Cấu tạo virus

Nhìn chung các loại virus bao gồm các phần cấu tạo sau:

1. - Lớp vỏ protein
2. - Bên trong là nucleic acid (DNA hoặc RNA).
3. - Một số loại virus có màng bao (envelop)

Lớp vỏ protein: CAPSID

Sự sắp xếp một cách phức tạp của các đại phân tử tạo thành lớp vỏ của virus thực sự có thể được coi là công trình kiến trúc kỳ diệu. Những yêu cầu đặc biệt của mỗi loại virus dẫn đến sự đa dạng về bố cục lập thể của lớp vỏ. Tuy vậy, vẫn có thể khái quát những đặc điểm cơ bản về hình dạng của lớp vỏ protein của các loại virus.

Năm 1956, Crick và Watson cho rằng các acid nucleic trong các virion có thể mã hóa cho một số loại phân tử protein với một kích thước được giới hạn. Như vậy cách thức hợp lý để xây dựng được vỏ protein của virus là do sự sử dụng lặp đi lặp lại các đơn phần protein để hình thành lớp vỏ vì vậy có thể coi giả thiết này dựa trên các đơn phần và được gọi là "thuyết đơn phần".

Crick và Watson đề cập đến cách thức các đơn phần của vỏ protein có tính đồng nhất đồng thời chỉ ra rằng cách duy nhất để đảm bảo được yêu cầu tạo ra môi trường đồng nhất cho mỗi đơn phần là vỏ phải có hình khối đối xứng với nhiều trục đảm bảo cho chúng có khả năng quay và có các mặt giống nhau. Sự suy luận này nhanh chóng được chúng minh.

Hình thể đại diện của lớp vỏ protein virus hình khối 20 mặt (icosahedron; mỗi mặt là một tam giác đều), 12 đỉnh,, có dạng đối xứng 5:3:2.

Năm 1959 phương pháp nhuộm âm bản của Brener và Horne tạo cuộc cách mạng trong lĩnh vực nghiên cứu virus. Chỉ trong vòng vài năm, những khám phá mới về cấu trúc của hạt virus được tìm ra và đòi hỏi việc mô tả cấu trúc cũng như sự thống nhất trong cấu trúc virus được đặt ra.

Năm 1959, Lwoff, Anderson và Jacob đưa khái niệm về capsid (vỏ protein ), capsomer (các cấu phần của vỏ protein) và virion để mô tả hạt virus hoàn chỉnh có khả năng nhiễm tế bào (bao gồm vỏ protein bao bọc acid nucleic của virus). Cách dùng thuật ngữ này nhìn chung được chấp nhận tuy nhiên sau đó tỏ ra không thích hợp vì số đơn phần của lớp vỏ một số virus đã được mô tả không phải là 60 hay bội số của 60 mà thường nhiều hơn 60. Hơn nữa, các đơn phần (các capsomer) bản thân chúng cũng có tính chất đối xứng và nằm trên các trục đối xứng (ví dụ như của herpes virus) đồng thời những quan sát từng đơn phần của lớp vỏ góp phần khẳng định các capsomer không tương ứng với các đơn phần theo giả thuyết của Crick và Watson (1956).

Năm 1962, Caspar và Klug xác định tất cả các khối đa diện theo các đơn vị cấu trúc. Khối 20 mặt (icosahedron) có 20 mặt hình tam giác đều và 20 T đơn vị cấu trúc trong đó T được xác đinh : T=Pf (P là bất cứ số nào trong các số 1,3,7,13,19,21,31...(=h+hK+K, cho tất cả các cặp số nguyên, h và K không có yếu tố chung); f là số nguyên bất kỳ.

Các tác giả cũng cho rằng hầu hết các virus thuộc hai lớp P=1 và P=3. Các virus có P=>7 có dạng đối xứng lệch hoặc trái hoặc phải. Một virus loại này có thể do nucleic acid quyết định nhưng cũng có thể do lỗi trong quá trình lắp ráp các đơn phần. Lỗi hay gặp nhất làm cho virus có dạng hình ống (tubular form). Những virus ống (virus polyoma và virus papilloma) có đường kính và cấu trúc bề mặt tương tự như các hạt virus 20 mặt.

Capsid hình khối đa diện của virus

Horne và Wildy (1961) tổng kết hình dạng cấu trúc đối xứng của virus và cho rằng tất cả các virus sau này được biết (trừ một số bacteriophage) thuộc vào hai nhóm chính: đối xứng dạng khối (cubic symmetry) và đối xứng dạng xoắn (helical symmetry).

Các virus mang vỏ capsid dạng thẳng (thực chất là có cấu trúc xoắn) có nucleic acid là RNA. Chiều dài của chúng được xác định bởi chiểu dài của phân tử nucleic acid. Đến năm 1960, mới chỉ có virus khảm thuốc lá (tobaco mosaic virus) thuộc nhóm này được nghiên cứu chi tiết.

Các đơn phần (proteinsubunits) trong capsid bao bọc lõi RNA của virus hình que

Năm 1962, Caspar và cộng sự đưa các khái niệm về lớp vỏ protein virus và nhìn chung được chấp nhận:

• CAPSID là lớp vỏ protein của virus bao bọc nucleic acid và được cấu thành từ các đơn vị cấu trúc (structure units).
• - Các đơn vị cấu trúc là đơn vị cấu tạo nhỏ nhất của lớp vỏ với chức năng kiến tạo tương đồng.
• - CAPSOMER là các đơn vị hình thái quan sát được trên bề mặt của các hạt virus tương ứng với tập hợp các đơn vị cấu trúc.
• - Các CAPSID và nucleic acid được "gói" bên trong gọi là các NUCLEOCAPSID.
• - NUCLEOCAPSID có thể được "khoác" một lớp vỏ bọc (envelop) mang các vật liệu có nguồn gốc từ tế bào chủ cũng như từ bản thân virus.
• - Các virion là các hạt virus hoàn chỉnh và có khả năng nhiễm vào tế bào chủ

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.

Lớp vỏ bọc bên ngoài (envelop)

Nhiều virus còn có lớp vỏ glycoprotein bao bọc bên ngoài Capsid. 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. Chính vì vậy, có thể gọi đây là lớp màng "lai tạo".

Các protein do virus tổng hợp để tạo thành lớp màng này gồm hai loại chính:

(1) Matrix protein liên kết với phần capsid bên trong;

(2) Glycoprotein nằm xuyên qua màng, gồm hai loại:

+ Glycoprotein ngoài (external glycoprotein) có phần lớn nằm bên ngoài màng tạo thành các "gai" (spike) quan sát được trên bề mặt virus bằng kính hiển vi điện tử. Phần nằm bên trong tạo thành chiếc "đuôi" ngắn. Loại protein này là thành phần kháng nguyên chính của lớp vỏ virus.

+ Protein tạo các kênh vận chuyển (transport channel) mang nhiều cấu trúc kỵ nước và nằm xuyên qua màng tạo các kênh (ví dụ các kênh ion: ion-channels) giúp cho virus có khả năng thay đổi tính thấm của màng.

Lớp màng ngoài (envelop) với các "gai" glycoprotein

Bộ gene của virus:

Bộ máy di truyền có thể là DNA mạch kép (double-stand DNA: dsDNA) hay DNA mạch đơn (single-stand DNA: ssDNA), RNA mạch kép (dsRNA) hay RNA mạch đơn (ssRNA). DNA hoặc RNA virus có dạng thẳng hay dạng vòng. Virus có thể có từ vài gene đến vài trăm gene.

Nguồn tham khảo: 

Nguyễn Bá Tiếp, VOER.