Cấu trúc của virus

BÁO CÁO VI SINH VẬT CẤU TRÚC CỦA VIRUS HVTH: Nguyễn Thị Mỹ Nhân Hàng Yến Phương Lớp: Cao học Thú Y 2010 GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Hải NỘI DUNG BÁO CÁO Phần 1: Mở đầu Phần 2: Tổng quan 1. Vài nét lịch sử nghiên cứu của virus học 2. Cấu trúc virus 2.1 Các khái niệm 2.2 Đặc điểm của virus 2.3 Cấu trúc chung của virus 2.3.1 Capsid 2.3.2 Lớp vỏ (envelop) 2.3.3 Nhân (genom) 2.3.4 Protein của virus 3. Ứng dụng trong chẩn đoán 3.1 Xét nghiệm trực tiếp 3.2 Huyết thanh học 3.3 Một vài trường hợp cụ thể Phần 3: Kết luận Phần 1: Mở đầu - Theo thống kê của cục thú y, hiện nay nước ta có 3 tỉnh có dịch cúm gia cầm, 18 tỉnh còn dịch lở mồm long móng chưa qua 21 ngày  mối đe dọa trầm trọng đến vật nuôi và là vấn nạn đối với người chăn nuôi. – Virus có cấu tạo đơn giản, có genom nhiều kiểu, nhanh chóng thay đổi cấu trúc, cách sao chép và lan truyền, gây bệnh trên nhiều loài  việc khống chế dịch bệnh, chế tạo vaccin gặp nhiều khó khăn.  Chúng tôi sẽ đề cập đến cấu trúc virus, ý nghĩa sinh học như thế nào và ứng dụng trong chẩn đoán ra sao? Đây sẽ là tiền đề cho các nghiên cứu tiếp theo trên những virus cụ thể. Phần 2: Tổng quan 1. Vài nét lịch sử nghiên cứu của virus học 2.1 Các khái niệm Tiểu đơn vị protein (Subunit or protein subunit): một chuỗi đơn cuộn lại của polypeptide Đơn vị cấu trúc (Structure unit) hay protomer: một hoặc nhiều tiểu đơn vị protein hợp lại (VP1, VP2, VP 3 và VP4 trong virus polio) Capsid: protein trực tiếp ở ngoài nucleic acid virus. Capsomere: các tiểu đơn vị protein cấu thành capsid. 2. Cấu trúc của virus 2. Cấu trúc của virus 2.1 Các khái niệm (tt) Vật liệu di truyền (Nucleic acid): mỗi loại virus chỉ có một trong hai loại acid nucleic: hoặc ARN hoặc AND Lõi (Nucleocapsid): phức hợp protein và acid nucleic hình thành genom trong một hạt virus Vỏ bao (Envelope): là lớp kép lipid kết hợp với glycoprotein bao quanh hạt virus. Hạt virus (Virion): toàn bộ một virus hoàn chỉnh. 2.2 Đặc điểm của virus - Kích thước <0,2µm nên phải quan sát dưới kính hiển vi. Hình: Kích thước từng loại virus 2.2 Đặc điểm của virus - Không có cấu tạo tế bào,chỉ mang một loại acid nucleic (DNA hoặc RNA). - Không có hệ thống sinh tổng hợp protein, không có khả năng trao đổi chất do không có hệ thống biến dưỡng riêng Ký sinh nội bào bắt buộc. - Không tạo màng lipid riêng. Một số virus biến đổi màng của tế bào chủ tạo thành màng bao của chính nó, phương thức vận chuyển là khuyếch tán. - Virus được hình thành trọn vẹn được gọi là virion, bộ gen của nó được gói trong vỏ protein và bên ngoài có thể có màng bao (envelop). 2.3 Cấu trúc chung của virus - Nhìn chung các loại virus bao gồm các phần cấu tạo sau:  Lớp vỏ protein (capsid).  Bên trong là nucleic acid (DNA hoặc RNA) (genom). Một số loại virus có màng bao (envelop). ( Hình: Cấu trúc virus HIV 2.3 Cấu trúc chung của virus 2.3.1 Capsid – Capsid: vỏ protein được cấu tạo bởi capsome. – Capsome lại được cấu tạo từ 5 hoặc 6 đơn vị cấu trúc gọi là protome (có thể monome hoặc polyme) + Pentame (penton) có 5 protome nằm trên các đỉnh của khối đa diện, còn hexame (hexon) tạo thành các cạnh và bề mặt hình tam giác. – Capsid có khả năng chịu nhiệt, pH và các yếu tố ngoại cảnh nên có chức năng bảo vệ lõi acid nucleic 2.3.1 Capsid (tt) - Trên mặt capsid chứa các thụ thể đặc hiệu (gai glycoprotein) giúp cho virus bám vào các thụ thể trên bề mặt tế bào. - Vỏ capsid có kích thước và cách sắp xếp khác nhau virus có hình dạng khác nhau ba loại cấu trúc: đối xứng xoắn, đối xứng hình khối và cấu trúc phức tạp. Hình: Các loại cấu trúc virus 2.3.1 Capsid (tt) 2.3.1.1 Đối xứng xoắn - Do capsome sắp xếp theo chiều xoắn của acid nucleic. - Tuỳ loại mà có chiều dài, đường kính và chu kỳ lặp lại của các nucleocapsid khác nhau. - Cấu trúc xoắn thường làm cho virus có dạng hình que hay hình sợi. Ví dụ: virus đốm thuốc lá (MTV), dại (rhabdo), quai bị, sởi (paramyxo), cúm (orthomyxo). - Tobacco mosaic virus (TMV) là đại diện cho dạng cấu trúc đối xứng xoắn 2.3.1.1 Đối xứng xoắn (tt) Hình 4: Cấu trúc Tobacco mosaic virus (TMV) 2.3.1 Capsid 2.3.1.2 Đối xứng dạng khối 20 mặt Francis Crick và James Watson (1956), là người đầu tiên cho thấy capsid của virus bố trí đối xứng xoắn hoặc đối xứng khối. Capsome sắp xếp tạo vỏ capsid hình khối đa diện với 20 mặt tam giác đều, có 30 cạnh và 12 đỉnh. Đỉnh là nơi gặp nhau của 5 cạnh, thuộc loại này gồm các virus adeno, reo, herpes và picorna. Hình : Cấu trúc đối xứng (Nguồn: phòng thí nghiệm Robert M Bock Đại học University of Wisconsin-Madison). A - Sơ đồ virus hình que với cấu trúc đối xứng xoắn (virus khảm thuốc lá). B- Sơ đồ virus đa diện đơn giản nhất. C- Sự đối xứng của hình đa diện thể hiện khi quay theo trục bậc 2 (1800), bậc 3 (1200) và bậc 5 (720). (Nguồn: Theo J. Nicklin và ctv, Instant Notes in Microbiology, Bios Scientific Publisher, 1999). 2.3.1 Capsid 2.3.1.3 Các virus cấu trúc phức tạp – Phần lớn virus có cấu trúc gồm capsid, nhân và có hay không có lớp vỏ envelop. Tuy nhiên, nhiều virus có cấu trúc phức tạp hơn, điển hình là phage và virus đậu mùa. – Phage có cấu tạo gồm đầu hình khối đa diện, gắn với đuôi có cấu tạo đối xứng xoắn. Phage T chẵn (T2, T4, T6) có đuôi dài trông giống như tinh trùng, còn phage T lẻ (T3, T7) có đuôi ngắn, thậm chí có loại không có đuôi. 2.3.1 Capsid 2.3.1.3 Các virus cấu trúc phức tạp Đầu Cổ Vỏ capsid Đuôi Chân bám Hình: Thực khuẩn thể (Phage) - Virus đậu mùa có kích thước rất lớn, hình viên gạch. ở giữa là lõi lõm hai phía trông như quả tạ. Đối diện với hai mặt lõm là hai cấu trúc dạng thấu kính gọi là thể bên. Bao bọc lõi và hai thể bên là vỏ ngoài. Bề mặt Thể bên Vỏ ngoài Màng ngoài Lõi Thể nhân Hình: Virus đậu mùa Chức năng của CAPSID Bảo vệ nucleic acid của virus không chịu sự tác động của các enzyme Các vị trí đặc biệt trên lớp vỏ cho phép các virion gắn vào tế bào chủ Cung cấp các protein tạo điều kiện để virion thâm nhập qua màng tế bào chủ. Trong một số trường hợp, lớp vỏ có tác dụng đưa nucleic acid của virus vào tế bào chủ. 2.3.2 Lớp vỏ (envelop) - Vỏ ngoài: nguồn gốc từ màng sinh chất của tế bào được virus cuốn theo khi nảy chồi. - Lớp vỏ bọc này được tạo thành từ hai lớp lipid xen kẽ với các phân tử protein (lipoprotein bilayer). - Các phân tử lipid được lấy từ màng của tế bào chủ trong khi những phân tử protein do virus tổng hợp 2.3.2 Lớp vỏ (envelop) Các protein do virus tổng hợp để tạo thành lớp màng này gồm hai loại chính: - Matrix protein liên kết với phần capsid bên trong; - Glycoprotein nằm xuyên qua màng, gồm hai loại:  Glycoprotein ngoài (external glycoprotein)  Protein tạo các kênh vận chuyển (transport channel) Hình: Cấu tạo virus 2.3.3 Nhân (genom) - Nhân của virus rất đa dạng về cấu trúc, kích thước và thành phần nucleotid (ADN hoặc ARN, chuỗi đơn hoặc kép, thẳng hoặc khép vòng). - Kích thước genom có thể từ 3500 nucleotid (ở phage nhỏ) đến 560.000 nucleotid (ở virus herpes). - Các trình tự genom virus phải được đọc mã bởi tế bào chủ, cho nên các tín hiệu điều khiển phải được các yếu tố của tế bào chủ nhận biết. Các yếu tố này thường liên kết với protein virus. 