Interferon và bệnh do virus

Trường ĐH Nông Lâm TP HCM Bộ môn công nghệ sinh học -oOo-

TIỂU LUẬN

INTERFERON VÀ BỆNH DO VIRUS

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Ngọc Hải Sinh viên thực hiện : Hoàng Lê Ngọc Bích Lớp: DH06SH MSSV : 06126010

1

Đặt vấn đề Vào thế kỷ thứ 19, người ta bắt đầu khám phá rằng những bịnh gây kinh hoàng cho nhân loại thời đó là do những sinh vật cực nhỏ, lớn chừng vài phần ngàn millimet (micron), chỉ nhìn được qua kính hiển vi, đó là những vi trùng hay vi khuẩn (bacteria). Ví dụ bịnh nhiễm trùng ngoài da gây nhọt mủ do vi trùng hình tròn tụ lại một chùm như chùm nho (staphylococcus), bịnh lao (tuberculosis) do những vitrùng hình cái que (bacillus), bịnh giang mai (syphilis) do những vi trùng hình xoắn Treponema gây ra. Những vi trùng này thường được cấy (cultured) trên những môi trường nhân tạo (artificial media) để nghiên cứu những đặc tính của nó.

Nói chung mỗI vi khuẩn là một tế bào sống riêng rẽ, nhỏ hơn tế bào cơ thể chúng ta gắp trăm lần, nên có thể ùa vào tấn công tế bào chúng ta và thải những chất độc (toxin) làm nguy hại cơ thể chúng ta. Mỗi vi trùng có những bộ di thể (genome) làm bằng DNA hoặc RNA (deoxyribonucleic acid hoặc ribonucleic acid là những nucleic acid tựa như chất tạo thành của nhiễm thể/chromosome trong tế bào chúng ta). DNA hoặc RNA chứa những dữ kiện di truyền điều khiển tổng hợp (synthesis) các protein tạo dựng nên vi khuẩn và do đó vi khuẩn có thể tự mình sinh sôi nẩy nở (replication). Qua thế kỷ thứ 20, những thuốc trụ sinh (hoặc kháng sinh ) như là sulfamide và penicillin được khám phá có khả năng giết chết (bactericidal) hoặc ngăn chận sự sinh sản (bacteriostatic) của các vi khuẩn. Những bịnh vi khuẩn như bịnh giang mai (syphilis), bịnh lậu (gonorrhea), bịnh lao, bịnh sung phổi (pneumonia)... được chữa trị hiệu quả và nhanh chóng.Trong một thờI gian khá lâu y khoa say sưa trong giấc mơ làm chủ các bịnh truyền nhiễm với những trụ sinh mới mẽ và càng ngày càng mạnh (và càng đắt tiền) được tung ra trên thị trường.

Sau đó thì người ta khám phá, ngoài những vi khuẩn quan sát đươc trên kính hiển vi, còn có những sinh vật gây bịnh nhỏ hơn hàng ngàn lần, lớn nhỏ tính bằng nanometer (một phần triệu của millimet), phải nhờ đến kính hiển vi điện tử (electron microscope, không xài ánh sáng thường mà xài những tia điện tử) mớI thấy được. Những sinh vật này là những virus; một số tài liệu tiếng Việt gọi là siêu vi trùng, siêu vi khuẩn, hoặc phiên âm là virut (virus do tiếng la tinh có nghĩa là ‘’thuốc độc’’). Một số bịnh thông thường như bịnh cúm (influenza), cảm cúm (common cold), bịnh ban đỏ (measles), bịnh trái rạ (chicken pox) là do virus gây ra. Cơ cấu virus đơn giản hơn vi khuẩn thường, chỉ gồm một vỏ protein bọc và che chỡ một cái lõi DNA hoặc RNA (nucleic acid). Cái lõi này là nơi chứa những gene (gien, di thể) điều khiển tổng hợp những protein mớI cần cho sự sinh sản của virus. Tuy nhiên vì không thể tự nó tổng hợp protein cho chính mình, virus cần sống ký sinh trong một tế bào (cell) và dùng ‘’ké’’ những phương tiện của tế bào này thì mới sinh sản được. Những virus rất khó trị bằng trụ sinh. Hiên nay số thuốc trụ sinh trị virus (antiviral antibiotic) còn hiếm; ví dụ các trường hợp trái rạ (chicken pox) nặng được chữa sớm bằng acyclovir thì có thể mau bớt hơn. Ngược

2

lại, trụ sinh chỉ làm bịnh virus HIV (gây ra AIDS hoặc SIDA) chậm lại và chưa có thuốc trụ sinh nào trị dứt được.

