Bài 1
VIRUS (Bacteriophage)
Biên soạn: Nguyễn Thị Phương Thảo
Khoảng 1500 năm TCN, đã có những bằng chứng về bệnh bại liệt ở Ai Cập. Tại Hi Lạp, Aristotle đã miêu tả các triệu chứng của bệnh dại.
Khoảng thế kỉ 2-3 TCN, đã có những miêu tả chi tiết bệnh đậu mùa ở Trung Quốc và Ấn Độ.
Mặc dù vậy, khi đó con người vẫn chưa biết nguyên nhân gây ra căn bệnh.
LỊCH SỬ PHÁT HIỆN VIRUS
Cho đến năm 1883, con người vẫn chưa biết được tác nhân gây ra các bệnh này.
Năm 1983, khi nghiên cứu bệnh khảm ở cây thuốc lá, Adolf Mayer (nhà khoa học người Đức) 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.
Năm 1884, Charles Chamberland đã sáng chế ra màng lọc bằng sứ để tách các vi khuẩn nhỏ nhất
Đến năm 1892, nhà thực vật học người Nga Dimitri Ivanovski nhận thấy dịch ép lá cây bị bệnh (sau khi cho qua màng lọc vi khuẩn) vẫn có khả năng nhiễm bệnh cho cây lành.
Từ đó, Dimitri cho rằng:
- Tác nhân gây bệnh có thể là vi khuẩn có kích thước nhỏ bé đến mức có thể đi qua màng lọc
- Tác nhân gây bệnh có thể là độc tố do vi khuẩn tiết ra.
- Tác nhân gây bệnh là một loài khác.
Tuy nhân giả thiết tác nhân là độc tố đã được loại bỏ bằng thực nghiệm năm 1892 của nhà khoa học người Hà Lan Martinus Beijerinck.
Martinus tiến hành phun dịch ép lá cây bệnh cho qua lọc rồi phun lên cây và khi cây bị bệnh lại lấy dịch ép cho qua lọc để phun vào các cây khác. Qua nhiều lần phun đều gây được bệnh cho cây. Điều đó chứng tỏ tác nhân gây bệnh phải nhân lên được vì nếu là độc tố thì năng lực gây bệnh sẽ phải dần mất đi.
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: tabacco maics virus). Rồi sau đó TMV và nhiều loại virus khác đều có thể quan sát được dưới kính hiển vi điện tử.
Như vậy nhờ có kỹ thuật màng lọc đã đem lại khái niệm ban đầu về virus và sau đó nhờ có kính hiển vi điện tử đã có thể quan sát được hình dạng của virus, tìm hiểu được bản chất và chức năng của chúng.
Không thấy
mầm bệnh
Không thấy khuẩn lạc
Nghiền lá
Dịch
chiết
Lọc qua nến lọc vi khuẩn
Dịch lọc
1. Thí nghiệm của D.I.Ivanopxki (1892)
Dịch lọc


Nhiễm vào lá cây lành

Nuôi trên môi trường thạch
Lá cây thuốc lá
bị bệnh


Dịch chiết


Nghiền
Lọc qua nến lọc vi khuẩn


Soi dưới
kính hiển vi
quang học
Không thấy mầm bệnh
Cây vẫn bị bệnh
Không thấy khuẩn lạc
Gọi tác nhân gây bệnh là VIRUS
(nghĩa là mầm độc).
Qua thí nghiệm của Ivanopxki, hãy nhận xét kích thước của virus so với vi khuẩn?
Kích thước virus rất nhỏ bé, nhỏ hơn nhiều so với kích thước vi khuẩn
Thí nghiệm của D.I.Ivannopxki
2. Kích thước của virus
Virus có kích thước siêu nhỏ : chỉ đạt 10-100 nm.
(1mm = 1.000.000nm).
Virus lớn nhất chỉ bằng 1/10 vi khuẩn E.Coli.
Virus bé nhất chỉ bằng 1/100 vi khuẩn E.Coli.
Chỉ có thể quan sát virus dưới kính hiển vi điện tử.
Kích thu?c Virus (1000nm= 1�m)


