Thành viên:Nguyễn xuân hòa đại học nông lâm huế

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

IV. Sự PHÁT TRIểN CủA VIRUS (B ÀI VI ếT C ủA NGUY ễN XU ÂN H ÒA Đ ịA CH ỉ MAIL NGXUANHOA@GMAIL.COM) Chúng ta lấy thể thực khuẩn T của vi khuẩn E. coli để làm đối tượng nghiên cứu chính khi xem xét các phương thức sinh sản của virus. Sự sinh sản của thể thực khuẩn không phải là sự sinh sôi nẩy nở như ở vi khuẩn mà chỉ là sự tổng hợp hai thành phần cơ bản rồi lắp ráp lại với nhau. Nói chung sự sinh sản của virus được chia làm 5 giai đoạn: Hấp phụ ® Xâm nhập ® Sao chép® Thành thục® phóng thích Có tác giả lại chia làm sáu giai đoạn: Hấp phụ ® Xâm nhập ® cởi áo® Sao chép® Thành thục® phóng thích 4.1. Sự hấp phụ của virus lên tế bào cảm thụ Không có sự gắn kết giữa virus với tế bào thì hiện tượng nhiễm virus sẽ không xẩy ra. Nhưng không phải tất cả những tế bào gắn kết đều có thể bị nhiễm virus. Trong những trường hợp gắn kết không chắc chắn thì nó sẽ kéo theo sự tái tạo không chắc chắn sẽ xẩy ra. Trong dung dịch, khi thể thực khuẩn ngẫu nhiên gặp tế bào vật chủ tương ứng, có thể có sự tiếp xúc giữa mút của sợi đuôi với thụ thể đặc biệt trên bề mặt tế bào. Có tác giả cho rằng đó là một quá trình hóa học hình thành giữa gốc -NH3 sợi đuôi và -COOH trên thụ thể. Có thể do chạm vào các tua cổ mà búi sợi đuôi được gỡ tung ra sau khi sợi đuôi đã bám trên thụ thể, các mấu ghim và đĩa gốc sẽ áp sát bề mặt tế bào. Người ta nhận thấy trên bề mặt của vi khuẩn có khoảng 300 điểm hấp phụ. Các thể thực khuẩn khác nhau có các vị trí khác nhau về điểm hấp phụ. Thể thực khuẩn Điểm hấp phụ T3, T4, T7 của E. coli Lipopolysaccarit T2, T6 của E. coli Lipoprotein SP-50 Bacillus subtillis Acid teichoic X của Salmonella Tiên mao f2, MS2 pili Số lượng thể thực khuẩn: vì số điểm hấp phụ trên bề mặt tế bào vật chủ có hạn, do đó thể thực khuẩn có thể hấp phụ cũng có hạn. Số lượng thể thực khuẩn tương ứng có thể hấp phụ trên mỗi tế bào mẫn cảm được gọi là phức số cảm nhiễm (M.O.I). Phức số cảm nhiễm thường rất lớn, tới 250-360. Nếu một lượng lớn thể thực khuẩn đồng thời hấp phụ một tế bào mẫn cảm, vì đầu ống đuôi của từng thể thực khuẩn đều có một ít lysozyme làm cho bề mặt tế bào vật chủ như có trăm, ngàn lỗ khiến cho tế bào bị phá vỡ. Đó là do M.O.I quá cao gây nên. Trường hợp này sự phá vỡ tế bào, không làm sản sinh các thế hệ thể thực khuẩn mới, người ta gọi đó là sự phá vỡ tự ngoại. Các ion dương hóa trị hai thường xúc tiến hấp phụ: Ca2+, Mg2+, Ba2+,... Các ion hóa trị ba thường làm bất hoạt hấp phụ: Al3+, Fe3+, Cr3+,... Các nhân tố bổ trợ: tryptophan có thể xúc tiến sự hấp phụ của thể thực khuẩn T4. pH: môi trường trung tính có lợi cho sự hấp phụ, môi trường khi pH<5 pH>10 khó hấp phụ. Nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển, cũng là nhiệt độ thích hợp cho sự hấp phụ. Cần nắm vững các yếu tố nói trên để có thể xúc tiến sự hấp phụ khi cần tiêu diệt vi khuẩn gây hại hoặc ức chế sự hấp phụ khi sử dụng vi khuẩn hoặc xạ khuẩn trong công nghiệp lên men. 4.2. Sự xâm nhập của