Chữ "virus" có xuất xứ cũng từ chữ virus trong tiếng Latinh để chỉ chất độc (theo từ điển Websters ). Chính vì vậy mà tiếng Hán ngày nay gọi nó là bệnh độc.

Các tên gọi "siêu vi khuẩn" và "siêu vi trùng" có nguồn gốc từ sự tồn tại ở mức độ siêu vi thể (ultramicroscopic) của nó.

Ngày nay bên cạnh nghĩa sinh học như trên, "virus" còn được dùng theo nghĩa ẩn dụ để chỉ các những gì sinh sản kí sinh, như virus máy tính.

Từng hạt virus được gọi là virion hay viron.

I.1 Đặc điểm của virus Virus là những tác nhân gây nhiễm trùng có kích thước nhỏ nhất (đường kính 20-300 nm)và trong bộ gen của chúng chỉ chứa một loại acid nucleic (RNA hoặc DNA). Acid nucleic được bao bọc trong lớp vỏ protein và bên ngoài cùng có thể được bao quanh một màng lipid. Toàn bộ phân tử virus được gọi là virion.

Virus bị bất hoạt trong môi trường ngoại bào, chúng chỉ nhân lên trong các tế bào sống. Acid nucleic của virus chứa các thông tin cần thiết để lập trình cho tế bào ký chủ bị nhiễm bằng tổng hợp các đại phân tử đặc hiệu cần cho sự nhân lên của virus. Trong chu kỳ tăng trưởng, một số lượng lớn bản sao các acid nucleic của virus và protein vỏ (coat protein) được tạo thành. Các protein vỏ được tập hợp lại để tạo vỏ bao (capsid), vỏ bao này bao bọc acid nucleic giúp virus bền vững chống lại môi trường ngoại bào và dễ dàng xâm nhập các tế bào cảm thụ mới.

Nhiễm virus có nhiều mức độ ảnh hưởng lên tế bào ký chủ, từ không ảnh hưởng đến ảnh hưởng nhẹ, hoặc có thể gây ra tổn thương làm chết tế bào.

Thế giới virus rất đa dạng. Virus thay đổi nhanh chóng về cấu trúc, biểu hiện cấu tạo di truyền, cách sao chép và lan truyền. Một virus có thể gây nhiễm cho nhiều ký chủ khác nhau, nhưng cũng có thể chỉ giới hạn trong 1 số rất ít ký chủ.

Các loại virus đã được nhận dạng có thể gây nhiễm cho các sinh vật đơn bào như mycloplasma, vi khuẩn, tảo và tất cả các động thực vật cấp cao hơn.

•

•

là một kết cấu đại phân tử vô bào, không có hệ thống sinh sản năng lượng, không có ribosome, không sinh trưởng cá thể, không phân cắt và không mẫn cảm với các chất kháng sinh, chỉ chứa 1 trong 2 loại axit nucleic (ADN hoặc ARN) có sự giao tế tương hỗ giữa trạng thái kí sinh trong tế bào vật chủ và trạng thái phi sinh vật (trạng thái không sống).

I.2 Phân loại 3

Có nhiều đặc tính để phân loại virus. Phương cách mà các virus được nhận diện thay đổi rất nhanh. Ngày nay việc tìm trình tự gen thường được thực hiện sớm trong định danh virus. Dữ liệu về trình tự các gen là các những tiêu chuẩn phân loại tiến bộ và có thể cung cấp cơ sở cho các họ virus mới.

Theo hình thái •

•

Hình thái của virion bao gồm: kích thước, hình dạng, kiểu đối xứng trong cấu trúc hình khối, có hay không có các peplomers, và có hay không màng bọc.

Các đặc tính lý hóa của virion bao gồm: khối lượng phân tử, mật độ nổi, tính ổn định

Theo triệu chứng Việc phân loại virus cổ điển nhất là dựa trên những bệnh mà chúng gây ra, kiểu phân loại này thuận lợi cho các nhà lâm sàng, nhưng lại không làm hài lòng các nhà sinh học vì cùng một loại virus có thể xuất hiện ở nhiều nhóm khác nhau nếu chúng gây ra nhiều bệnh khác nhau tùy thuộc vào cơ quan bị tấn công, và một loại virus khác hoàn toàn không liên quan có thể gây ra những bệnh tương tự (ví dụ: nhiễm trùng đường hô hấp, viêm gan, khảm lá cà chua).

