
- Virus sử dụng nucleotid (được p h â n huy t ừ t ế b à o chủ) đ ể n h â n bản genom virus
- T ế b à o chủ sản x u ấ t 3 l o ạ i protein vỏ và lắp r á p các protein đ ể tạo đ u ô i phage, sợi đuôi (tail fibers) và đ ầ u virus (polyhedral heads)
- Các t i ể u phần của virus tự lắp r á p đ ể tạo hạt virus h o à n chỉnh
- P h â n huy t ế b à o chủ và g i ả i p h ó n g các hạt virus:
+ Genom của virus sản sinh các lysozyms p h â n g i ả i m à n g t ế b à o v i k h u ẩ n
+ Á p lực t h ẩ m t h ấ u l à m p h á v ỡ t ế b à o và g i ả i p h ó n g ra h à n g t r ă m virus từ m ộ t t ế
b à o chủ
+ Các virus m ớ i c ó t h ể lây n h i ễ m các t ế b à o chủ lân cận
Chu k ỳ lytic (lytic cycle) k é o dài 20 - 30 phút ở nhiệt đ ộ 3 7 ° c Trong giai đ o ạ n n à y mật đ ộ quần thể T 4 sẽ tăng lên h à n g t r ă m l ầ n
Cơ chế tự vệ của vi khuẩn
- V i k h u ẩ n c ó t h ể thay đ ổ i receptor bằng m ộ t đ ộ t biến, n h ờ v ậ y virus k h ô n g thể nhận
biết receptor đ ể b á m v à g â y bệnh
- Các enzym cắt g i ớ i hạn của v i k h u ẩ n nhận biết và cắt c á c A D N l ạ , trong đ ó c ó các
A D N của siêu v i khuẩn N h ư n g A D N của c h í n h v i k h u ẩ n c ó c á c thay đ ổ i hoa học do vậy
k h ô n g bị p h â n huy b ở i các enzym cắt của c h í n h n ó Enzym cắt g i ớ i hạn là các enzym tự nhiên của v i k h u ẩ n c ó k h ả n ă n g cắt các A D N l ạ , x ú c tác cắt A D N t h à n h các m ả n h nhỏ Trong chu kỳ hoại sinh, vi khuẩn và siêu vỉ khuẩn liên tục cùng tiến hoa
- H ầ u n h ư cá c v i khu ẩ n c ó c ơ c h ế chống siêu v i k h u ẩ n c ó h i ệ u quả
- Các virus cũng t i ế n hoa theo hướng vượt qua các h ệ thống tự v ệ của t ế b à o chủ
- M ộ t số virus c ó các phương án c ù n g chung sống v ớ i t ế b à o chủ
Trang 55.2.4.2 Chu kỳ tiêm sinh (Lysogenic cycle)
M ộ t số virus c ó thể c ù n g chung sống v ớ i t ế b à o chủ bằng c á c h cài genom của c h ú n g
vào genom của t ế b à o Sau k h i cài genom của m ì n h v à o genom của t ế b à o c h ủ , sinh sản
với t ế b à o chủ n h ư n g virus k h ô n g hoạt động cho đ ế n k h i bắt đ ầ u chu k ỳ lytic C á c virus
n h ư vậy được g ọ i là các temperate virus và c h ú n g c ó 2 chu k ỳ sống: Lysogenic và l y t i c Phage X (E Lederberg, 1951) là m ộ t ví d ụ Chu k ỳ t i ề m sinh của phage X d i ễ n ra
theo trình tự sau:
- Phage X gắn v à o bề mặt t ế b à o v i k h u ẩ n E c o l i
- Phage À tiêm A D N của n ó v à o t ế b à o chủ
- A D N của phage c ó thể bắt đ ầ u chu k ỳ t i ề m sinh hoặc h o ạ i sinh (lytic)
Trong q u á trình t i ề m sinh, A D N của phage cài v à o m ộ t vị trí đặc t h ù n à o đ ó của nhiên sắc thể v i k h u ẩ n và trở t h à n h t i ề n phage (prophase) H ầ u hết c á c gen của prophage
ở trạng thái k h ô n g hoạt động Gen của prophage m ã hoa m ộ t protein k ì m h ã m l à m ức
c h ế h ầ u hết c á c gen của prophage Prophage genom sẽ được n h â n bả n lê n n h i ề u l ầ n c ù n g
v ớ i q u á trình p h â n chia của t ế b à o chủ và c ó t h ể t ồ n t ạ i trong t ế b à o c h ủ n h i ề u t h ế hệ
