Virus là gì? Chi tiết đặc điểm và một số ứng dụng

Virus với đặc điểm và cấu trúc ký sinh đặc biệt được ứng dụng trong đa dạng lĩnh vực, từ nghiên cứu trong y học đến công nghệ vi sinh

Virus là các vi sinh siêu nhỏ và không có cấu trúc tế bào tự chủ. Chúng có khả năng xâm nhập và lây nhiễm vào các tế bào sống khác nhau. Virus đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực, từ y học đến công nghệ sinh học. Một số loại gây bệnh cho con người và động vật. Trong khi các loài khác có thể được sử dụng trong nghiên cứu và ứng dụng công nghiệp. Hiểu biết về virus rất quan trọng để đối mặt với các thách thức y tế và khoa học ngày nay.

1. Virus là gì? Khái niệm và phân loại

Virus là ký sinh trùng với kích thước hiển vi không thể tự sinh sản. Khi lây nhiễm vào tế bào, nó điều khiển bộ máy tế bào sản xuất nhiều hơn. Đa số chúng chứa RNA và DNA – Vật liệu di truyền. Acid nucleic có hình dạng chuỗi đơn hoặc kép. Tất cả hạt virus truyền nhiễm gọi là virion, chứa acid nucleic và vỏ ngoài protein. Do không chứa ribosome nên nó không thể sản sinh protein. Mọi hoạt động đều phụ thuộc vào vật chủ ký sinh. Đây chính là sinh vật duy nhật sinh sản phụ thuộc vào tế bào vật chủ.
Sau khi liên lạc với tế bào vật chủ, chúng sẽ gắn vật liệu di truyền vào vật chủ và chiếm chức năng của nó. Khi lây nhiễm xong, virus tiếp tục sinh sản. Tuy nhiên, chúng sẽ tạo sản sinh nhiều protein và vật liệu di truyền hơn. Thường virus đơn giản chỉ đủ chứa RNA/ DNA để mã hoá bốn protein. Còn chủng phức tạp có thể mã hóa từ 100 – 200 protein.
Tùy thuộc vào hình dạng và kích thước, có thể phân loại virus thành:

• Xoắn ốc: Điển hình là virus khảm thuốc lá.
• Hình cầu: Đa phần virus động vật đều có hình cầu.
• Hình phong bì: Một số virus có lớp phủ sửa chữa của màng tế bào, hình thành vỏ lipid để bảo vệ. Cụ thể là các virus cúm và HIV.
• Các hình dạng còn kết hợp với nhau, tạo nên rất nhiều hình thù đặc biệt.

2. Lịch sử phát hiện

Cuối thế kỷ 19, vi sinh vật, nhất là vi khuẩn gây bệnh đã được thiết lập tốt. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đang tìm hiểu về tác nhân gây bệnh ở thuốc lá. Trong nghiên cứu năm 1886 về “Liên quan đến bệnh khảm của thuốc lá” của Adolf Mayer, nhà hóa học người Đức đã công bố kết quả và quá trình thực hiện. Ông nghiền nát lá bị nhiễm bệnh và tiêm chất độc vào tĩnh mạch của chiếc lá khoẻ mạnh. Nó khiến lá xuất hiện các đốm và đổi màu.
Ông phỏng đoán trong nước ép lá có tác nhân gây bệnh khảm thuốc lá. Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu không tương đồng với phỏng đoán. Ông chắc chắn rằng tác nhân gây bệnh xuất phát từ vi khuẩn. Nhưng ông không thể phân lập hoặc xác định được tác nhân dưới kính hiển vi.
Năm 1898, khi thừa nhận sự tồn tại của virus, nhà khoa học người Hà Lan Martinus Beijerinck phát biểu rằng nguyên nhân gây bệnh khảm thuốc lá từ một loại virus chứ không phải vi khuẩn. Các thí nghiệm sau đó của ông đã chứng minh tính xác thực của nó. Đến năm 1931, kính hiển vi điện tử được phát triển bởi nhà khoa học người Đức Ernst Ruska và Max Knoll. Điều này đã mang đến những bức ảnh đầu tiên về virus khảm thuốc lá năm 1939. Đây là bước ngoặt lớn khẳng định sự tồn tại chúng.