Hệ thống phân loại virus tổng quát Hệ thống phân loại virus được thiết lập trong đó các virus được phân ra các nhóm chính gọi là các họ dựa trên hình thái của virion, cấu trúc bộ gen, cách sao chép.

Tên các họ virus tận cùng bằng viridae. Trong mỗi họ, virus được chia thành các giống dựa vào sự khác nhau về mạch huyết thanh học và các đặc tính lí hóa của virus. Tiêu chuẩn để xác định giống thay đổi ở các họ khác nhau. Tên các giống virus tận cùng bằng đuôi–virus. Trong bốn họ: (Poxviridae, Herpesviridae, Paraviridae, Paramyxoviridae) còn có chia thành các phân họ (subfamily), cho thấy bản chất phức tạp trong mối liên hệ các virus với nhau. Đến năm 1995, ủy ban quốc tế về phân loại virus đã phân loại hơn 4000 virus động vật và virus thực vật thành 71 họ, 11 họ thứ cấp (subfamily) và 164 giống với hàng trăm virus chưa định loại được mới đây xác định được 24 họ lây nhiễm cho người và động vật. Sau đây là các đặc điểm của các virus gây bệnh quan trọng ở người.

Các virus chứa DNA: Họ Kiểu

đối Một số loài tiêu Có

Kháng

Kích thước

4

xứng bao

vỏ biểu

Ether

(nm)

Virus Pavo B19 Virus Palyoma Papovaviridae (Ung thư cổ tử Không Kháng Hình khối cung) Adenoviridae 20 mặt Virus Adeno HSV-1, HSV-2, Herpesviridae CMV, EBV Có Nhạy Hepadnaviridae HBV (viêm gan) Virus smallpox, Poxviridae Hỗn hợp Phức tạp Không vaccinia (đậu mùa)

18-26

Pavoviridae

màng bọc

45-55 80-110 150-200 40-48 230x400

Các họ virus động vật mang DNA mạch kép Adenoviridae (adenovirus) Baculoviridae Hepadnaviridae (VD: virus viêm gan B) Herpesviridae (VD: virus đậu gà) Esptein-Barr virus Iridoviridae Papovaviridae (VD: papillomavirus, SV40) Polydnaviridae Poxviridae Các họ virus động vật mang DNA mạch đơn Parvoviridae Các họ virus động vật mang RNA mạch kép Birnaviridae Reoviridae 5

Các họ virus động vật mang RNA mạch đơn Arenaviridae Bunyaviridae Caliciviridae Coronaviridae Filoviridae Flaviviridae Nodaviridae Paramyxoviridae (VD: VR cúm) Picornaviridae (VD: VR bại liệt (poliovirus); virus gây bệnh lở mồm long móng) Retroviridae (VD: HIV, các loại virus gây ung thư) Rhabdoviridae (VD:virus dại: Rabies virus) Togaviridae (như rubella, virus gây sốt vàng: yellow fever) Toroviridae Theo Henderson's dictionary of biological term 12th edition 2000

II.3 Cấu tạo của virus 1. 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 6

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.

7

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.

8

- 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.

2. 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.

9

Lớp màng ngoài (envelop) với các "gai" glycoprotein 3. 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.

II.4 Quá trình nhân lên Các hạt virus hay virion chỉ biểu hiện các gene và sinh sản bên trong một tế bào sống khác. Các hình thức sao chép: 1. Các virus có bộ gene là DNA mạch kép (double-strand DNA) có quá trình sao chép giống như qua trình sao chép DNA của tế bào.

2. Các virus có DNA mạch đơn (single-strand DNA) hoặc RNA mạch đơn (singlestrand RNA) thường có các gene tổng hợp enzyme cho sao chép: + Các virus mang RNA mạch đơn mang gene mã hóa enzyme replicase RNA. Chúng có thể tổng hợp trực tiếp các RNA từ RNA của chính bản thân virus hoặc từ RNA tổng hợp thành sợi DNA bổ sung (cDNA) sau đó RNA mới được tổng hợp từ cDNA. + RNA mang bộ gene virus lắp ráp với capsid thành virion mới.

