Bài giảng Vi rút

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI
Khoa Hố - Mơi trường
Bộ mơn Công nghệ sinh học

VIRUT HỌC

Giảng viên: TS Nguyễn Thị Thuỳ Linh



1. Virut là gì?
o Virut khơng phải là tế bào nhưng có bộ gen mã hố cho các chức năng sao chép và
duy trì cấu trúc hạt virut
o Virut khơng thể sao chép khi hạt virut hoặc bộ gen của nó xâm nhập vào một vật chủ

phù hợp. Q trình này gọi là sự xâm nhiễm của virus.
Cấu trúc và hoạt tính của virut
o Virut có một lớp vỏ protein là capsid, bao quanh bộ gen của virut

o Hầu hết thực khuẩn thể chỉ có lớp vỏ capsid
o Nhiều virut kí sinh trên động vật có một lớp protein và lipid bên ngồi lớp capsid gọi
là lớp bao bì.


Bao bì

Capsid
(protein
caposomeres)

Virut trần

Virut có bao bì


o Virut có lớp bao bì: cấu trúc axit nucleic và protein capsid gọi là nucleocapsid
o Hạt virut bảo vệ bơ gen của virut khi nó ở bên ngồi tế bào vật chủ. Protein trên bề mặt

hạt virut giúp virut bám vào tế bào vật chủ
o Hạt virut có một hoặc nhiều enzyme đặc hiệu giúp virut xâm nhiễm và sao chép trong
tế bào vật chủ

o Khi ở bên trong tế bào vật chủ, bộ gen của virut có thể tham gia một trong số 2 quá
trình rất khác nhau: virut sao chép và phân giải tế bào vật chủ. Virut ảnh hưởng quá
trình trao đổi chất của vật chủ theo hướng hỗ trợ sự sao chép và lắp ráp hạt virut hồn

chỉnh mới. Cuối cùng virut giải phóng và quá trình này lại lặp lại quá trình này trong các
tế bào khác.
o Một số virut không phân giải tế bào vật chủ mà chỉ cải biến di truyền vật chủ vì chúng
trở thành một phần của bộ gen của vật chủ


Bộ gen của virut

o Bộ gen của virut có thể là DNA hoặc RNA và được phân chia thành sợi đơn hoặc
sợi kép, dạng vòng hoặc thẳng
o Một vài virut bộ gen là DNA và RNA, nhưng tuỳ thuộc vào các giai đoạn khác nhau
của chu trình sống của virut


o Bộ gen của virut nhỏ hơn bộ gen của các tế bào

o Hầu hết bộ gen virut mã hoá cho khoảng 350 gen khác nhau.

o Một số virut kí sinh trên động vật có bộ gen rất nhỏ (2000 nucleotide mã cho 2 gen)
o Bộ gen của virut sống ở biển Megavirus kích thước lớn 1.25 Mpb xâm nhiễm động vật
nguyên sinh

Phân loại virut:
o Phân loại dựa trên vật chủ mà chúng xâm nhiễm và cấu trúc bộ gen của virut

o Virut vi khuẩn, virut khuẩn cổ, virut động vật, virut thực vật, virut động vật nguyên sinh


Cấu trúc hạt virut
o Virut có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau. Hầu hết các virut có kích thước
nhỏ hơn tế bào nhân sơ

o Virut có dải kích thước từ 0.02 đến 0.3 µm
o Virut đậu mùa một trong những virut có kích thước lớn nhất với đường kính 200
nm tương đương với kích thước của vi khuẩn nhỏ nhất được biết đến

o Poliovirus một trong những virut có kích thước nhỏ nhất đường kính 28 nm bằng
kích thước của ribosome


o Cấu trúc của virut khá đa dạng về kích thước, hình dạng, thành phần hố học
o Bộ gen của virut luôn luôn được bao bọc bởi một lớp capsid

o Lớp capsid cấu tạo từ các phân tử protein gọi là capsomere sắp xếp theo cấu trúc
lặp chính xác xung quanh axit nucleic
o Kích thước nhỏ giới hạn số lượng protein được bộ gen mã hố. Do đó ở một số

virut lớp vỏ capsid chỉ có một loại protein duy nhất
o Thông tin di truyền cần thiết để protein sắp xếp đúng vị trí và cấu trúc trong lớp vỏ
capsid do bộ gen virut quy định


