Bài giảng Vi sinh vật đại cương: Chương 2 - TS. Nguyễn Xuân Cảnh

Bài giảng Vi sinh vật đại cương: Chương 2 Virus, cung cấp cho người học những kiến thức như: Lịch sử phát hiện ra virus; Một số đặc tính của virus; Hình thái và cấu tạo virus; Quá trình nhân lên của virus; Phân loại virus; Vai trò của virus trong đời sống. Mời các bạn cùng tham khảo!

• Lịch sử phát hiện ra virus

• Một số đặc tính của virus

• Hình thái và cấu tạo virus

• Quá trình nhân lên của virus

• Phân loại virus

• Vai trò của virus trong đời sống

A virus is a non-cellular particle made up of genetic

material and protein that can invade living cells

Adolf Mayer 1843-1942

• Khi nghiên cứu bệnh khảm cây thuốc lá đã nhận thấy bệnh này có thể lây nếu phun dịch ép lá cây bị bệnh sang cây lành, tuy nhiên ông không phát hiện được tác nhân gây bệnh

• 1882, described the tobacco mosaic disease as "a soluble, possibly enzyme-like contagium“

• 1886, changed his mind and reported that it is

"bacterial, but that the infectious forms have not yet

Lịch sử nghiên cứu và phát hiện virus

Năm 1884 Charles Chamberland đã sáng chế

ra màng lọc bằng sứ để tách các vi khuẩn

Ivanovsky 1864-1920

1892: Dịch từ lá cây bị bệnh có thể gây bệnh cho những cây khác, mặc dù dịch này đã được lọc qua màng

1899: Bệnh gây ra do dịch nuôi cấy vi khuẩn

1903: Cho rằng các yếu tố gây bệnh có thể tồn tại lâu dài chỉ có thể là dạng nghỉ của vi khuẩn, hay

là bào tử

Sự nhiễm bệnh chỉ có thể nhân lên trong môi trường nuôi cấy nhân tạo

Beijerinck 1851-1931

1898: Dịch thu được từ cây bị bệnh được nuôi cấy trên môi trường nuôi cấy 03 tháng và không có vi khuẩn mọc, nhưng dịch này vẫn gây bệnh cho cây

Các cây bị bệnh tiếp tục được thu nhận và lấy dịch, sau đó lây nhiễm qua vài thế hệ, cây bị lây nhiễm vẫn bị bệnh, chứng tỏ nhân tố gây bệnh không phải là độc tố

Nhân tố gây bệnh chỉ nhân nhanh trong các mô cây còn sống Nhân tố này bất hoạt ở 90 0 C, nhưng vẫn giữ hoạt tính khi phơi khô và dự trữ

Kết luận:

The infectious agent is not a contagium fixum, or microorganism, but rather a contagium vivum fluidum, or

virus

• Năm 1901 Walter Reed và cộng sự ở Cuba đã phát hiện tác nhân gây bệnh

sốt vàng, cũng qua lọc

• Tiếp sau đó các nhà khoa học khác phát hiện ra tác nhân gây bệnh dại và

đậu mùa Tác nhân gây bênh đậu mùa có kích thước lớn, không dễ qua

màng lọc, do đó các tác nhân gây bệnh chỉ đơn giản gọi là virus

• Năm 1915 nhà vi khuẩn học người Anh Frederick Twort và năm 1917 nhà

khoa học người Pháp Felix d'Hérelle đã phát hiện ra virus của vi khuẩn và

đặt tên là Bacteriophage gọi tắt là phage

• Năm 1935 nhà khoa học người Mỹ Wendell Stanley đã kết tinh được các

hạt virus gây bệnh đốm thuốc lá (TMV) Rồi sau đó TMV và nhiều loại

virus khác đều có thể quan sát được dưới kính hiển vi điện tử

• Virus có kích thước nhỏ bé từ hàng chục đến hàng trăm

nanometer (20-300 nm)

• Virus không có cấu tạo tế bào, chỉ là vật chất sống đơn giản chứa

một trong 2 loại axit nucleic (ADN hoặc ARN)