Có thể tóm tắt quá trình sao chép bộ gene của virus như sau: - DNA (đối với DNA virus) => DNA - RNA (đối với RNA virus) => RNA

10

- RNA (đối với RNA mạch đơn)==> c-DNA (kép) ==> RNA 3. Các virus mang nucleic acid dạng vòng sao chép theo các bước: - Làm đứt mạch tròn xoắn kép tạo đầu hở 3'-OH và 5'-P. - Helicase và SSB protein chen vào tạo chẽ 3 sao chép.

- Đầu hở 3'-OH sẵn sàng cho việc nối dài như mạch trước (leading strand) nhờ DNA polymerase I nên quá trình sao chép không cần mồi (primer).

- Cùng với sao chép mạch trước, mạch khuôn sau dịch chuyển kiểu gián đoạn để tổng hợp các đoạn ngắn Okazaki, và đầu 5' mạch khuôn duỗi thẳng ra.

Kiểu sao chép này giống quá trình các vòng tròn lăn (rolling-circle replication) đồng thời có thể lặp lại vài lần tạo ra sợi DNA dài. Nếu quá trình sao chép lặp lại nhiều lần sẽ tạo DNA virus ở dạng nối các đoạn với nhau (concatemer).

- Enzyme endonuclesae cắt tại các điểm khác nhau trên mỗi mặt của DNA tạo ra các đoạn mang hai đầu "dính".

- Sự bắt cặp tại các đầu "dính" tạo thành vòng DNA. 4. Chu trình tan (với các bacteriophage làm chết tế bào chủ): - Sợi đuôi của virus gắn vào các cơ quan thụ cảm hay các "điểm nhận" (receptor site) trên màng tế bào vi khuẩn - Ống đuôi co lại tạo lỗ thủng xuyên qua vách tế bào - Virus bơm DNA vào trong tế bào qua ống đuôi (phần capsid nằm lại bên ngoài màng tế bào.

- Tế bào vi khuẩn phiên mã và dịch mã các gene trần của virus. Các DNA polymerase của tế bào chủ tạo các mRNA sớm xúc tác cho quá trình phiên mã của bộ gene virus sau đó các mRNA muộn hơn có thể được tổng hợp bởi RNA polymerase của virus hay RNA polymerase của vi khuẩn bị biến đổi. Khi các mRNA muộn được dịch mã, các loại protein điều hòa và protein cấu trúc được tổng hợp và các protein điều hòa của virus tiếp tục kiểm soát sự phiên mã tiếp sau đó.

Khi DNA của tế bào chủ bị biến đổi, bộ gene của virus kiểm soát toàn bộ hoạt động của tế bào để tạo ra các cấu phần của nó: các nucleotides cho quá trình tạo DNA, protein thành phần tạo lớp vỏ capsid (gồm đầu, ống đuôi và các sợi đuôi).

11

- Lắp ráp DNA với vỏ capsid tạo các virion - Enzyme lysozyme được tạo ra và làm tan tế bào chủ, giải phóng các virion. Tế bào vi khuẩn bị vỡ, 100 đến 200 virion thoát ra và chúng có thể tìm các tế bào mới để lặp lại chu trình này.

Toàn bộ chu trình từ lúc phage tiếp xúc với bề mặt tế bào đến khi làm tan tế bào diễn ra trong khoảng 20-30 phú (ở 37 độ C).

II.5 Tương tác giữa virus và vật chủ Khả năng kháng virus và phục hồi sau bệnh do virus phụ thuộc vào phản ứng tương tác giữa vật chủ và virus. Các yếu tố đề kháng với virus của vật chủ bao gồm: - Kháng trực tiếp: Vật chủ tác động trực tiếp đến virus - Kháng gián tiếp: Vật chủ tác động đến quá trình sinh sản của virus bằng cách tác động hay tiêu diệt các tế bào của cơ thể vật chủ bị nhiễm virus Chức năng kháng virus có thể là kháng không đặc hiệu (không bị nhiễm hay hạn chế sự xâm nhập của virus) trong khi khả năng phòng vệ đặc hiệu do hệ thống miễn dịch cua cơ thể thực hiện. Cơ chế phòng vệ của vật chủ phụ thuộc vào các yếu tố như loại virus, lượng virus xập nhập và tấn công, đường xâm nhập.