Sự sắp xếp RNA và lớp vỏ protein của virut
khảm thuốc lá
Virut RNA sợi đơn có 2130 bản sao của
protein capsomere đơn giản sắp xếp thành
chuỗi xoắn kép có đường kính 18 x 300 nm

Đơn vị cấu trúc
(capsomeres)


Sự đối xứng của virut
o Virut có cấu trúc đối xứng cao
o Có 2 dạng đối xứng tương ứng với hình dạng que và hình cầu của virut

o Virut hình que có cấu trúc đối xứng xoắn, virut hình cầu có cấu trúc đối xứng 20 mặt
o Virut khảm thuốc lá đối xứng xoắn
o Virut đối xứng 20 mặt và có 12 đỉnh, những trục đối xứng chia khối 20 mặt ra làm 5, 3,

và 2 khối có kích thước và hình dạng giống hệt nhau
o Cấu trúc của một số virut rất phức tạp, có những phần có hình dạng và trục đối xứng
riêng
o Cấu trúc phức tạp nhất là cấu trúc đầu-đuôi của thực khuẩn thể xâm nhiễm E.coli (thực
khuẩn thể T4)

Đối xứng 5

Đối xứng 3

Sự đối xứng

Đối xứng 20 mặt

Đối xứng 2


Virut gây bệnh u nhú ở người đối xứng 20 mặt

Nhóm 5
đơn vị


Virut có lớp bao bì bên ngồi
o Virut một lớp màng bao xung quanh nucleocapsid và bộ gen có thể là RNA và DNA
o Hầu hết các virut có lớp bao bì bên ngồi sẽ xâm nhiễm tế bào động vật (màng tế
bào chất tiếp xúc trực tiếp với môi trường)

o Lớp bao bì có vai trị quan trọng khi xâm nhiễm tế bào vật chủ vì nó là thành phần
của virut tiếp xúc với tế bào vật chủ.
o Tính đặc hiệu vật chủ và một số đặc điểm phân giải tế bào của virut một phần do

bản chất hoá học của lớp bao bì quy định
o Một số protein trên lớp bao bì có vai trị quan trọng trong q trình xâm nhiễm và
giải phóng hạt virut khỏi tế bào vật chủ

Enzyme của hạt virut
o Virut không thực hiện các quá trình trao đổi chất
o Một số virut có mang một số enzyme đóng vai trị quan trọng trong q trình xâm
nhiễm vật chủ
o Virut cúm có những protein ở lớp bao bì gọi là neuraminidases phân huỷ glycoprotein
và glycolipid của mơ kết nối tế bào động vật giúp giải phóng hạt virut
o Thực khuẩn thể có enzyme giống với lysozyme phân giải lớp peptidoglycan của vi
khuẩn


Lớp bao bì

Lớp bao bì

Lớp bao bì

Lớp bao bì

Virut cúm, đường kính 80 nm, có
nhiều hình dạng khác nhau

Virut đậu mùa, hình cầu, có lớp
bao bì bên ngồi, rộng 350 nm


o Virut RNA có enzyme axit nucleic polymerase riêng gọi là RNA replicase thực hiện
chức năng sao chép bộ gen và tổng hợp mRNA đặc hiệu
o Enzyme này quan trọng vì tế bào khơng phiên mã tạo RNA từ RNA khn được
o Retroviruses là virut RNA kí sinh trên động vật và sao chép bộ gen thông qua các

phân tử DNA trung gian


Tổng quan về chu trình sống của virut
Một tế bào hỗ trợ chu trình sao chép hồn chỉnh của virut được gọi là tế bào cho phép.
Trong một tế bào cho phép, chu trình sao chép của virut có thể chia làm 5 bước:
1. Hạt virut bám vào tế bào vật chủ
2. Sự xâm nhập của axit nucleic của virut vào tế bào vật chủ
3. Sự tổng hợp axit nucleic và protein bởi bộ máy của vật chủ được chỉ đạo bởi virut
4. Lắp ráp bộ gen và vỏ capsid thành hạt virut