3. Đặc tính của virus

3.1 Đặc điểm cơ bản

• Virus có kích thước rất nhỏ chỉ khoảng 20 nm đến 200 nm (nhỏ hơn vi khuẩn ngàn lần).
• Không có cấu tạo tế bào và màng kép lipid xung quanh.
• Ký sinh bắt buộc ở vật chủ do chúng không phải tế bào sống. Do đó, chúng không thể thực hiện các hoạt động sống và tự sinh sản như vi khuẩn. Chúng chỉ tồn tại khi ký sinh và sử dụng nguồn acid amin, năng lượng, enzyme,… của vật chủ để để hình thành virus mới.
• Mang vật chất di truyền là DNA, RNA hoặc không có cả hai.
• Không có hệ giải mã và dịch mã.
• Không tăng trưởng về kích thước và không di chuyển được.
• Không thể tự phát triển, phân chia và sinh sản.
• Không thể hoạt động khi ở ngoài vật chủ.

3.2 Đặc điểm đời sống

• Tổng quan quá trình sinh trưởng

Virus là mang gen và tiến hóa thông qua chọn lọc tự nhiên. Đồng thời, sinh sản bằng cách tự lắp ráp để tạo ra bản sao của bản thân. Dù mang những đặc điểm trên giống với cơ thể sống nhưng chúng không có cấu trúc tế bào. Yếu tố được coi là đơn vị cơ bản của hoạt động sống. Chưa kể, chúng còn không có chu trình trao đổi chất riêng. Đồng thời, đòi hỏi tế bào chủ hình thành cá thể mới. Điều này khiến chúng không thể sinh sản tự nhiên ngoài vật chủ.

Sinh vật sống được công nhận thường sinh sản bằng phân chia tế bào. Còn virus lại tự lắp ráp trong tế bào. Quá trình tăng trưởng tự động không giống với các tinh thể. Bởi chúng xuất hiện đột biến di truyền và phải trải qua chọn lọc tự nhiên. Việc tự lắp ráp của virus hỗ trợ nghiên cứu nguồn gốc sự sống. Cụ thể là xuất phát từ phân tử hữu cơ tự lắp ráp (Koonin EV, Senkevich TG, Dolja VV (2006). “The ancient Virus World and evolution of cells”. Biol. Direct. 1: 29).

• Khả năng lây nhiễm và ký sinh

Virus có khả năng sinh sản và lây lan nhanh chóng sang tế bào khác. Mức độ và cách thức lây truyền tùy thuộc vào cấu trúc và bản chất của chúng. Nó có thể truyền từ mẹ sang con, từ người sang người thông qua tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp. Đây được coi là đặc tính nguy hiểm của virus.
Chúng chỉ sống được trong cá thể trung gian một thời gian. Đến khi ký sinh vào vật chủ, chúng mới trở thành tác nhân gây bệnh. Thời gian ủ bệnh là lúc chúng sinh trưởng, lây lan nhanh chóng và gây hại đến cơ thể. Khi đó, hệ miễn dịch cơ thể tiết kháng thể chống lại bệnh, làm xuất hiện các triệu chứng.
Một số loại virus lây lan làm biến đổi DNA của vật chủ. Điều này tác động đến bộ gen do di chuyển nhiễm sắc thể, lây DNA sang tế bào khác. Sự tương tác này cũng làm thay đổi cấu trúc. Đồng thời, hình thành nên loại virus mới hoặc tiến hóa ảnh hưởng đến con người. Tóm lại, đây là tác nhân gây bệnh nguy hiểm. Các nhà khoa học đang không ngừng nghiên cứu ra phương pháp điều trị hiệu quả.