Đ ế n m ộ t t h ờ i đ i ể m nhất định, A D N của phage c ó t h ể t á c h ra k h ỏ i A D N của t ế b à o chủ
và c ó thể bắt đ ầ u chu k ỳ hoại sinh
5.3 MỘT SỐ BỆNH VIRUS NGUY HẠI
Virus g â y ra rất nhiều bệnh ở n g ư ờ i , đ ộ n g vật, thực vật và k ể cả v i k h u ẩ n M ộ t số bệnh virus r ấ t thường gặp n h ư c ú m Đặc đ i ể m quan trọng của bệnh virus là k h i mắc bệnh virus, việc chữa bệnh sẽ gặp n h i ề u k h ó k h ă n
D ư ớ i đ â y c h ú n g ta sẽ tham khảo ba bệnh virus ở n g ư ờ i : bệnh b ạ i l i ệ t , c ú m và
H I V / A I D S Các bệnh n à y đ ề u c ó chung m ộ t đặc đ i ể m là đ ề u do virus c ó genom là A R N
gây ra
5.3.1 Virus bại liệt
Bệnh b ạ i l i ệ t rất ít k h i x ả y ra ở c á c nước p h á t t r i ể n n h ờ c ó vacxin, tuy n h i ê n đ â y v ẫ n
là bệnh nguy h i ể m ở các nước đ a n g phát triển Virus b ạ i l i ệ t x â m nhập v à o c ơ t h ể qua đường m i ệ n g do nước uống, thức ăn bị n h i ễ m Trong trường hợp c ơ t h ể k h ô n g c ó h ệ
m i ễ n dịch mạnh virus sẽ t h â m nhập v à o m á u , theo m á u c á c virus sẽ t ấ n c ô n g c á c t ế b à o thần kinh và h ệ thần k i n h trung ư ơ n g K ế t quả h ệ thần k i n h sẽ bị p h á huy d ẫ n đ ế n b ạ i liệt hoặc chết Hai l o ạ i vacxin k h á c nhau đ a n g được sử dụng rộng rãi và đ ã cứu được
h à n g trăm n g à n cuộc sống con n g ư ờ i Sabin virus là m ộ t dạng virus b ạ i l i ệ t đ ã được l à m
y ế u V i r u s Sabin k h ô n g c ó k h ả n ă n g sinh sản trong t ế b à o th ầ n k i n h do v ậ y k h ô n g g â y bệnh bại l i ệ t C h ú n g c ó k h ả n ă n g sinh sản chậm ở ruột và g â y ra phản ứng m i ễ n dịch mạnh m ẽ ở n g ư ờ i được tiêm p h ò n g M ộ t vacxin k h á c được g ọ i là vacxin S A L K Đ â y là
Trang 6m ộ t c h ế p h ẩ m vacxin từ virus bại liệt đ ã bị giết chết và k h ô n g c ò n k h ả n ă n g sinh sản ở
c ơ thể n g ư ờ i , n h ư n g c ó k h ả n ă n g g â y m i ễ n dịch
5.3.2 Virus cúm (Influenza hoặc Flu)
L à virus g â y bệnh nguy h i ể m ở đường h ô h ấ p và đ ã l à m chết h à n g triệu n g ư ờ i Virus
c ú m c ó thể lây n h i ễ m n g ư ờ i , l ợ n , gà, vịt, h ả i cẩu và ngựa V ừ u s c ú m c ó genom là các phân tử A R N được bao bọc b ở i lớp vỏ protein (vỏ capsid) và m ộ t l ớ p m à n g c ó nguồn gốc từ t ế b à o sinh vật chủ ( m à n g envelop)
Virus c ú m c ó c á c spike (cái que hoặc gai) được tạo ra b ở i 2 l o ạ i protein k h á c nhau
của virus g ọ i là Neuraminidase và Haemagglutinin Spike đ ó n g vai trò quan trọng trong
lây n h i ễ m t ế b à o chủ
Những thay đ ổ i thường x u y ê n Ương ư ì n h tự axit amin của hai protein v ỏ virus d ẫ n
đ ế n sự xuất h i ệ n liên tục các chủng m ớ i Các chủng m ớ i c ó thể sinh sản ở c á c bệnh n h â n
đã có phản ứng m i ễ n dịch manh đ ố i v ớ i các chủng cũ
Chủng c ú m m ớ i x u ấ t h i ệ n k h i đ a số cá thể trong quần thể sinh vật chủ c h ư a h ì n h thành h ệ m i ễ n dịch k h á n g bệnh m ộ t c á c h h i ệ u quả đã g â y ra dịch c ú m lây lan nhanh
chóng
5.3.3 Virus gây suy giảm hệ miễn dịch HIV/AIDS