5. Giải phóng hạt virut ra khỏi tế bào vật chủ


Quá trình sao chép của virut

Hạt virut (virion)

Vỏ protein để lại
bên ngoài
DNA của virut đi vào bên trong

1. Bám vào vật chủ

2. Sự xâm nhập của axit nucleic 3. Tổng hợp DNA
của virut
và protein

4. Lắp ráp tạo
virut

5. Phân giải tế bào
và giải phóng virut


Trong quá trình sao chép bên trong tế bào vật chủ, sự sinh trưởng của virut được biểu diễn

Số lượng hạt virut (đơn vị
hình thành vết tan)

dưới dạng đường cong sinh trưởng một bước

Thời gian


❖ Pha eclipse (pha tối): vài phút đầu sau khi xâm nhiễm tế bào vật chủ virut bước pha
eclipse (pha tối)
❖ Pha maturation (pha trưởng thành) bắt đầu khi các phân tử axit nucleic mới được
tổng hợp đã được bao bọc bởi lớp vỏ capsid. Trong pha này số lượng virut trong tế
bào vật chủ tăng mạnh. Tuy nhiên hạt virut mới vẫn chưa được phát hiện trong môi
trường cho tới khi tế bào vật chủ bị phân giải và virut giải phóng ra. Bởi vì virut mới

tổng hợp vẫn nằm trong tế bào nên pha tối và và pha trưởng thành gộp lại thành pha
ẩn (latent phase)
❖ Cuối pha maturation, virut mới giải phóng ra ngồi do tế bào bị phân giải hoặc nảy

chồi, hoặc tiết ra bên ngoài.


o Số lượng virut mới giải phóng ra ngồi phụ thuộc vào loại virut và loại tế bào vật

chủ
o Số lượng có thể từ vài virut đến vài nghìn

o Thời gian sao chép virut cũng đa dạng, từ 20-60 phút trong vi khuẩn và từ 8-40
tiếng đối với hầu hết virut kí sinh trên tế bào động vật


Nuôi cấy, phát hiện và đếm virut
o Tế bào vật chủ phải được nuôi cấy để virut xâm nhập và sao chép bên trong chúng
o Vi khuẩn được nuôi cấy trong mơi trường lỏng và rắn sau đó sẽ được bổ sung dịch ni
virut
o Virut kí sinh trên động vật phải được nuôi trên mô động vật là những tế bào từ các cơ
quan của động vật được nuôi cấy trong những ống thuỷ tinh hoặc nhựa có chứa mơi
trường dinh dưỡng thích hợp.
o Mơi trường ni cấy mơ động vật rất phức tạp có nhiều chất dinh dưỡng như huyết

tương và các tác nhân kháng khuẩn để ngăn cản sự tạp nhiễm từ vi khuẩn


Mô tế bào
Vết tan do virut


Phát hiện và đếm virut: phân tích vết tan
o Khi virut xâm nhiễm tế bào mọc trên bề mặt thạch, vùng tế bào bị phân giải gọi là
các vết tan
o Đối với thực khuẩn thể thì virut sẽ được trộn với dung dịch thạch có tế bào vi khuẩn.
Hỗn hợp virut và vi khuẩn được dàn trải trên bề mặt đĩa thạch. Virut xâm nhiễm vi
khuẩn và phân giải tế bào xuất hiện các vết tan. Đếm số vết tan thu được số virut có
khả năng xâm nhiễm vật chủ trên một đơn vị thể tích mơi trường (số vết tan/mL)

o Đối với virut động vật thì mơ động vật sẽ được ni trên mơi trường và dịch virut

pha lỗng sẽ được bổ sung lên trên lớp mô. Virut xâm nhiễm và phân giải tế bào mô
tạo thành vết tan. Đếm số vết tan tạo thành.


1. Nhỏ dịch vi khuẩn-virut
lên bề mặt thạch
Hỗn hợp có
thạch, vi
khuẩn, virut

Đĩa thạch dinh dưỡng
2. Dịch được để cho
khô
Lớp thạch trên bề mặt
đĩa thạch
3. Ủ mẫu để vi khuẩn sinh

Vết tan

trưởng và virut sao chép
Tế bào vật chủ mọc
giống thảm cỏ