virus vào tế bào ký chủ Sau khi hấp phụ đĩa gốc và sợi đuôi sẽ nhận được một kích thích, làm cho 144 capsom của bao đuôi sẽ có những vận động phức tạp. Chúng co lại chỉ còn 1/2 chiều dài và đâm ống đuôi vào qua thành tế bào và màng tế bào chất. Trong quá trình này các enzyme lysozyme ở đầu ống đuôi có tác dụng hòa tan peptydoglican ở mỗi bộ phận của thành tế bào. Sự tiếp nhận nucleocapsid qua tế bào nhận cảm nó làm cho màng tế bào bị chảy ra, (nơi tiếp xúc virus với tế bào chủ nó hòa vào nhau hình thành lỗ hổng) vỏ bọc virus ở lại ngoài màng tế bào. Ngay khi ấy nucleic acid nó chảy vào trong tế bào qua lỗ hổng do virus gây nên. Thời gian hấp phụ đến xâm nhập là rất ngắn, ở nhiệt độ thích thích hợp các thể thực khuẩn T4 chỉ cần có 15 giây. Nếu có từ hai thể thực khuẩn trở lên xâm nhập vào một tế bào vật chủ thì cuối cùng cũng chỉ có một thể thực khuẩn sinh sản mà thôi. 4.3. Giai đoạn cởi áo của acid nucleic Từ nucleocapsid có thể cần sự tham gia của protein tế bào hay một số cơ quan khác. Cởi áo nó mới bộc lộ được gen virus. Tiếp sau khi cởi áo acid nucleic của virus đi vào chu kỳ tái tạo hay sao bản, nó yên lặng trong thời gian cư trú trên hệ gen tế bào ký chủ cho đến khi có những tác nhân kích thích thì nó mới hoạt động. 4.4. Sự sao chép 4.4.1. Sao chép acid nucleic Quá trình sinh sản xẩy ra cùng với sự sao chép acid nucleic và sinh tổng hợp protein. Đầu tiên thể thực khuẩn cung cấp thông tin di truyền cho tế bào vật chủ và bắt tế bào tổng hợp ra các nguyên liệu dựa trên hệ thống trao đổi chất của tế bào vật chủ. Các nguyên liệu sẽ được tiếp tục tạo thành các bộ phận của thể thực khuẩn (vỏ protein và acid nucleic). Sau cùng lắp ráp các thành phần thành các thể thực khuẩn hoàn chỉnh. Đó là các thể thực khuẩn thế hệ con có kích thước như nhau. 4.4.1.1. Sao chép ở DNA virus Phần lớn trường hợp, quá trình tái tạo diễn ra trong nhân tế bào. Trừ một số trường hợp ngoại lệ như ở Poxviruses và Iridoviruses (virus gây bệnh ở côn trùng và cá) quá trình tái tạo xảy ra trong tế bào chất. Ở virus DNA quá trình nhân lên diễn ra trong nhân tế bào, có sự tham gia của các enzyme DNA polymerase, RNA polymerase của tế bào ký chủ. Trường hợp của Poxviruses và Iridoviruses, virion của nó có thể mã hóa enzyme transcriptase vì vậy chúng có thể tái tạo trong tế bào chất. Tái tạo ở DNA virus nó cũng tuân theo nguyên tắc bán bảo toàn và đảm bảo tính đối xứng của hai mạch tái tạo. Trong trường hợp DNA virus như ở Adenovirus quá trình tái tạo ở cả hai mạch nó không nhất thiết phải tuân thủ các nguyên tắc trên. Trong tế bào vật chủ DNA chuỗi thẳng của thể thực khuẩn được khép vòng kín nhờ ligase. Nhiễm sắc thể vòng của virus mở đầu sao chép ở một vị trí đặc biệt và diễn ra theo hai hướng quanh phân tử theo một quá trình tương tự như ở nhiễm sắc thể của vi khuẩn. Những lần sao chéo tiếp theo trong nhiều trường hợp diễn ra theo một quá trình gọi là vòng xoáy. Một endonuclease cắt một trong hai sợi và đầu 3'-OH của sợi bị cắt được dùng làm ngòi để gắn thêm các nucleotide khác. Sợi nguyên