4. Sự hình thành của virus

Virus có mặt ở khắp mọi nơi và tồn tại từ khi tế bào sống phát triển đầu tiên. Dựa vào kỹ thuật phân tử so sánh DNA hoặc RNA, các nhà khoa học sẽ xác định nguồn gốc hình thành của chúng. Vật liệu di truyền của virus có thể tích hợp với vật chủ. Từ đó, có thể truyền theo chiều dọc, điển hình là di truyền qua nhiều thế hệ. Đây là nguồn thông tin quý giá cho các nhà cổ sinh vật học nghiên cứu nguồn gốc của virus từ cổ xưa.
Cùng BCC khám phá ngay ba giả thuyết chính giải thích sự hình thành:

• Giả thuyết hồi quy

Virus có thể là tế bào nhỏ ký sinh. Các gen không được yêu cầu bởi ký sinh trùng của chúng sẽ dần bị biến mất theo thời gian. Rickettsia và chlamydia – Vi khuẩn nhỏ là các tế bào sống. Tuy nhiên, giống với virus, chúng chỉ sinh sản trong vật chủ. Giả thuyết này cho thấy ký sinh trùng ký sinh làm mất gen giúp nó có thể sống sót bên ngoài tế bào. Đây được gọi là giả thuyết thoái hóa hoặc giả thuyết giảm.

• Giả thuyết nguồn gốc tế bào

Một số loài có thể tiến hóa từ DNA, RNA và không liên quan đến gen sinh vật lớn hơn. DNA giải phóng từ plasmids hoặc transposons. Từng có tên là “gen nhảy”, transposon là ví dụ về yếu tố di truyền và là nguồn gốc của một số virus. Chúng được phát hiện trên Ngô bởi Barbara McClintock năm 1950.

• Giả thuyết đồng tiến hóa

Giả thuyết đầu tiên là giả thuyết đồng tiến hóa. Nó cho thấy nguồn gốc tiến hóa từ các phân tử phức tạp của protein và acid nucleic. Thời điểm trùng với sự xuất hiện đầu tiên của tế bào. Và nó phụ thuộc vào sự sống của tế bào qua hàng tỷ năm.
Phân tử RNA Viroids không được coi là virus do thiếu vỏ protein. Những điểm chung với chúng gọi là tác nhân phụ. Viroids thường gây bệnh cho thực vật. Chúng không mã hóa protein nhưng tương tác và xây dựng bộ máy vật chủ để sao chép.
Virus viêm gan delta của người mang bộ gen RNA khá giống với viroid. Tuy nhiên, chúng có vỏ protein, có nguồn gốc từ virus viêm gan B và không tự sản sinh. Điều này khiến nó trở thành virus lỗi. Dù bộ gen của chúng có thể được nhân bản độc lập một lần trong vật chủ. Tuy nhiên, nó vẫn cần sự hỗ trợ của virus viêm gan B để hình thành lớp vỏ protein, hỗ trợ truyền đến tế bào mới. Bởi vậy, chúng phụ thuộc vào sự có mặt của các chủng khác. Chúng được gọi là vệ tinh và đại diện cho trung gian tiến hóa của viroid và virus.

4.1 Một số tranh cãi

Một số giả thuyết vẫn còn tồn tại các tranh cãi xung quanh.

• Giả thuyết hồi quy không giải thích được lý do ký sinh trùng tế bào nhỏ nhất khác với virus.
• Giả thuyết nguồn gốc tế bào chưa làm rõ được lý do viên nang phức tạp và cấu trúc khác trên virus.
• Giả thuyết đầu tiên về virus phản bác lại khía cạnh chúng yêu cầu tế bào vật chủ.
• Virus được xác định là sinh vật cổ xưa và xuất hiện từ trước khi sự sống phân kỳ.

Bằng chứng về nguồn gốc của RNA với kỹ thuật phân tích máy tính về trình tự DNA của virus và vật chủ. Những điều này làm rõ mối quan hệ tiến hoá giữa chúng và xác định tổ tiên của virus hiện đại. Đa phần chúng đều được phát hiện có chung một tổ tiên và có thể phái sinh nhiều lần.