• Các axit nucleic được bọc bởi một lớp vỏ protein (capsid) Một

số virus có thêm lớp màng bao (vỏ ngoài), được cấu tạo bởi lipid

và lipoprotein

• Virus thiếu các bào quan như ti thể, ribosome

• Virus kí sinh bắt buộc trong các tế bào sống để sinh trưởng và

phát triển

• Virus dựa vào tế bào chủ để cung cấp năng lượng và tổng hợp các

thành phần cần thiết cho quá trình nhân lên của bộ genome và sự

tổng hợp protein

Một số đặc tính chung của virus

Nucleocapsit

Lõi (bộ gen)

axit nucleic

Vỏ (capsit)

protoin

Axit nucleic

Capsit

+ Lõi (bộ gen): Axit nuclêic + Vỏ (capsit): Prôtêin Phức hợp gồm axit nuclêic và protein người ta gọi là

Nucleocapsit

Cấu tạo chung của virus

Capsome

capsid

- Được cấu tạo từ những đơn vị nhỏ hơn là

capsome.

- Virut càng lớn số lượng capsome càng nhiều

Bộ gen của virus có điểm gì sai khác so với so với

bộ gen của sinh vật nhân chuẩn?

Bộ gen của virus có thể là

ADN hoặc ARN

1 sợi hoặc 2 sợi

Bộ gen của sinh vật nhân chuẩn luôn là

ADN 2 sợi

Bé gen (RNA) Bé gen (DNA)

Bộ gen của virus Bộ gen của sinh vật nhân

chuẩn

Bé gen (DNA)

Virut trần và virut có vỏ ngoài

Virus chỉ có cấu tạo gồm

lõi và vỏ capsid (giống

cấu tạo chung)

Có lớp vỏ bọc bao bên ngoài

vỏ capsid, trên có gắn các gai glycoprotein

Virus trần (virus đơn giản) Virus có vỏ bọc (virus phức tạp)

acid nuclªic capsid

Vá ngoµi

Gai glycoprotei

n

Virut có vỏ bọc

Lâi capsi

d Gai glycoprotein

Vỏ ngoài: Lớp lipit kép và protein tương tự màng sinh chất  bảo vệ virut

Gai glycôprôtêin có tác dụng gì ?

- Làm nhiệm vụ kháng nguyên,

giúp virut bám trên bề mặt tế bào

Hình thái của virus

• Viruses come in a variety of shapes

• Some may be helical shape like the Ebola virus

• Some may be polyhedral shapes like the influenza virus

• Others have more complex shapes like bacteriophages

Quá trình nhân lên của virus

1 Adsorption (attachment) - Cảm ứng

2 Entry - Xâm nhập

3 Uncoating - Tháo vỏ

4 Transcription - Phiên mã

5 Synthesis of virus components -

Tổng hợp các thành phần

6 Assembly -Lắp ráp

7 Release - Giải phóng

• Xảy ra phụ thuộc tần số va

chạm ngẫu nhiên giữa hạt

virus với tế bào ký chủ

• Khi bám được vào tế bào ký

chủ, virus di chuyển đến điểm

thụ cảm (receptor-là điểm có

thành phần hóa học tương

thích với virus)

Hấp phụ của virus lên tế bào cảm thụ cảm

Xâm nhập của virus vào trong tế bào cảm thụ

• Virus tiết ra enzyme lizosime

dung giải thành tế bào ký chủ, bao

đuôi co lại, trục đuôi chọc thủng

màng nguyên sinh chất và bơm

acid Nucleic vào bên trong

• Phần vỏ nằm bên ngoài và không

tham gia vào quá trình tái tạo hạt

virus mới

(Endocytosis)

• Xảy ra cả với virus có và

không có vỏ ngoài

• Màng tế bào lõm vào bao lấy

virus để tạo không bào tạm

thời

• Sau đó không bào sẽ bị dung

hợp để giải phóng virus bên

trong TB

(Membrane Fusion)