3. Hình thái virus
Cấu trúc
xoắn
2. Câú trúc khối
Khối đa diện
Khối cầu
3. Cấu trúc hỗn
hợp
Virus khảm thuốc lá
Kết luận về hình thái của virus:
Virus có 3 dạng hình thái cơ bản:
- Hình trụ xoắn: Capsome sắp xếp theo chiều xoắn của axit nucleic
- Hình khối: Capsome sắp xếp theo hình khối đa diện với 20 mặt tam giác đều hoặc dạng khối cầu
- Hình phức hợp: Ví dụ phge đầu cấu trúc khối đuôi có cấu trúc trụ xoắn
4. Cấu tạo virus
Virus được cấu tạo từ những thành phần cơ bản nào?
Cấu tạo chung của virus gồm hai thành phần cơ bản:
*Phần lõi: là axit Nucleic (hệ gen của virut).
*Phần vỏ (vỏ capsit): Bản chất là protein.
Phức hợp axit nucleic và vỏ capsit
gọi là nucleocapsit.
4.1. Vỏ capsit của virus
Vỏ capsit được cấu tạo từ những
đơn vị nhỏ hơn gọi là capsome.
Giữa kích thước virus và số lượng
capsome có mối quan hệ như thế nào?
Số lượng capsome càng nhiều thì
kích thước virus càng lớn.
4.2. Lõi axit nucleic (Hệ gen của virus)
Bộ gen của virus có thể là
ADN hoặc ARN (mạch đơn
hoặc mạch kép).
Bộ gen của virus và của sinh vật nhân thực có gì khác nhau?
Bộ gen của sinh vật nhân
chuẩn luôn là ADN mạch
kép.
Cấu tạo của virus HIV
- Nếu virus có bộ gen là DNA mạch kép thì sự sao chép giống với sao chép DNA của tế bào
- Nếu virus có bộ gen là DNA mạch đơn hoặc RNA mạch đơn thì trong bộ gen của virus thường có enzyme cho sao chép
Nếu virus RNA: RNA của virus sẽ là khuôn để sao chép tạo enzyme replicase RNA
Hoặc: nhờ enzyme reverse transcriptase đã sử dụng RNA là khuôn mẫu tổng hợp c-DNA và DNA này được phiên mã tạo ra mRNA và RNA của bộ ge của virus để tự ráp capsid
Như vậy, các bộ gen của virus được sao chép theo 3 con đường khác nhau:
DNA  DNA
RNA  RNA
RNA  c-DNA kép  RNA
ADN
Virus của E.coli (phageT2)
4.3. Các thành phần khác
Gai đuôi
Sợi ARN
Vỏ prôtêin
Virus khảm thuốc lá
Virus HIV
Virus cúm A
Virus viêm gan B
5. Virus trần và virus có vỏ ngoài.
Cấu tạo của hai virus trên có gì khác nhau?
Virus trần (Virus đơn
giản): Là virus chỉ gồm
lõi axit nucleic và vỏ
capsit.
Virus có vỏ bọc (Virus
phức tạp): Là virus có
thêm lớp vỏ bao bọc
ngoài lớp vỏ capsit.
A.
B.
Vỏ ngoài virus có cấu tạo như thế nào?
*Vỏ ngoài của virus cấu tạo từ gồm một lớp Photpholipit kép và protein (Tương tự như màng sinh chất ).
*Trên bề mặt vỏ ngoài có các gai Glicoprotein có tác dụng kháng nguyên giúp virus bám lên bề mặt tế bào chủ.
Phôtpho lipit kép
Prôtêin
6. Thí nghiệm của Heinz Fraenkel-Conrat
Năm 1957, Fraenkel-Conrat đã tiến hành một thí nghiệm gây chấn động giới khoa học. Ông tách ARN (bộ gen) ra khỏi vỏ protein của virus gây bệnh đốm thuốc lá (tobacco mosaic virus) để được 2 chất riêng như 2 chất hóa học vậy. Tuy nhiên, khi tròn hai thành phần ấy lại với nhau ở pH thích hợp, chúng lại khôi phục thành hạt virus hoàn chỉnh và có khả năng gây bệnh.
ARN và 1/2 prôtêin
1/2 Prôtêin
Chủng B
Chủng A
Tách
Tách
Nếu trộn axit nuclêic của chủng B với 1 nửa prôtêin chủng A và 1 nửa prôtêin chủng B thì virut lai có dạng như thế nào?
Nếu phân lập lá cây bị bệnh sẽ thu được chủng virut nào?
Thí nghiệm chứng tỏ thành phần nào của virus có vai trò quyết định đến sự di truyền ?
Kết luận: Mọi tính trạng của virus đều do hệ gen của virus quy định.