Xem thêm:

• Vi sinh vật là gì? Đặc điểm, phân loại và ứng dụng chi tiết
• Vi khuẩn là gì? Sinh vật cần thiết cho mọi hoạt động sống

4.2 Cấu trúc

Virus có đa dạng hình dáng và kích thước. Chúng có kích thước nhỏ hơn vi khuẩn với đường kính trong khoảng từ 20 – 300 nanomet. Một số filovirus có chiều dài lên đến 1400 nm dù đường kính chỉ khoảng 80 nm. Hầu hết vi khuẩn đều được quan sát dưới kính hiển vi. Để gia tăng sự tương phản giữa virus và xung quanh, vết nhuộm” (“stain”) được sử dụng với mật độ electron dày đặc. Một phần tử virus hoàn chỉnh (virion) chứa acid nucleic được bao bọc bởi protein bảo vệ (capsid). Chúng được tạo ra bởi các tiểu đơn vị protein có tên là capsomer (Collier tr. 40). Ngoài ra, chúng còn được bảo vệ bởi lipid từ màng tế bào vật chủ.
Các protein kết hợp với acid nucleic được gọi là nucleoprotein. Còn sự phối hợp giữa protein ở capsid với acid nucleic của virus có tên là nucleocapsid. Vỏ capsid và cấu trúc virus có thể được thăm dò vật lý (cơ học) nhờ kính hiển vi lực nguyên tử. Dưới đây là bốn hình thái chính:

• Xoắn ốc

Các virus này do capsomer duy nhất chồng lên nhau quanh trục trung tâm. Từ đó, hình thành nên cấu trúc xoắn ốc với một khoang trung tâm hoặc ống rỗng. Cách sắp xếp này quy định hình dạng virion que hay sợi. Chúng có thể ngắn – cứng, hoặc dài – linh hoạt. Vật liệu di truyền là các RNA sợi đơn (ssRNA) hoặc DNA sợi đơn (ssDNA). Chúng gắn chặt vào chuỗi xoắn protein nhờ tương tác giữa acid nucleic (điện tích âm) và protein (điện tích dương). Độ dài vỏ capsid xoắn ốc phụ thuộc vào độ dài của acid nucleic. Còn đường kính phụ thuộc vào kích thước và trình tự sắp xếp capsomer. Virus khảm thuốc lá là ví dụ điển hình của virus dạng xoắn ốc (Collier tr. 37).

• Khối hai mươi mặt đều

Đa phần virus động vật có dạng khối hai mươi mặt đều hình thường hoặc đều đối xứng gần hình cầu. Đây là hình thái tối ưu để hình thành lớp vỏ khép kín từ các tiểu đơn vị giống nhau. Số lượng capsomer tối thiểu là 12. Mỗi capsomer được tạo ra từ năm tiểu đơn vị. Nhiều virus như rotavirus có hơn 12 capsomer, dạng hình cầu đối xứng. Tại mỗi đỉnh, chúng lại được bao quanh bởi 5 capsomer khác (penton). Còn trên mỗi mặt tam giác, chúng được bao quanh bởi 6, gọi là hexon. Chúng thường phẳng, còn penton lại cong. Cùng một protein có thể là tiểu đơn vị của cả penton và hexon, hoặc từ các protein khác nhau.

• Kéo dài

Có cấu trúc khối hai mươi mặt đều có chiều dài gấp 5 lần trục. Đây cũng cách sắp xếp phổ biến ở đầu mỗi bacteriophage. Từ đó, hình thành nên hình trụ với hai đầu có nắp đậy.