Virus gây suy g i ả m h ệ m i ễ n dịch thuộc n h ó m retrovirus, genom của virus n à y là
A R N K h i A R N virus t h â m nhập v à o t ế b à o n ó sẽ được enzym sao c h é p ngược (inverted transcriptase) x ú c tác chuyển hoa t h à n h A D N Đ â y là m ộ t dạng c A D N của virus P h â n
tử c A D N này c ó thể cài v à o n h i ễ m sắc thể của t ế b à o chủ tạo ra m ộ t dạng t i ề n virus t i ề m sinh (provirus) Provirus c ó th ể n ằ m y ê n qua n h i ề u l ầ n p h â n b à o cho đ ế n k h i bắt đ ầ u hoạt động và sinh sản, tạo ra các virus m ớ i
H I V lây n h i ễ m c á c t ế b à o của h ệ m i ễ n dịch, chủ y ế u lây n h i ễ m c á c đ ạ i thực b à o
(macrophage) và t ế b à o C D 4 Positive T-cell
Virus H I V được v ậ n chuy ể n theo m á u , lây n h i ễ m qua đ ư ờ n g m á u v à đư ờ n g sinh dục T h ô n g thường sẽ c ó m ộ t giai đ o ạ n ố m ngắn, sốt và x u ấ t h i ệ n k h á n g thể chống l ạ i
H I V trong m á u C ó thể phải 6 t h á n g sau k h i bị n h i ễ m H I V , c ơ thể m ớ i c ó biểu h i ệ n H I V
dương tính qua thử k h á n g thể
Bệnh A I D S x ả y ra k h i cơ thể k h ô n g c ò n k h ả n ă n g chống l ạ i sự lây n h i ễ m các bệnh
vi khuẩn, n ấ m , virus k h á c T i ế p theo virus sẽ n h i ễ m v à o c á c l o ạ i t ế b à o k h á c n h ư h ệ thần kinh trung ương và gây ra bệnh thần k i n h , m ấ t trí M ộ t vài l o ạ i ung t h ư cũng liên quan
đ ế n giai đ o ạ n phát triển nhất định của bệnh A I D S
N g ư ờ i n h i ễ m H I V dương tính c ó thể ở trong trạng thái sức khoe bình thường vài
n ă m sau đ ó m ớ i x u ấ t h i ệ n triệu chứng suy g i ả m m i ễ n dịch Trong giai đ o ạ n chưa biểu hiện bệnh (có thể từ Ì đ ế n l o n ă m ) , H I V v ẫ n n h â n bản trong t ế b à o macrophage và t ế
b à o C D 4 T \ n h ư n g c ơ th ể v ẫ n c ò n k h ả n ă n g thay t h ế t ấ t cả c á c t ế b à o chết vì n h i ễ m
Trang 7virus B i ể u h i ệ n p h á t bệnh đ ầ u tiên là sự xuất h i ệ n c á c hạch k h i đ ó t ế b à o C D 4 v à t ế b à o
T bị chết h à n g loạ t v à h ệ m i ễ n dịch bắt đ ầ u suy y ế u
5.4 CÁC CHIÊN LƯỢC cơ BẢN PHÒNG CHỐNG BỆNH VIRUS
D ư ớ i đ â y là 4 c h i ế n lược c ơ bản của c ô n g nghệ sinh học trong p h ò n g chống bệnh
virus:
- Sản xuất và sử dụng c á c vacxin truyền thống
- T ạ o c á c vacxin tái t ổ hợp (recombinant vacxin)
- T ạ o ra c á c A R N đ ố i nghĩa (antisense R N A ) ở c ơ t h ể c h ủ , k h i virus t h â m nhập v à o
t ế b à o chủ , c á c A R N đ ố i nghĩa sẽ bắt cặp v ớ i c á c A R N (sense R N A ) củ a virus v à l à m cho virus bất hoạt
- T ạ o ra c á c s i A R N ( A R N ngắn, 2 1 - 2 5 nucleotid) trong t ế b à o c h ủ , k h i c ó virus t ấ n
c ô n g c á c A R N ngắn sẽ bắt cặp v ớ i c á c trình t ụ t ư ơ n g đ ồ n g trên sợi A R N của virus và
l à m cho A R N virus bị p h â n huy Đ â y là m ộ t c ô n g nghệ m ớ i ra đ ờ i c h ư a đ ầ y 10 n ă m l ạ i
đ â y , c ó tác dụng p h ò n g chống bệnh virus rất h i ệ u quả
T i ê m v à o c ơ t h ể chủ c á c trình tự A R N sợi k é p hoặc c á c s i A R N , c á c t r ì n h t ự A R N