Thí nghiệm này cũng đặt ra câu hỏi: virus là thể sống hay thể vô sinh?



Nếu là thể sống, tại sao virus không có sự trao đổi chất, trao đổi năng lượng, không có cấu tạo tế bào, thậm chí có thể tách ra rồi ghép lại được. Điều này khiến nhiều nhà hóa học phủ nhận tính chất sống của virus và chỉ coi chúng là một loại hợp chất đặc biệt, có khả năng gây bệnh.
Song nhiều nhà sinh học lại quả quyết chúng là thể sống. Vì nếu là thể vô sinh sao chúng lại có thể sử dụng được các biện pháp rất tinh tế để xâm nhập vào tế bào, điều khiển tế bào hoạt động theo chương trình của mình tạo ra thế hệ virus mới mang đầy đủ đặc điểm di truyền của virus ban đầu.
Tuy nhiên, phần đông xem virus là một thực thể đặc biệt, nằm ở giữa ranh giới sống và không sống: Khi ở trong tế bào, chúng biểu hiện là thể sống, còn khi ở ngoài tế bào chúng thể hiện như thể vô sinh. Có lẽ, chúng là đại diện trung gian chuyển tiếp để lấp cái hố ngăn cách giữa sinh vật với thế giới vô cơ
Virus chưa có cấu tạo tế bào (chưa có tế bào chất là nơi sinh tổng hợp protein và giải phóng năng lượng) nên chưa được gọi là cơ thể mà chỉ được coi là một dạng sống đặc biệt, gọi là hạt virus hay virion.
Chúng chỉ có cấu tạo tương đương với một Nhiễm sắc thể
Hạt virus có cấu tạo tương đương với loại cấu trúc nào trong tế bào sinh vật nhân chuẩn?
??? Virus đã được coi là một cơ thể sống chưa, vì sao?
Với cấu tạo như vậy virus có phương thức sống như thế nào?
7. Phương thức sống
? Kí sinh bắt buộc trong tế bào chủ
- Ở ngoài tế bào chủ virus biểu hiện như thể vô sinh
- Chỉ trong tế bào chủ virus mới biểu hiện như một dạng sống
Năm 1935 nhà khoa học người Mỹ Wendell Stanley đã kết tinh được các hạt virus gây bệnh đốm thuốc lá (TMV: tabacco maics virus). Hạt virus là những tinh thể nucleoprotein hình kim, có thể lưu trữ được mãi mãi, mà không mất khả năng gây bệnh, khó tin đó là bản chất của một sinh vật. Nhưng khi cấy những tinh thể này vào cây thuốc lá thì triệu chứng bệnh khảm xuất hiện sau đó
Vật chủ mà virus ký sinh có thể là những sinh vật nào ? Cho ví dụ?
Tế bào chủ
Động vật
Thực vật
Vi sinh vật
Virus H5N1,virus dại.
Virus khoai tây, cà chua.
Phage T2, T4 của E.coli.
8. Phân loại virus
Có nhiều cách phân loại siêu khuẩn.
+ đặt tên theo cơ quan hay mô mà chúng nhiễm
+ đặt tên theo bệnh mà chúng gây ra
+ đặt theo tên của loại sinh vật mà chúng nhiễm: siêu khuẩn nhiễm vi khuẩn gọi là thực khuẩn
+ đặt tên dựa theo loại acid nhân (ADN,ARN), cấu trúc, kích thước, sự chuyên biệt kí chủ, khả năng của các globin miễn nhiễm phản ứng lại với protein của vỏ
Vậy virus là gì?
- Virus là một dạng sống đặc biệt, vô cùng đơn giản, không có cấu tạo tế bào
- Chúng chỉ gồm hai thành phần chính: Lõi là axit nucleic và Vỏ là protein