2.3.3 Nhân (genom) 2.3.3.1 Genom DNA - Các virus DNA có kích thước rất nhỏ thường là DNA chuỗi đơn. Một số là DNA đơn, dạng thẳng, song một số khác lại khép vòng. - Hầu hết virus DNA sử dụng DNA kép làm vật liệu di truyền. - Ngoài các nucleotid thông thường, ở nhiều virus còn có các base đặc biệt, ví dụ phage T chẵn ký sinh ở E.coli mang 5 hydroxymetyl cytosin thay vì cytosin. 2.3.3 Nhân (genom) 2.3.3.1 Genom DNA - Ở virus DNA kép có kích thước lớn (ví dụ virus họ herpes) genom có cấu tạo khá phức tạp. Kích thước genom thay đổi, từ virus herpes simplex và varicella zoster (120 - 180kbp) đến virus cytomegalo và HHV-6 (180 - 230 kbp). 2.3.3 Nhân (genom) 2.3.3.1 Genom RNA - Virus RNA thường có genom nhỏ hơn genom của virus DNA. - Các phân tử ARN được chia làm hai loại: ARN (+) và ARN (- ). Virus ARN (-) thường có genom lớn hơn virus ARN (+). - Cơ chế tổng hợp mARN là đặc điểm quan trọng để phân biệt các virus ARN. - Genom ARN không dùng làm khuôn để trực tiếp tổng hợp ARN của virion mà phải qua mạch trung gian. 2.3.4 Protein của virus Các loại protein virus: Protein virus được tổng hợp nhờ mARN của virus trên riboxom của tế bào. Chia làm 2 loại: Protein không cấu trúc Protein không cấu trúc có thể được gói vào trong virion. Đây là các enzym tham gia vào quá trình nhân lên của virus, ví dụ enzym phiên mã ngược, proteaza và integraza của virus retro, timidinkinaza và ADN polymeraza của HSV. Protein không cấu trúc - Protein tham gia vào quá trình điều hoà sao chép, phiên mã, dịch mã (ví dụ Tat của HIV, Protein màng trong của HSV, helicaza, protein gắn ADN...); protein ức chế quá trình tổng hợp acid nucleic và protein của tế bào chủ. - Ngoài ra, các protein gây ung thư do các oncogen mã hóa; các protein gây chuyển dạng tế bào, như kháng nguyên T lớn của SV-40 hoặc protein EBNA của virus Epstein.Barr. - ở một số virus có protein không cấu trúc liên quan đến hoạt tính anti-apoptosis và anti-cytokin... Protein cấu trúc Protein cấu trúc gồm: protein của nucleocapsid, protein nền (matrix), protein vỏ ngoài - Protein nucleocapsid có thể tự lắp ráp (ví dụ ở TMV, polio) hay lắp ráp với sự trợ giúp của một khung protein tạm thời Ví dụ: capsid của virus polio có cấu tạo gồm 4 protein là VP1, VP2, VP3 và VP4. Các protein này tham gia lắp ráp tạo capsid thông qua một cấu trúc tiền chất (procapsid), bao gồm VPO (một protein tiền chất) và VP1, VP3. Protein VPO lại được cắt thành VP2 và VP4 khi vỏ capsid tiến hành lắp ráp với acid nucleic của nó Protein cấu trúc Vỏ ngoài bao quanh nucleocapsid được hình thành từ màng nhân, màng sinh chất hoặc màng lưới nội chất khi virus nảy chồi. Phía trong của vỏ ngoài là protein glycolipid. Protein nền là protein nằm phía trong, giữa vỏ capsid và vỏ ngoài, giữ mối liên kết giữa hai vỏ này. Glycoprotein ngoài của virus được neo vào vỏ nhờ các protein xuyên màng. Phần lớn chúng nằm nhô ra phía ngoài vỏ với một cái đuôi ngắn ở phía trong 1:Nucleocapsid 2:Protein nền 3: Vỏ ngoài 4: Cầu disulfur 5: Đuôi trong gắn protein nền 6: Kênh vận chuyển 7: Glycoprotein (gai phụ) 8: Protein vận chuyển màng 9: Glycoprotein vỏ ngoài Protein cấu trúc