• Phức tạp

Các virus này có capsid không xoắn hay khối hai mươi mặt đều hoàn toàn. Ngoài ra, cấu trúc của chúng còn có thêm đuôi protein hay vách ngăn ngoài phức hợp. Các bacteriophages, như Enterobacteria phage T4, có đầu hình khối hai mươi mặt gắn đuôi xoắn. Đuôi có thể có đĩa nền lục giác đều và sợi protein nhô ra. Nó có vai trò quan trọng trong tạo ống tiêm phân tử. Nhờ đó, chúng có thể gắn vào vật chủ và bơm bộ gen của virus vào tế bào.

• Vỏ bọc virus

Một số loại virus có lớp vỏ bọc bên ngoài. Đây được coi là dạng chỉnh sửa của màng tế bào. Có thể là lớp màng ngoài quanh vật chủ bị nhiễm. Hoặc màng trong như màng nhân hay mạng lưới nội chất, hình thành nên lớp lipid kép bên ngoài, gọi là vỏ bọc virus (viral envelope). Chúng được đính vào protein mã hóa bởi bộ gen virus và vật chủ. Còn tất cả màng lipid và carbohydrat đều xuất phát từ vật chủ. Virus cúm và HIV là ví dụ cho cơ chế này. Đa phần chúng đều có màng phụ thuộc vào lớp vỏ của chúng nhằm xâm nhiễm vật chủ.

• Virus lớn

Poxvirus lớn, phức tạp và đa dạng hình thái. Bộ gen gắn với protein trong cấu trúc đĩa trung tâm, gọi là nucleoid. Nó được bảo vệ bởi một lớp màng và cơ quan ở hai bên. Virus có vỏ bọc ngoài với lớp protein dày dính vào vỏ bọc. Nhìn chung, virion của poxvirus có đa dạng hình thái với dạng trứng hoặc gạch. Mimivirus là virus lớn nhất có đường kính vỏ capsid là 400 nm. Còn các sợi protein nhô ra ngoài có độ dài lên đến 100 nm. Vỏ capsid có dạng đa giác đều, giống với khối hai mươi mặt đều. Năm 2011, một chủng lớn hơn ở đáy đại dương gần bờ biển Las Cruces, Chile được tạm gọi là Megavirus chilensis. Chúng có thể được nhìn thấy dưới kính hiển vi cơ bản.

• Một số loại khác

Một số virus lây nhiễm vào vi khuẩn cổ có cấu trúc phức tạp và độc đáo với hình dạng bất thường, Từ cấu trúc hình con suốt, que có móc, hình cái chai đến giọt nước. Các virus trên vi khuẩn cổ giống khác tương tự như bacteriophage có đuôi với hình thái khác nhau.

4.3 Bộ gen

Rất nhiều cấu trúc gen khác nhau được tìm thấy ở virus. Sự đa dạng này nhiều hơn ở thực vật, động vật hay vi khuẩn. Có hàng triệu loại khác nhau. Tuy nhiên, chỉ có 7.000 loài được mô tả chi tiết. Đến tháng 1 năm 2021, cơ sở dữ liệu bộ gen virus của Trung tâm Thông tin Công nghệ sinh học Quốc gia Hoa Kỳ (NCBI) lưu trữ hơn 193.000 trình tự bộ gen hoàn chỉnh. Một virus có gen DNA hay RNA tương ứng là một virus DNA hoặc RNA. Đa phần đều có bộ gen RNA. Virus thực vật thường có bộ gen RNA sợi đơn. Còn bacteriophage có bộ gen DNA sợi đôi.
Bộ gen có thể có dạng mạch vòng hoặc mạch thẳng. Acid nucleic không ảnh hưởng đến hình dạng của bộ gen. Trong virus RNA, DNA, bộ gen thường chia thành các phân đoạn. Mỗi phân đoạn mã hóa một protein. Bộ gen có thể là sợi đơn, sợi đôi hoặc chứa cả hai.
Sự biến đổi di truyền xảy ra thông qua quá trình biến động di truyền. Nó có thể không ảnh hưởng đến protein hoặc tạo lợi thế tiến hóa như đề kháng với các thuốc kháng virus. Sự trôi dạt kháng nguyên xảy ra khi có thay đổi lớn trong bộ gen. Nó xảy ra có thể do tái tổ hợp hoặc tái sắp xếp vật liệu di truyền. Bộ gen phân đoạn mang lại lợi thế tiến hóa bằng cách kết hợp ngẫu nhiên để tạo ra virus thế hệ sau có đặc tính độc nhất. Tái tổ hợp di truyền là quá trình nhập sợi DNA vào một phân tử DNA khác, phổ biến ở cả hai khi xâm nhiễm tế bào.