• Chỉ xảy ra ở virus có vỏ ngoài

• Màng sinh chất trực tiếp dung hợp với vỏ ngoài của virus để giải phóng hạt virus vào trong tế bào

• Virus cung cấp thông tin di truyền cho tế bào vật chủ và bắt tế

bào này tổng hợp ra các “nguyên liệu” dựa trên hệ thống trao

đổi chất của tế bào kí chủ

• Các nguyên liệu sẽ được tiếp tục tạo thành các bộ phận của

virus (vỏ protein và lõi axit nucleic)

Quá trình tổng hợp các thành phần của virus

DNA viruses

• DNA của virus sẽ được nhân lên, sao mã ( tạo mRNA) và dịch

mã từ mRNA tạo protein dựa trên hệ thống trao đổi chất của tế

bào vật chủ

Quá trình tổng hợp Axit Nucleic và Protein

RNA viruses

• RNA của virus là khuôn để tổng hợp thêm RNA trong TB kí chủ

Một số lượng RNA sẽ đóng vai trò là khuôn để tông hơp protein,

phần còn lại tham gia vào quá trình đóng gói để tạo nên các virus

mới

• Trong một số virus, RNA được sao mã thành cDNA dưới tác dụng

của enzyme sao mã ngược (reverse transcriptase ) cDNA sau đó

sẽ được chèn vào DNA của TB kí chủ Từ đó protein cần thiết cho

quá trình tạo các virus mới sẽ được tổng hợp

• Một vài protein được tổng hợp rất sớm, gọi là các protein đầu kì

(early protein), được tổng hợp ngay sau khi virus xâm nhập vào TB

VD: các enzyme để sao chép mRNA, các enzyme gắn DNA của virus

vào hệ gen của tế bào chủ…

• Protein giữa kì được tổng hợp muộn hơn một chút VD: protein cấu

trúc (vỏ capsid đầu và đuôi) và protein điều hành quá trình kết thúc

sinh tổng hợp virus

• Một số protein được tổng hợp rất muộn gọi là protein cuối kì (late

protein) được tổng hợp ở cuối của chu trình sinh sản của virus VD:

các enzyme tham gia lắp ráp và enzyme phá hủy thành tế bào vật chủ

• Đa số các virus thì protein của vỏ capsid tự lắp ghép lại, tạo nên

cấu trúc rỗng, gọi là tiền capsid–procapsid

• Sau đó do va chạm ngẫu nhiên mà axit Nu chui vào trong

procapsid và vỏ capsid tự hàn gắn lại

Quá trình lắp ráp các thành phần của virus (assembly)

Axit Nu đông đặc, co cụm lại, phần protein của vỏ capsid gắn xung

quanh tạo thành phần đầu Đuôi và lông đuôi được gắn do va chạm

ngẫu nhiên, do vậy cũng có thể xảy ra khiếm khuyết

• Virus tiết ra một lượng lớn enzyme lysozyme, dung giải thành

TB vật chủ tại nhiều điểm và đồng thời giải phóng ồ ạt ra ngoài

• Hoặc vách TB bị phá vỡ do áp lực quá lớn gây ra từ số lượng

đông đảo các virus được nhân lên

• Cơ chế từ từ: virus tiết một lượng nhỏ enzyme lysozyme, dung

giải thành TB ký chủ tại một số điểm rồi từ từ thoát ra ngoài

• TH virus có vỏ ngoài: virus có thể thoát ra ngoài theo cơ chế

nảy chồi (hay xuất bào)

• TH virus có kích thước cực kỳ nhỏ bé: có thể giải phóng qua

các lỗ nhỏ trên thành TB ký chủ

• Một số virus có thể truyền từ TB này sang TB khác thông qua

cầu nối nguyên sinh chất giữa 2 TB mà không cần giải phóng

ra khỏi TB

Quá trình giải phóng virus

Order - Family - Subfamily - Genus - Species - Strain/type

Viralis - Viridae - Virinae - Virus

Phân loại virus

Viral species: A group of viruses sharing the same genetic

information and ecological niche (host)