Một số khái niệm về mối tương tác vật chủ virus 1. Các hàng rào phòng vệ 1.1. Các yếu tố tự nhiên (vốn có) đươc coi như những trận tuyến đầu tiên của cơ thể chống lại sự tấn công của virus bao gồm: - Da: Da được coi là một rào cản khó vượt qua đối với virus.

- Thiếu hụt các thụ quan (cơ quan thụ cảm hay cơ quan mẫn cảm virus: các receptor): Muốn xâm nhập được vào cơ thể trước hết virus phải kết hợp được với thụ quan đặc biệt trên các tế bào vật chủ. Mỗi một loại virus có một thụ quan đặc hiệu với nó. Thụ quan của virus HIV là CD4 trên các tế bào lympho T, của virus cúm A là Glycophorin ở nhiều loại tế bào khác nhau.

Chính vì vậy vật chủ của virus phải mang các thụ quan trên một hay nhiều loại tế bào trong cơ thể của nó. Nếu vật chủ không mang thụ quan với virus hay các tế bào của vật chủ thiếu một số thánh phần cần thiết cho sự nhân lên của virus thì sẽ có tính kháng tự nhiên đối với virus. Ví dụ: chuột nhắt không có thụ quan đối với

12

virus bại liệt nên không bị nhiễm virus này. Tương tự, người có khả năng đề kháng (hay không mắc phải) nhiều bệnh do các virus động vật và thực vật.

- Màng nhầy: Lớp màng nhầy bao phủ biểu mô của nhiều cơ quan là bức thành ngăn cản sự xâm nhiễm của virus vào cơ thể. Màng nhầy có thể đơn thuần là một hàng rào ngăn cản hoặc có tác tác dụng ngăn không cho virus kết hợp được với các thụ quan của nó trên các tế bào của vật chủ và như vậy không cho virus cơ hội tìm thấy nơi cư trú của nó. Ví dụ, orthomoxovirus và paramyxovirus nhiễm vào vật chủ bằng cách kết hợp với thụ quan sialic acid (sialic acid receptor).

Glycoprotein trên màng nhầy chứa sialic acid có khả năng cạnh tranh các thụ quan với virus nên có thể ngăn cản không cho virus kết hợp với các tế bào chủ.

- Các lông nhung: Các lông nhung trên bề mặt biểu mô (đặc biệt là lông nhung biểu mô đướng hô hấp) có thể giúp cơ thể hạn chế sự xâm nhiễm của virus. Nếu hệ thống lông nhung bị tổn thương do các loại thuốc hay do nhiễm trùng, sự nhiễm virus sẽ diễn ra mạnh hơn.

- Độ pH thấp trong dịch dạ dày làm bất hoạt virus. Tuy nhiên, các loại virus đường ruột (enterovirus) không chịu ảnh hưởng của dịch tiết dạ dày và có khả năng tồn tại cũng như nhân lên trong đường ruột của vật chủ.

- Các yếu tố thể dịch và tế bào 1.2. Các phản ứng của cơ thể - Sốt có thể giúp cơ thể ức chế sự nhân lên của virus. Một số virus giảm khả năng sản sinh các virion ở nhiệt độ trên 37 độ.

- pH thấp ức chế virus nhân lên - Các yếu tố dịch thể và các cấu phần của tế bào Các yếu tố dịch thể và tế bào Yếu tố không đặc hiệu: Nhiều yếu tố miễn dịch không đặc hiệu có khả năng giúp cơ thể kháng lại virus. Một số yếu tố "có sẵn" trong khi một số yếu tố so sự xâm nhiễm của virus tạo ra.

Interferon (IFN): IFN được Issacs và Lindemann phát hiện cách đây hơn 40 khi quan sát thấy dịch ly tâm từ các tế bào nhiễm virus chứa một loại protein có khả năng ức chế sự xâm nhập của virus vào các tế bào khác. Protein này không tác dụng trực tiếp đến

13

virus mà tác động đến các tế bào khác của vật chủ giúp chúng có khả năng kháng lịa virus.

IFN là một trong phương thức kháng lại virus sớm vì nó được sản sinh ngay sau khi virus xâm nhập và xuất hiện trưc tất cả mọi chức năng phòng vệ khác của cơ thể như kháng thể, tế bào T. Thời gian sản sinh IFN phu thuộc vào lượng virus xâm nhập.

II.