vẹn bổ sung được dùng làm khuôn. Như vậy đầu 5' bị thay thế và sau đó được sao chép. Theo cách này các phân tử sợi kép được tổng hợp có thể dài gấp nhiều lần nhiễm sắc thể của virus. Các phân tử như vậy được gọi là thể đa liên. Sau đó sẽ được cắt thành các nhiễm sắc thể của từng virion thường. Trong một số trường hợp sự khép vòng không diễn ra trước sao chép. Phân tử DNA của virus dạng duỗi thẳng được sao chép nhiều lần thành các phân tử giống nhau. Sau đó tái tổ hợp để tạo ra các thể đa liên. Cuối cùng các thể đa liên được một endonuclease cắt thành các nhiễm sắc thể của virus. 4.4.1.2 Sự sao chép ở RNA virus Quá trình tổng hợp của RNA virus, xảy ra sớm và chính xác nhất trong tế bào chất không phụ thuộc vào nhân. Trường hợp ngoại lệ là Orthomyxoviruses quá trình sao chép nó phụ thuộc vào DNA vật chủ và Retroviruses tái tạo thông qua một DNA trung gian. Còn lại NST là RNA được sao chép qua chất trung gian là RNA sợi đôi. +Khi RNA của virion là sợi dương: NST được dịch mã ngay sau khi xâm nhập vào tế bào vật chủ, do đó một protein mà virus phải tổng hợp là replicase (RNA-polimease phụ thuộc RNA) không gặp ở các tế bào chưa bị nhiễm virus. Replicase xúc tác tổng hợp một phân tử RNA gọi là sợi đơn bổ sung cho NST virus. Như vậy NST được sao chép qua hai chặng. Trước hết sợi âm được tổng hợp ra để tạo thành phân tử sợi đôi dạng sao chép. Sau đó replicase sẽ dùng sợi âm làm khuôn để tổng hợp ra một bản sao mới của sợi dương. +Khi RNA của virus là sợi âm hoặc sợi kép: sẽ không thể dịch mã vì thiếu vị trí gắn ribosom. Tất cả các virion chứa NST như vậy đều chứa các phân tử replicase đi vào tế bào chủ cùng với NST. Replicase xúc tác sự sao chép của NST virus qua một dạng trung gian sợi kép. Ở các virus này các sợi dương tiếp theo sẽ được tổng hợp từ dạng trung gian sao chép, dùng làm RNA thông tin để tổng hợp các protein của virus. Về mặt di truyền các thể thực khuẩn đơn giản. Nhiễm sắc thể chỉ đọc mã cho 4 protein: protein capsid chủ yếu (protein vỏ), protein capsid thứ yếu (protein thành thục), protein dung giải và RNA- replicase. Các virus phức tạp hơn chứa nhiều gen đọc mã cho các protein capsid cũng như cho quá trình tập hợp. Chẳng hạn thể thực khuẩn T cần 40 gen để tổng hợp capsid. Các đơn vị kiến trúc bộ máy sinh tổng hợp bao gồm: acid amine, ribosom, nucleozit triphosphat cần cho virus sao chép đều do tế bào vật chủ tổng hợp nên. Tuy nhiên một số virus chứa nucleotide cải biến không thấy có trong tế bào vật chủ. Trong trường hợp này DNA của virus đọc mã cho các enzime xúc tác một số bước quan trọng trong quá trình tổng hợp một số nucleotide không bình thường này. Trong đa số trường hợp việc tổng hợp các bazơ không bình thường bắt đầu bằng một nucleotide monophosphat bình thường. Một enzyme do virus đọc mã cải biến nucleotide này, các enzyme khác của virus chuyển nucleotide trên thành NTP (nucleotide triphosphat) không bình thường. Cuối cùng một polymerase do virus đọc mã lắp nucleotide này vào acid nucleic virus. Để ngăn cản việc lắp bazơ bình thường vào