Là nhóm virus giống nhau về thông tin di truyền cũng như ổ sinh

thái hay vật chủ ký sinh

VIRUS GENOMES

Single Stranded

Double Stranded

Circular

+ or -

Segmented

Double Stranded Segmented

PARVOVIRIDAE

HERPESVIRIDAE

RNA VIRUSES

PICORNAVIRIDAE

TOGAVIRIDAE

FLAVIVIRIDAE

REOVIRIDAE

BUNYAVIRIDAE

RHABDOVIRIDAE ARENAVIRIDAE

RETROVIRIDAE ORTHOMYXOVIRIDAE

PARAMYXOVIRIDAE CORONAVIRIDAE

Hệ thống phân loại Baltimore Lớp I: Virus có genom là ADN kép, mARN được tổng hợp giống như ở tế bào, tức là

dùng sợi ADN(-) làm khuôn

Lớp II: Virus có genom là ADN đơn Ở thời điểm đưa ra hệ thống phân loại, khoa học

mới chỉ biết đến genom ADN đơn, dương, nên khi phát hiện ra genom ADN âm thì lớp II

được tách ra là IIa và IIb Đối với genom ADN đơn, muốn tổng hợp mARN phải qua giai

đoạn tổng hợp ADN kép trung gian, gọi là dạng sao chép (RF - replicative form)

Lớp III: Virus có genom ARN kép Một trong hai sợi tương đương với mARN

Lớp IV: Virus có genom ARN đơn, (+) Do có trình tự nucleotid trùng với trình tự

nucleotid của mARN nên có thể dùng trực tiếp làm mARN Lớp IV lại chia thành IVa và

IVb dựa trên sự khác biệt về cơ chế biểu hiện và sao chép genom

Lớp V: Virus có genom ARN đơn, (-) Do có trình tự nucleotid ngược với trình tự

nucleotid của mARN, nên không thể dùng trực tiếp làm mARN Lớp V cũng được chia

thành Va và Vb dựa trên sự khác biệt về cơ chế biểu hiện và sao chép genom

Lớp VI: Virus có genom là ARN Trong quá trình biểu hiện và sao chép cần phải có giai

đoạn tổng hợp phân tử ADN kép

Phân biệt Viroids và Prions

• Viroid là các phân tử ARN vòng,

kích thước nhỏ không được bao

bọc bởi lớp vỏ protein

• Thường gây bệnh trên thực vật

• Resemble introns cut out of

eukaryotic

37

• Prions là các protein có khả năng lây

nhiễm “infectious proteins”

• Chúng là các protein bình thường nhưng

có khả năng chuyển hóa thành các dạng

cấu trúc xen kẽ (alternate configuration)

khi tiếp xúc với các protein prion khác

• Chúng không có DNA hoặc RNA

• The main protein involved in human and

mammalian prion diseases is called “PrP”

copyright cmassengale

38

Prion Diseases

• Các Prions dạng không hòa tan tập

trung ở não (insoluble deposits in the

brain)

• Là nguyên nhân gây ra sự thoái hóa

nhanh chóng của các neurons

• Mad cow disease (bovine spongiform

encephalitis: BSE) is an example

copyright cmassengale

Vai trò của virus trong đời sống

Gây bệnh cho người và động vật: Đậu mùa, đậu bò (Baculoviridae),

Viêm gan B (Hepadnaviridae), Sốt Denge (Flaviviridae), SARS

(Coronaviridae), Quai bị, sởi (Paramyxoviridae)…

Gây bệnh cho thực vật: Khảm thuốc lá (Tobamoviridae), Khảm đậu

đũa (Cormoviridae), Khảm hoa lơ (Caulimoviridae)…

Sản xuất vacxin

Sản xuất thuốc bảo vệ thực vật: jX174 (Microviridae), T4

(Myoviridae), T7 (Rodoviridae),  (Siphoviridae)

Công cụ trong công nghệ sinh học: vector chuyển gen, DNA

marker…