INTERFERON

II.1 Cấu tạo Interferon là một nhóm các protein tự nhiên được sản xuất bởi các tế bào của hệ thống miễn dịch ở hầu hết các động vật nhằm chống lại các tác nhân ngoại lai như vi rút, vi khuẩn, kí sinh trùng và tế bào ung thư. Interferon thuộc một lớp lớn của glycoprotein được biết đến dưới cái tên cytokine (chất hoạt hoá tế bào).

Interferon đóng vai trò quan trọng trong cửa ngõ miễn dịch đầu tiên của cơ thể. Nó là một phần của hệ thống miễn dịch không đặc hiệu (non-specific immune system) và được kích hoạt bởi giai đoạn đầu của quá trình cảm nhiễm trước khi hệ miễn dịch đặc hiệu (specific immune system) có thời gian để đáp ứng.

Có 3 lớp Interferon chính: alpha, beta và gamma. Chúng thường có chung các tác dụng sau: kháng vi rút, kháng khối u, hoạt hóa đại thực bào và tế bào lympho NK (Natural Killer), tăng cường sự biểu hiện của các phân tử MHC (MHC-Major histocompatibility complex- Phức hợp hòa hợp tổ chức chính) lớp I và II. +IFN type I : Interferon alpha và beta được sản sinh bởi nhiều loại tế bào bao gồm tế bào T, B, đại thực bào, nguyên bào xơ, tế bào màng trong, nguyên bào xương và các loại khác. ÌFN alpha gồm 166 acidamin, trọng lượng phân tử 18kD. IFN-beta có 187 acid amin, trọng lượng phân tử 20kD. Chúng đều có đặc tính kháng vi rút và đặc tính kháng ung thư. Chúng kích thích cả đại thực bào và tế bào NK. + IFN type II

14

Hình : 3D structure of human IFN gamma

Hình 1a: IFN-g monomer Hinh 1b: IFN-g dimer Interferon gamma có liên quan đến sự điều hòa miễn dịch và phản ứng viêm. Ở người chỉ có duy nhất một loại Interferon gamma. Nó được sản sinh bởi các tế bào T hoạt động và tế bào NK. Nó gồm 195 acidamin, 2 chuỗi giống nhau, trọng lượng phân tử 21kD và 24kD. Interferon gamma cũng có vài tác dụng kháng vi rút và kháng ung thư nhưng tác dụng này rất yếu. Do vậy, Interferon gamma không được sử dụng để điều trị ung thư. Ngoài ra Interferon gamma cũng được giải phóng bởi các tế bào T hỗ trợ 1 (T helper 1) và các tế bào bạch cầu mới ở vị trí nhiễm trùng - kết quả của phản ứng viêm. Nó cũng kích thích đại thực bào giết vi khuẩn đã được nhận chìm. Interferon gamma được giải phóng bởi tế bào T hỗ trợ 15

1- cũng có vai trò điều hoà quan trọng đối với phản ứng của tế bào T hỗ trợ 2 (T helper 2).

Ngoài 3 loại Interferon thông dụng trên còn có Interferon omega- được các tế bào bạch cầu sản sinh ra ngay tại nơi nhiễm trùng và tại khối u.

Interferon không đặc hiệu với virus nhưng đặc hiệu cho loài.

II.2 Tổng hợp Interferon Những yếu tố tác động của IFN: Tế bào bình thường không chứa hoặc không tiết IFN vì các gene mã hóa cho chúng không được sao mã và dịch mã. Quá trình dịch mã tổng hợp IFN protein chỉ xảy ra sau khi tế bào tiếp xúc với các yếu tố kích thích tương ứng. Các yếu tố kích thích tổng hợp IFN-alpha và beta gồm có nhiễm virus, RNA mạch kép (như poly inosinic acid, LPS và những thành phần từ một số loại vi khuẩn. Trong số các loại virus, các RNA virus có tác dụng kích thích sản xuất IFN mạnh hơn các DNA virus (trừ poxvirus). Các yếu tố kích thích tổng hợp IFN-gamma gồm các mitogen và antigen (ví dụ như các yếu tố kích thích lympho bào).

- Các sự kiện xảy ra trong quá trình kích thích tổng hợp IFN: Các gene của IFN không biểu hiện trong các tế bào nguyên vẹn do các protein ức chế trong tế bào ở trạng thái kết hợp tại vùng khởi sự phía đầu 5' (upstream) của gene mã hóa IFN và ức chế quá trình sao mã. Thêm vào đó, quá trình sao mã của gene cần có sự hiện diện của các protein hoạt hóa (activator proteins) (các activator protein kết hợp với vùng khởi sự để bắt đầu quá trình sao mã).

