Vi rút là gì? cấu trúc, phân loại, sinh sản

Tổng quan về virus (vi rút)

Vi rút là gì?

Virus là một tác nhân truyền nhiễm có kích thước nhỏ và thành phần đơn giản có thể nhân lên chỉ trong các tế bào sống của động vật, thực vật hoặc vi khuẩn. Tên này là từ một từ Latin có nghĩa là “chất lỏng trôi” hoặc “chất độc”.

Các dấu hiệu sớm nhất về bản chất sinh học của virut bắt nguồn từ các nghiên cứu năm 1892 bởi nhà khoa học Nga Dmitry I. Ivanovsky và năm 1898 bởi nhà khoa học người Hà Lan Martinus W. Beijerinck. Beijerinck đầu tiên phỏng đoán rằng virus đang được nghiên cứu là một loại mới đại lý truyền nhiễm mà ông đã chỉ định contagium vivum fluidum, có nghĩa là nó là sinh vật sống, sinh sản khác với các sinh vật khác. Cả hai nhà nghiên cứu này đều phát hiện ra rằng một bệnh của cây thuốc lá có thể lây truyền bởi một tác nhân, sau đó được gọi là vi rút khảm lá thuốc lá, đi qua một bộ lọc phút mà không cho phép vi khuẩn đi qua. Loại virut này và những cá thể bị cô lập sau đó sẽ không phát triển trên môi trường nhân tạo và không thể nhìn thấy dưới kính hiển vi ánh sáng. Trong các nghiên cứu độc lập năm 1915 bởi nhà điều tra AnhFrederick W. Twort và năm 1917 bởi nhà khoa học Canada người Pháp Félix H. d’Hérelle, các vết thương trong các nền văn hoá của vi khuẩn được phát hiện và được cho là do một chất được gọi là bacteriophage (“vi khuẩn ăn thịt”), nay được biết đến như là virut đặc biệt gây nhiễm vi khuẩn.

Bản chất độc nhất của các sinh vật này có nghĩa là các phương pháp mới và các mô hình thay thế đã được phát triển để nghiên cứu và phân loại chúng. Tuy nhiên, nghiên cứu về vi rút bị hạn chế hoặc chủ yếu ở người, lại đặt ra vấn đề đáng sợ trong việc tìm ra một con vật dễ bị tổn thươngchủ nhà. Năm 1933 các nhà điều tra AnhWilson Smith, Christopher H. Andrewes, và Patrick P. Laidlaw đã có thể truyền tải cúm đến chồn sương, và virut cúm sau đó được điều chỉnh cho chuột. Năm 1941, nhà khoa học Mỹ George K. Hirst phát hiện ra rằng virut cúm phát triển trong các mô của phôi gà có thể được phát hiện nhờ khả năng gắn kết các tế bào hồng cầu.

Một sự tiến bộ đáng kể đã được thực hiện bởi các nhà khoa học Mỹ John Enders, Thomas Weller, vàFrederick Robbins, người năm 1949 đã phát triển kỹ thuật nuôi cấy tế bào trên bề mặt thủy tinh; tế bào sau đó có thể bị nhiễm các virus gây bệnh bại liệt (poliovirus ) và các bệnh khác. (Cho đến thời điểm này, bệnh bại liệt chỉ có thể phát triển trong não tinh tinh hoặc tủy sống của con khỉ). Việc nuôi cấy tế bào trên bề mặt kính đã mở ra con đường cho các bệnh do vi rút gây ra được xác định bởi tác động của chúng lên tế bàotác động gây bệnh ) và do sự hiện diện củakháng thể trong máu. Văn hoá tế bào sau đó dẫn đến sự phát triển và sản xuất vắc-xin (các chế phẩm dùng để tạo ra khả năng miễn dịch chống lại bệnh) như văcxin ngừa bệnh poliovirus.

Các nhà khoa học đã sớm phát hiện được số vi khuẩn trong một chiếc tàu nuôi cấy bằng cách đo khả năng phá vỡ vi khuẩn tiếp giáp trong một khu vực của vi khuẩn (cỏ) bị che phủ bởi chất bẩn trơ trล được gọi là agar -viral hành động đó đã dẫn đến một thanh toán bù trừ, hoặc “mảng bám. “Nhà khoa học Mỹ Renato Dulbecco vào năm 1952 đã áp dụng kỹ thuật này để đo lường số lượng vi rút động vật có thể sản sinh ra mảng bám trong các lớp tế bào động vật tiếp giáp với agar. Trong những năm 1940 sự phát triển của kính hiển vi điện tử cho phép các hạt virus riêng lẻ được nhìn thấy lần đầu tiên, dẫn đến việc phân loại virus và đưa ra cái nhìn sâu vào cấu trúc của chúng.