nhiễm sắc thể của virus, một số virus tổng hợp các enzyme có chức năng phân hủy NTP bình thường bằng cách chuyển nó thành NMP tương ứng, do đó đã cung cấp nhiều cơ chất hơn cho việc tổng hợp các triphosphat không bình thường. Acid nucleic chứa nucleotid không bình thường có ưu điểm chọn lọc là kháng lại tác dụng phân giải của các nuclease trong tế bào chủ. Ví dụ: các thể thực khuẩn T chẵn bình thường của E. coli chứa 5- hydroximethylixitozin được glucozil hóa ở vị trí 5'-OH; các thể thực khuẩn đột biến mất khả năng glucozil hóa ở vị trí 5' OH, DNA sẽ bị bất hoạt bởi một nuclease gặp trong E. coli. Dưới đây là các base cải biến gặp trong DNA của một số thể thực khuẩn. Base cải biến Base bị thay thế Mức độ cải biến (%) Thể thực khuẩn Vi khuẩn chủ 5-Hydroximethylxitozin Citozin 100 T chẵn E. coli 5- Methylxitozin Citozin 100 XP 12 Xanthomanos ozyzae 5-Hydroximethyluracin Timin 100 Æ E B.subtillis Uracin Timin 100 PBS2 B. subtillis 2- Aminoadenin Adenin 100 S2L Synechococcus elongus a-Glutamiladenin Adenin 20 SP10 B. subtillis

   Retroviruses có enzyme dịch mã ngược (RNA-dependent DNA polymerase) nó xúc tác tổng hợp DNA trung gian để kết hợp với gen của tế bào ký chủ.

4.4.2. Sinh tổng hợp protein 4.4.2.1. Sinh tổng hợp protein trong pha sớm Thông tin di truyền chứa trong acid nucleic được mRNA chuyển đến ribosome có trong nguyên sinh chất của tế bào. Trên các polyribosome những protein sớm được tổng hợp bằng cách sắp xếp các acid amin. Protein trong pha sớm được tổng hợp trong quá trình nhân lên của virus gồm có hai loại. -Protein hạn chế: làm nhiệm vụ kìm hãm và đình chỉ tất cả các quá trình tổng hợp của tế bào chủ, để tế bào cung cấp cơ chất cho quá trình nhân lên của virus. -Protein hoạt hóa: là những protein có liên quan tới việc sao chép của virus, đó là những DNA polymerase và RNA polymerase, hoạt tính của các men này trong tế bào tăng rõ rệt, nó có tác dụng xúc trong quá trình tổng hợp acid nucleic. 4.4.2.2. Sinh tổng hợp protein cấu trúc (trong pha muộn) Quá trình sinh tổng hợp protein cấu trúc của virus thường xẩy ra sau khi tổng hợp acid nucleic. Là giai đoạn phiên dịch mã của mRNA, sắp xếp các acid amin có trong tế bào thành protein virus. Quá trình này có sự tham gia của ribosome, tRNA (vận chuyển acid amin) và các enzyme phục vụ cho quá trình tổng hợp protein. Giai đoạn này quá trình tổng hợp protein như ở vi khuẩn. Sự sinh trưởng nội bào của virus gây nên nhiều hậu quả có hại cho tế bào vật chủ. Sự sao chép của một số thể thực khuẩn sợi chứa DNA chỉ kìm hãm nhẹ tốc độ sinh sản của vật chủ. Trong khi đó sự sao chép của các thể thực khuẩn T chẵn, kìm hãm sự biểu hiện của các gen chủ, do tổng hợp một số nuclease phân hủy DNA của tế bào vật chủ. Thậm chí các gen thoát được tác dụng của những nuclease này cũng không thể phiên mã, vì các enzyme do virus đọc mã đã adenyl hóa và vì vậy bất hoạt hóa RNA-polymerase của tế bào vật chủ. 4.5. Sự thành thục của virus

   Sự thành thục còn được gọi là sự lắp ráp, là giai đoạn thứ tư của quá trình sinh sản virus.