Các yếu tố kích thích tổng hợp IFN phát huy tác dụng bằng cách: + Làm ngừng tổng hợp các protein ức chế sao mã hoặc + Làm tăng tổng hợp protein hoạt hóa từ đó kích thích sao mã các gene của IFN cho ra đời các RNA thông tin (mRNA) và IFN protein. IFN sẽ kết hơp với các thụ quan (các receptor) trên các tế bào lân cận làm cho các tế bào này chuyển thành trạng thái kháng lại virus Sau khi các yếu tố kích thích mất đi, các gene bị bất hoạt trở lại.

II.3 TÁC DỤNG CỦA INTERFERON 1. Tác dụng kháng virus Các Interferon này kích hoạt 20-30 protein và nhiều chức năng của chúng vẫn chưa được hiểu biết đầy đủ. Tuy nhiên, có 3 protein đóng vai trò quan trọng trong việc kích hoạt trạng thái kháng vi rút đã được nghiên cứu rộng rãi.

Sự xuất hiện của 1 trong các protein này (2’5’ oligo A synthase) dẫn đến sự hoạt hoá thứ hai của chúng (một ribonuclease) có thể phá huỷ mARN (ARN 16

thông tin) và sự xuất hiện của protein thứ 3 (một protein kinase) dẫn đến sự ức chế bước đầu tiên của quá trình tổng hợp protein. Điều này kích hoạt quá trình tổng hợp protein của vi rút nhưng cũng làm ức chế tổng hợp protein của tế bào chủ. Vì vậy, các protein này chỉ được tạo ra và hoạt hoá khi cần.

Interferon đã kích hoạt sự tổng hợp dạng không hoạt động của các protein này trong tế bào đích. Double- stranded ARN là nhân tố hoạt hoá các protein này.

Nó trực tiếp hoạt hoá 2’5’ oligo A synthase và protein kinase R và hoạt hoá gián tiếp ribonuclease L. Sự hoạt hoá các protein này đôi khi dẫn đến sự chết của tế bào nhưng ít nhất quá trình cảm nhiễm vi rút đã được ngăn chặn.

Hình: cơ chế kháng virus của IFN IFN gắn lên thụ thể đặc hiệu của màng tế bào, tương tác với màng tế bào, thông qua AMP vòng, tác động vào nhân tế bào, cảm ứng bộ gen tế bào tạo ra 2 enzym là kinaza và 2,5-oligoadenylat-syntetaza. Chính 2 enzym này ngăn chặn sự nhân lên của virut khi xâm nhập vào tế bào vật chủ theo 2 phương cách sau: + Enzym kinaza photphoryl hóa và làm bất hoạt yếu tố kéo dài (elongation factor-2) khởi đầu tổng hợp pesptip nên ngăn cản bộ gen tế bào không tiếp nhận thông tin mRNA của virut. Do vậy ức chế tổng hợp protein virus. + Enzym 2,5-oligoadenylat-symtelaza hoạt hóa enzym ribonucleaza làm phân rã RNA thông tin của virut và do đó ức chế tổng hợp protein virut.

17

Các virut nhỏ như Picornaviridae, Reovirus, Rhabdovirus (Vesicular stomatitis virus), herpesvirus bị mất khả năng nhân lên do cơ chế trên.

IFN còn có vai trò bảo vệ tế bào bằng cách kích thích đại thực bào, ảnh hưởng lên sự phân chia và trưởng thành tế bào lympho B, lympho T, và tế bào NK. Do vậy khả năng kháng virut ở phạm vi rất rộng.

Một số loại virus có khả năng kháng lại tác dụng của IFN như adenovirus (vì chúng có thể sản xuất một RNA chống lại tác dụng của protein kinase bằng các RNA mạch kép từ đó làm giảm tác dụng kháng virus của IFN).

2. Tác dụng kháng ung thư Interferon kích thích hệ miễn dịch của cơ thể chống lại khối ung thư. Cơ chế của chúng cho đến nay vẫn chưa được hiểu rõ một cách đầy đủ. Tuy nhiên, nó có thể theo các cơ chế sau: Trì hoãn hoặc dừng sự phân chia của các tế bào ung thư Giảm khả năng tự bảo vệ của các tế bào ung thư đối với hệ miễn dịch của cơ thể.

Tăng cường khả năng miễn dịch của cơ thể.