Virus là gì, cấu tạo virus

Hình ảnh 2D một số loại vi rút điển hình

Những tiến bộ đã được thực hiện trong hóa học, vật lý và sinh học phân tử từ những năm 1960 đã cách mạng hóa việc nghiên cứu virus. Ví dụ, điện di trên bề mặt gel đã cho một sự hiểu biết sâu sắc hơn về thành phần protein và axit nucleic của virut. Các quy trình miễn dịch phức tạp hơn, bao gồm việc sử dụng các kháng thể đơn dòng dẫn đến các vị trí kháng nguyên đặc hiệu trên protein, cho thấy rõ hơn cấu trúc và chức năng của các protein của virus. Tiến bộ trong vật lý của các tinh thể có thể được nghiên cứu bằng nhiễu xạ tia X cung cấp độ phân giải cao cần thiết để khám phá cấu trúc cơ bản của các vi rút. Ứng dụng kiến ​​thức mới về sinh học tế bào và hóa sinh học đã giúp xác định virus sử dụng tế bào chủ để tổng hợp các axit nucleic và protein.

Cuộc cách mạng đã diễn ra trong lĩnh vực sinh học phân tử cho phép thông tin di truyền được mã hóa trong các axit nucleic của virut – cho phép các virus sinh sản, tổng hợp các protein duy nhất, và thay đổi các chức năng của tế bào – để nghiên cứu. Trên thực tế, sự đơn giản về tính chất hóa học và vi rút của vi rút đã làm cho chúng trở thành công cụ thử nghiệm sắc bén để khảo sát các sự kiện phân tử liên quan đến các quá trình sống nhất định. Ý nghĩa sinh thái tiềm ẩn của chúng đã được nhận ra vào đầu thế kỷ 21, sau khi khám phá ra các virus khổng lồ trong môi trường nước ở các vùng khác nhau trên thế giới.

Bài báo này, Phòng khám Phú Cường thảo luận về bản chất cơ bản của virut: chúng là gì, làm thế nào chúng gây nhiễm trùng, và làm thế nào chúng có thể gây ra bệnh tật hoặc gây tử vong cho các tế bào chủ của chúng. Để điều trị chi tiết hơn về các bệnh do virut cụ thể, xem nhiễm trùng.

Phân loại vi rút

Virus có vị trí phân loại đặc biệt: chúng không phải là thực vật, động vật, hoặc vi khuẩn tiền nhân (các tế bào đơn bào không có hạt nhân xác định), và chúng thường được đặt trong vương quốc của chúng. Trên thực tế, vi rút không nên được coi là sinh vật, theo nghĩa chặt chẽ, bởi vì chúng không phải là tự do; nghĩa là chúng không thể sinh sản và tiến hành các quá trình trao đổi chất mà không có tế bào chủ.

Tất cả các virus thật chứa axit nucleic -either DNA (deoxyribonucleic acid) hoặc RNA (axit ribonucleic) -vàprotein. Axit nucleic mã hóa thông tin di truyền duy nhất cho mỗi vi-rút. Hình thức nhiễm siêu vi (bên ngoài tế bào) của một loại vi rút được gọi làvirion. Nó chứa ít nhất một protein duy nhất được tổng hợp bởi các gen cụ thể trong axit nucleic của virut đó. Trong hầu hết các loại virus, ít nhất một trong số các protein này tạo thành một vỏ (gọi làcapsid ) xung quanh axit nucleic. Một số virus cũng có các protein khác bên trong capsid; một số các protein này hoạt động như các enzym, thường là trong quá trình tổng hợp axit nucleic của virus. Viroids (có nghĩa là “viruslike”) là các sinh vật gây bệnh chỉ chứa axit nucleic và không có các protein cấu trúc. Các hạt virus khác được gọi làprion được cấu tạo chủ yếu bằng một chất protein chặt chẽ với một phân tử nucleic acid nhỏ. Prion rất kháng với bất hoạt và dường như gây ra bệnh thoái hóa não ở động vật có vú, bao gồm cả người.