- Virus không tồn tại ở dạng tự nhiên, mà là dạng kí sinh bắt buộc trong tế bào vật chủ được gọi là hạt virut hay Virion
Trong các giai đoạn khác nhau người ta đã đưa ra nhiều định nghĩa về virus:
Luria (1953): Virus là thực thể dưới hiển vi xâm nhập vào tế bào sống và chỉ có thể sinh sản trong các tế bào này.
Lwoff (1957): Virus là một thực thể gây bệnh sống kí sinh bắt buộc trong các tế bào cảm nhiễm đặc trưng. Virus chỉ có một loại axit nucleic, chỉ tăng vật chất di truyền, không tự sinh trửơng và phân đôi, không có hệ thống Lipmann (hệ thống enzim sản sinh năng lượng).
Luria (1959): Virus là đơn nguyên của vật chất di truyền, khi sinh sản trong tế bào có thể sinh tổng hợp ra những kết cấu chuyên biệt khiến chúng có thể chuyển dịch vào trong các tế bào khác.
Lwoff (1966): Virus khác biệt với VSV khác chủ yếu ở chỗ: chỉ có một loại axit nucleic, hoă�c là AND hoặc là ARN có thể tiến hành tái tạo axit nucleic nhưng không thể sinh trưởng, không phân cắt thành hai phần đều nhau, không có các enzim tham gia vào trao đổi năng lượng, không có ribosome của mình.
Luria (1967): Virus là loại thực thể mà hệ gen của chúng có thể sử dụng cơ cấu tổng hợp tế bào trong tb sống để tiến hành tái tạo ra các đơn nguyên của axit nucleic và làm cho hệ gen của virus có thể chuyển sang các tế bào khác.
Atlas (1994): Virus là một thực thể vô bào có chứa một lượng tối thiểu protein và axit nuleic mà chỉ có thể sao chép sau khi đã xâm nhập vào những tb sống chuyên biệt. Chúng không có quá trình trao đổi chất nội tại, sự sao chép đưa vào việc điều khiển trao đổi chất tế bào nhờ hệ gen của virus. Trong tb chủ, các thành phần của virus được tổng hợp một cách riêng rẽ mà được lắp ráp bên trong tb thành dạng virus thành thục.
Giáo sư Chu Đức Khánh (Trung Quốc): virus là một loại sinh vật phi tb, siêu hiển vi, mỗi loại virus chỉ chứa một loại axit nucleic. Chúng chỉ có thể kí sinh bặt buộc trong các tế bào sống dựa vào sự hiệp trợ của hệ thống trao đổi chất của vật chủ mà sao chép axit nucleic, tổng hợp các thành phần như protein.sau đó tiến hành lắp nối để sinh sản ,trong đk ngoài cơ thể chúng có thể tồn tại lâu dài ở trạng thái đại phân tử hoá học, không sống và có hoạt tính truyền nhiễm.
So sánh sự khác biệt giữa vi khuẩn và virut?
không
không
không
không
không
Có
Có
Có
Có
Có
Hoàn thành bảng sau: “Hình thái và cấu trúc một số loại virut”.
Cấu tạo và hình thái các loại virus
Là một dạng ống hình trụ
ARN dạng đơn, xoắn
Gồm nhiều capsôme
ghép đối xứng với nhau thành vòng xoắn
20 mặt, mỗi mặt là 1 tam giác đều
ADN dạng kép
Mỗi tam giác đều cấu tạo bởi capsôme
Không có
Không có
Có vỏ ngoài
Có gai glicoprôtêin
Hình cầu
2 sợi ARN đơn
Capsôme ghép với nhau
Đầu là hình khối
đa diện. Đuôi là hình trụ.
ADN dạng xoắn kép

Đầu do các capsôme hình tam giác ghép lại
Không có