Interferon thường được sử dụng để điều trị một số loại ung thư bao gồm: ung thư thận, u hắc tố ác tính, ung thư xương, ung thư hạch, u lympho bào và bệnh bạch cầu…..

3. Các tác dụng khác của interferon IFN có khả năng kích thích quá trình hình thành đáp ứng miễn dịch thông qua tác động của chúng đến các phân tử MHC (Class I và Class II). Cả 3 loại Interferon đều tăng biểu hiện của các phân tử MHC class I (MHC-Major histocompatibility complex- phức hợp hòa hợp tổ chức chính) do đó làm tăng sự nhận diện bởi các tế bào T độc. Và chúng đều có khả năng hoạt hoá tế bào NK để có thể giết các tế bào bị nhiễm virus.

IFN hoạt hóa tính kháng virus của các đại thực bào: Interferon- gamma làm tăng biểu hiện của các phân tử MHC class II đối với các tế bào trình diện kháng nguyên (antigen-presenting cell) do đó làm tăng sự phô bày của kháng nguyên đối với tế bào T helper ( CD4-T). Interferon còn có thể hoạt hoá đại thực bào chống lại sự nhiễm vi rút (hoạt động kháng vi rút bên trong) và giết các tế bào khác nếu chúng bị nhiễm vi rút (hoạt động kháng vi rút bên ngoài). . IFN hạn chế sự phân chia tế bào vì vậy còn được sử dụng trong điều trị một số khối u cá tính.

- Ứng dụng lâm sàng của IFN: IFN được sử dụng trong điều trị các bệnh do virus và một số bệnh khác: Điều trị bệnh do virus: IFN-alpha và beta: Điều trị viêm gan B, viêm gan C, herpes zoster, papilloma virus, rhino virus, warts, lepromatous leprosy, leshmaniasis.

18

IFN-gamma: toxoplasmosis, chronic granulomatous diease (CGD) Điều trị ung thư: Hairly cell leukemia, chronic myelocytis leukemia, T cell lymphoma, kaposi's sarcoma, endocrine pancreatic neopplasma, non-Hopgkin's lymphomas Tuy vậy, những ảnh hưởng phụ của IFN làm hạn chế khả năng ứng dụng chúng trong điều trị .

Kết luận Viêm gan siêu vi B luôn là vấn đề có tính thời sự, nhất là ở các nước châu Á và châu Phi. Viêm gan B (VGB) là một bệnh truyền nhiễm ở người do virus viêm gan B (HBV) gây nên và là một bệnh để lại nhiều hậu quả nghiêm trọng.Theo ước tính của Tổ chức Y tế Thế giới, hơn 1/3 dân số thế giới đã từng bị nhiễm HBV với khoảng 400 triệu người mang HBV mạn tính (HBsAg dương tính). Hằng năm trên thế giới có khoảng hơn một triệu người tử vong do biến chứng của VGB mạn tính, xơ gan, ung thư gan và bệnh gan giai đoạn cuối. Mục đích điều trị VGB mạn tính là làm sạch virus, cải thiện quá trình viêm và hoại tử ở gan. Tuy nhiên, để điều trị VGB mạn tính có kết quả và thành công là một vấn đề hết sức nan giải. Và còn rất nhiều bệnh khác mà cho đến nay vẩn gây rất nhiểu khó khăn cho y học thế giới.

Có thể nói, việc sử dụng interferon làm thuốc điều trị đang mở ra những hứa hẹn to lớn có giá trị khoa học và thực tiễn cao.

Tài liệu tham khảo: +Tủ sách khoa học VLOG +Abul KA, Lichtman AH, Pober JS (2000) Cellular and Molecular Immunolgy, Fifth Edition. Philadelphia: W.B. Saunders Company. +Natural Reviews Molecular Cell Biology 378-386(5/2001) +Bureau JF, Bihl F, Brahic M, Le Paslier D (1995) The gene coding for interferon-gamma is linked to the D12S335 and D12S313 microsatellites and to the MDM2 gene. Genomics 28, 109-112 +http://www.sinhhocvietnam.com/forum/showthread.php?t=197

19

+http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Pha_ti%E1%BB%81m_tan&action=e dit&redlink=1 + modulation of host gene expression and innate immunity by virus, Springer express. +www.nanogenpharma.com +http://www.rcsb.org/pdb/ +http://www.ivac.com.vn/content/interferon+ifn/42/230

20