Virus là tinh hoa ký sinh trùng ; họ phụ thuộc vào tế bào chủ cho hầu hết các chức năng duy trì cuộc sống của họ. Không giống như các sinh vật thực sự, vi rút không thể tổng hợp các protein, vì chúng không córibosome (tế bào) để dịch virusRNA thông tin (mRNA, một bản sao bổ sung của axit nucleic của hạt nhân liên kết với ribosome và chỉ đạo quá trình tổng hợp protein) thành protein. Virus phải sử dụng ribosome của tế bào chủ để dịch mRNA virus thành các protein virus.

Virus cũng là ký sinh trùng năng lượng; không giống như tế bào, chúng không thể tạo ra hoặc lưu trữ năng lượng dưới dạng adenosine triphosphate (ATP). Virus phát sinh năng lượng, cũng như tất cả các chức năng trao đổi chất khác, từ tế bào chủ. Virus xâm nhập sử dụng các nucleotide và các axit amin của tế bào chủ để tổng hợp các axit nucleic và protein. Một số loại vi rút sử dụng lipid và chuỗi đường của tế bào chủ để hình thành các màng và glycoprotein của chúng (các protein liên kết với các polyme ngắn chứa nhiều đường ).

Sinh sản của virus

Một số loại vi-rút bệnh lây truyền qua đường tình dục nguy cơ cao như HPV 16, HPV 18 trong bệnh sùi mào gà, vi rút HSV gây bệnh mụn rộp sinh dục đều có DNA đặc biệt, lây truyền và nhiễm trùng theo tính chất đặc trưng của các bệnh STDs.

Các capsid virion có ba chức năng: (1) để bảo vệ axit nucleic của virus từ tiêu hóa bởi một số enzim ( nucleases ), (2) để cung cấp các vị trí trên bề mặt của nó mà nhận ra và đính kèm (adsorb) các virion để receptors trên bề mặt của (3) cung cấp các protein tạo thành một phần của một thành phần chuyên biệt cho phép virion xâm nhập qua màng tế bào hoặc, trong trường hợp đặc biệt, để tiêm axit nucleic truyền nhiễm vào bên trong của tế bào vật chủ tế bào chủ.

Hầu như tất cả vi rút thực vật được lây truyền bởi côn trùng hoặc các sinh vật khác (vectors) ăn cỏ. Các vậtchủ của virus động vật khác nhau từ protozoan (các tế bào động vật đơn bào) đến người. Nhiều virut gây nhiễm cho động vật không xương sống hoặc động vật có xương sống, và một số nhiễm cả hai. Một số virut gây ra bệnh nghiêm trọng ở động vật và người do các động vật chân đốt mang đi. Những vi rút gây ra bởi véc tơ nhân lên trong cả vec tơ không xương sống và động vật có xương sống.

Phần lây nhiễm thực sự của bất kỳ virút nào là axit nucleic của nó, DNA hoặc RNA nhưng không bao giờ cả hai. Ở nhiều loại vi rút , nhưng không phải tất cả, chỉ riêng axit nucleic, bị tước capsid, có thể gây nhiễm (transfect) các tế bào, mặc dù ít hiệu quả hơn nhiều so với virion còn nguyên vẹn. Những nghiên cứu mới nhất chỉ ra rằng, nhiều loại virus có khả năng biến đổi gen của vật chủ, tác động đến gen p53 gây ung thư cổ tử cung và ung thư dương vật, ung thư hậu môn.

Những nghiên cứu mới nhất cho thấy, thuốc chữa sùi mào gà diệt virus có tác động mạnh tới cấu trúc của HPV, khiến HPV bị bất hoạt và đào thải ra ngoài, việc điều trị sùi mào gà trở nên đơn giản và không đau đớn cho người bệnh.

Một số vi rút nhất định bị hạn chế trong phạm vi tế bào của chúng đến các vị trí khác nhau của động vật có xương sống. Một số virut dường như thích nghi với sự tăng trưởng chỉ ở động vật có xương sống nhiệt đới (động vật thường được gọi là máu lạnh, chẳng hạn như cá và bò sát), có thể vì chúng có thể sinh sản chỉ ở nhiệt độ thấp. Các virus khác bị hạn chế trong phạm vi tiếp nhận của chúng đối với động vật có xương sống endothermic (động vật thường được gọi là máu ấm, chẳng hạn như động vật có vú).