Sau khi các protein capsid và acid nucleic được tích lũy phong phú, trong tế bào vật chủ sẽ bắt đầu quá trình lắp ráp. Ở virus thực vật TMV và ở các virus có cấu trúc đối xứng xoắn ốc sự lắp ráp tương đối đơn giản. Các protein capsid sẽ liên kết với geneom của virus và cuộn lại thành hình xoắn ốc. Sự lắp ráp của các thể thực khuẩn có đối xứng, phức tạp hơn. Khi đó quá trình lắp ráp và giải phóng các virion thành thục liên quan với nhau. Việc tập hợp diễn ra ở mặt trong của màng tế bào chất và khi các protein capsid gắn vào DNA thì sợi đang sinh trưởng bị đẩy qua thành tế bào. Việc lắp ráp của các virus có đối xứng 20 mặt và các thể thực khuẩn hoặc virus có đối xứng phức hợp (có đầu và đuôi) sẽ khác một chút. Trong đa số trường hợp các protein capsid tập trung lại thành một cấu trúc rỗng gọi là procapsid hay tiền capsid, có hình dạng và kích thước của capsid. Sau đó acid nucleic của virus đi vào cấu trúc này và kết hợp thành một trạng thái chặt chẽ. Với các virus có đối xứng 20 mặt, procapsid sẽ được hàn lại và trở nên không thấm các phân tử lớn. Ở các thể thực khuẩn gồm hai thành phần thì đuôi được tập hợp riêng biệt sau đó mới gắn với đầu có chứa DNA. Trong hầu hết trường hợp bước cuối cùng trong giai đoạn lắp ráp của một virus có vỏ là việc tiếp nhận một phần màng của tế bào vật chủ bao lấy lõi nuclecasid khi virus đi qua màng tế bào vật chủ. Trước khi diễn ra bước này, các protein do virus đọc mã sẽ tích tụ ở màng tế bào chất hay màng trong của nhân. Ở các virus động vật có vỏ, các protein của virus được tổng hợp trên ribosom gắn vào mạng lưới nội chất thô và được màng bên cạnh bao lấy khi chúng được tổng hợp. Thường các protein này được glicozid hóa bởi các enzyme có mặt trong mạng lưới nội chất. Các virus có vỏ chứa RNA thì protein vỏ của virus di chuyển đến màng tế bào chất nhờ bộ máy Golgi. Sau đó lõi nucleo protein của virion di chuyển đến mặt trong của màng và được bao bọc bởi màng chứa các protein virus, khi lõi rời tế bào nhờ một quá trình tương tự như quá trình nẩy chồi. Ở virus có vỏ chứa DNA thì protein màng di chuyển đến màng trong của nhân. Tại đây nucleocapsid tập hợp trong nhân sẽ liên kết với các vùng của màng trong nhân, đã gắn với các protein màng của virus. Màng này bao quanh lõi nucleoprotein và virion tách khỏi nhân. Virion thành thục sẽ chuyển tới mạng lưới nội chất. 4.6. Sự phóng thích Ở các virus RNA có vỏ và các thể thực khuẩn dạng sợi, sự phóng thích khỏi tế bào như một phần của quá trình lắp ráp cuối cùng của virion. Virus DNA có vỏ, có thể di chuyển từ mạng lưới nội chất đến bào nang. Từ đây chúng được phóng thích nhờ quá trình đào thải khỏi tế bào gọi là quá trình xuất bào. Ở một số virus động vật, không có vỏ (Adenovirus) virus trực tiếp phóng thích qua màng tế bào chất mà không làm tổn hại đến tế bào chủ. Tuy nhiên, nhiều virus động vật và virus thực vật sẽ làm giết chết tế bào vật chủ và thoát ra ngoài sau khi tế bào chủ đã bị tự phân. Trong phần lớn trường hợp thể thực khuẩn được giải phóng thông qua việc làm phân giải vi khuẩn. Có trường hợp một gen của thể thực khuẩn được biểu hiện trong pha muộn sẽ đọc mã cho lysozyme phân giải các liên kết glycozit của peptidoglican. Có loại thể thực khuẩn mang gen đọc mã cho việc phân giải liên kết peptit trong peptidoglycan.