k é p trong t ế b à o n h â n thực c ó t h ể bị c á c enzym Dicer cắt t h à n h c á c s i A R N C á c s i A R N
t h â m nhập v à o t ế b à o và g â y ra bất hoạt virus
C h i ế n lược sử d ụ n g s i A R N đ a n g được n g h i ê n cứ u v à ứn g d ụ n g đ ể p h ò n g chốn g cá c
bệnh virus nan y n h ư H I V
Trang 8Chương 6
P R O T E I N V À C Ô N G N G H Ệ E N Z Y M
6.1 GIỚI THIỆU VẾ PROTEIN
Protein quy đ ị n h h ầ u h ế t c á c đặc tín h của t ế b à o v à c ơ t h ể sống D o v ậ y c h ú n g ta c ó
thể nói protein tạo ra c á c c ơ t h ể sống m ộ t c á c h đặc thù, k h ô n g t r ù n g l ặ p và đa dạng
T h à n h tựu gần đ â y nhất của C h ư ơ n g trình genom n g ư ờ i (2003) cho biết trong c ơ thể
người c ó chứa khoảng 30.000 gen, n h ư n g đ ã từ lâu n g ư ờ i ta ước tính trong c ơ t h ể n g ư ờ i
cũng chứa khoản g 30.000 c á c l o ạ i protein k h á c nhau v à m ỗ i protein đ ề u c ó nh ữ n g chức
năng riêng biệt (E.s Grace, 1997)
Protein được c ấ u trúc b ở i 20 axit amin k h á c nhau M ộ t protein v à o l o ạ i n h ỏ nhất
chẳng hạn n h ư insulin c ó chứa h ơ n 50 axit amin trong k h i đ ó thì đ a số c á c protein k h á c
lớn hơn rất nhiều (chứa từ vài t r ă m đ ế n h ơ n 1000 c á c axit amin)
T í n h đặc thù của protein và enzym do trình tự c á c axit amin trong p h â n tử protein
tạo ra
Trình tự c á c axit amin trong p h â n tử protein l ạ i do trình tự của nucleotid trong gen
quy định Chỉ cần thay đ ổ i m ộ t axit amin trong c ấ u trúc của protein ta c ó thể tạo ra
những thay đ ổ i rất l ớ n trong hoạt tính, t h ậ m c h í l à m thay đ ổ i hẳn chức n ă n g của protein
Trong cấu trúc của enzym c ó m ộ t v ù n g quy định tính đặc thù của n ó g ọ i là "trung t â m
hoạt h ó a " Trung t â m n à y c ó thể coi là v ù n g r ấ t nhạy c ả m đ ố i v ớ i c á c đ ộ t biến Các đ ộ t
biến gen chỉ c ầ n l à m thay đ ổ i ý nghĩa của m ộ t codon trê n gen c ó t h ể d ẫ n đ ế n sự thay t h ế
của m ộ t axit amin n à y bằng m ộ t axit amin k h á c trong "trung t â m hoạt h ó a " và c ó thể
d ẫ n đ ế n thay đ ổ i t o à n b ộ hoạt tính hoặc chức n ă n g của protein/enzym đ ó
6.1.1 V a i t r ò của p r o t e i n
Protein
sinh học
/ ị X
Xúc tác toàn bộ quá
trình sinh hoa của tế
bào và cơ thể
Tạo ra các cấu trúc trên mức phân tử như nhiễm sắc thể, lục
lạp, ty thể, tế bào, mô, cơ quan,
prótein vận động ỏ mô cơ và vận chuyển ỏ tế bào máu
- Hocmon sinh trưởng, phát triển;
- Các kháng thể và khả năng miễn dịch;
- Các chất có hoạt tính sinh học khác (insulin, inteđeron, )
Trang 96.1.2 C ấ u t r ú c c ủ a p r o t e i n
Protein là một polymer gồm nhiều monomer (có tên chung là axit amin) tạo thành
M ộ t sợi polymer g ồ m m ộ t số axit amin được g ọ i là polypeptid
Cấu trúc chung của axit amin:
NH2
I
R — c — H
C O O H
Cấu trúc khác nhau của các axit amin là do nhóm R quyết định Protein được tạo bởi
20 axit amin k h á c nhau (bảng 6) C á c axit amin liên k ế t v ớ i nhau bằng c ầ u n ố i covalent (đồng hoa trị) g ọ i là cầu n ố i peptid Cầu n ố i n à y được tạo b ở i phản ứng hoa học giữa
n h ó m cacboxyl ( C O O H ) của axit amin n à y v ớ i n h ó m amino của axit amin k h á c :
I
H — N _
H
I
H — N _
c
j — c — ( 1 Ì
Ri li 0
H
1
à — c — ( 1
li
H H
H
I
- N
H
I -N
H é—C-(OH H
1 li
H
ì -N
H c—c
1 li
OH H ) _ N —
H
I
N
H
I
c — C - O H
I ý
H
I
c — C - O H
Kết quả tạo ra mạch peptid dài (protein) gồm axit amin kết nối với nhau tương tự
n h ư ở phản ứng trên
Bảng 6.1 Tên 20 axit amin tạo nên phân tửprotein
Trang 10C ấ u trúc k h ô n g gian của protein rất phức tạp, g ồ m 4 mức c ấ u trúc k h á c nhau (sơ đ ồ 6.1) M ộ t số k i ể u liên k ế t y ế u hình thành giữa c á c n g u y ê n tử trong c ù n g m ộ t sợi polypeptid hoặc giữa các n g u y ê n tử thuộc các sợi polypeptid k h á c nhau tạo ra các cấu trúc k h ô n g gian đặc thù của protein C á c k i ể u liên k ế t y ế u k h á đ a dạng: liên k ế t
hydrogen, liên k ế t tĩnh đ i ệ n (electrostatic) và liên k ế t V a n der Waals
Cấu trúc bậc một (Prímary structure): C á c axit amin k ế t n ố i v ớ i nhau t h à n h m ộ t sợi polypeptid thẳng g ọ i là cấu trúc bậc m ộ t
Cấu trúc bậc hai (secondary structure): H ì n h t h à n h do lực liên k ế t giữa các n g u y ê n
tử của các axit amin gần nhau trong sợi polypeptid m ạ c h thẳng tạo t h à n h C ấ u trúc bậc 2 thường c ó dạng sợi xoắn (oe H e l i x )
Cấu trúc bậc 3 (Tetiary structure): C á c m ạ c h polypeptid c ấ u trúc bậc m ộ t c ó thể gấp khúc do các lực liên k ế t y ế u tạo n ê n cấu trúc bậc 3 V í d ụ , c ấ u trúc bậc 3 của p h â n
tử mioglobin
Cấu trúc bậc 4 (Quaternary structure): Trong m ộ t số c á c protein, 2 hoặc nhiều hơn
sô sợi polypeptid c ó c ấ u trúc bậc 3 liên k ế t l ạ i tạo t h à n h cấu trúc bấc 4 V í d ụ , cấu trúc bậc 4 của phân tử hemoglobin C ấ u trúc bậc 4 c ó thể h ì n h t h à n h giữa c á c sợi polypeptid khác nhau hoặc giữa c á c sợi giống nhau
N h i ề u protein c ó c ấ u trú c chặt c h ẽ h ì n h c ầ u : cá c enzym v à cá c k h á n g t h ể là những protein c ó cấu trúc h ì n h cầu quan trọng nhất, trong k h i các protein sợi là t h à n h phần cấu
trúc quan trọng của m ô c ơ và sợi tóc
Primary
ị ca, 1
1 GI V 1
-ỆE&-1 ***J -ỆE&-1
| t f Ị
h ạ i
n ạ n
tefÉ
1 ***J 1
| t f Ị
h ạ i
n ạ n
tefÉ
Sơ đồ 6.1 Cấu trúc không gian của protein (theo Neỉson and Cox, 2000) Cấu trúc không gian của protein là yếu tố quyết định đối với chức năng của protein
trong t ế bào Cấu trúc k h ô n g gian của protein được quy định b ở i trình tự axit amin trong cấu trúc bậc m ộ t của n ó Cấu trúc bậc ba và bậc bốn của protein cũng được quy định b ở i cấu trúc bậc m ộ t của các polypeptid tạo n ê n protein đ ó T r ì n h tự các axit amino cũng quy định vai tr ò của gốc R trong cá c liê n k ế t đặc th ù của protein n à y v ớ i cá c t h à n h phần
khác của t ế b à o
6.2 CÔNG NGHỆ ENZYM
Cơ thể sống thực sự là một nhà máy hoa chất khổng lồ nhất mà con người được biết
đ ế n , trong đ ó m ọ i phản ứng hoa học đ ề u được x ú c tác b ở i các enzym K h ô n g c ó enzym
và h ệ thống enzym chắc chắn sự sống sẽ k h ô n g t ồ n t ạ i