5. Vai trò của Virus

5.1 Trong hệ sinh thái nước

Có khoảng một triệu hạt virus trong muỗng cà phê nước biển. Bởi vậy, nó có vai trò quan trọng trong việc cân bằng hệ sinh thái nước mặn và nước ngọt. Đa phần chúng là bacteriophage, không gây hại với thực vật và động vật. Virus lây nhiễm và tiêu diệt vi khuẩn dưới nước. Đây cũng là cơ chế quan trọng nhất trong tái chế carbon ở đại dương. Những phân tử hữu cơ này sẽ giải phóng khỏi tế bào vi khuẩn, kích thích phát triển vi khuẩn và tảo.
Vi sinh vật chiếm đến 90% tổng sinh khối ở biển. Các nghiên cứu cho thấy virus đã tiêu diệt và giải phóng gần 20% số lượng đó mỗi ngày. Đồng thời, gấp 15 lần số lượng vi khuẩn và cổ khuẩn ở đại dương. Tuy nhiên, nó cũng tàn phá và gây ra hiện tượng tảo nở hoa, giết hại các sinh vật khác. Số lượng giảm khi đi ra ngoài khơi và sâu trong nước do ít chủ hơn.
Thông qua gia tăng lượng quang hợp ở biển, virus gián tiếp làm giảm lượng khí carbon dioxide trong khí quyển. Số lượng khoảng 3 tỷ tấn cacbon mỗi năm (Suttle CA (2007). “Marine viruses—major players in the global ecosystem”. Nature Reviews. Microbiology. 5 (10): 801–12). Các động vật có vú ở biển cũng nhạy cảm với bệnh nhiễm trùng. Điển hình là calicivirus, herpesvirus, parvovirus,…

5.2 Trong tiến hóa

Virus là công cụ quan trọng trong chuyển giao các gen giữa đa dạng loài. Nó góp phần tăng cường đa dạng di truyền và đẩy mạnh quá trình tiến hóa. Một số nghiên cứu chỉ ra rằng virus có vai trò chủ chốt trong tiến hóa sơ khai. Trước khi có sự đa dạng của vi khuẩn, vi khuẩn cổ và sinh vật nhân chuẩn vào thời kỳ tổ tiên chung cuối cùng của sự sống (Forterre P, Philippe H (1999). “The last universal common ancestor (LUCA), simple or complex?”. The Biological Bulletin. 196 (3): 373–5, discussion 375–7). Ngày nay, virus vẫn là một trong những nguồn dự trữ di truyền đa dạng và lớn nhất chưa được khám phá hết.

6. Ứng dụng

6.1 Khoa học sự sống và y học

Virus rất quan trọng trong sinh học phân tử và sinh học tế bào. Bởi chúng được sử dụng để thao tác và nghiên cứu chức năng của tế bào. Những kết quả này đã mang đến nguồn thông tin quý giá cho sinh học tế bào. Cụ thể, virus hữu ích trong nghiên cứu di truyền học. Cũng như các kiến thức cơ bản về di truyền học phân tử, như tái bản DNA, phiên mã, dịch mã, xử lý RNA, vận chuyển protein, miễn dịch,…
Di truyền học dùng virus như vector đưa gen vào tế bào. Nó rất có ích trong việc tế bào sản xuất chất ngoại lai. Hoặc nghiên cứu tác động của bộ gen mới. Tương tự, liệu pháp sử dụng virus để điều trị bệnh. Bởi chúng có thể ảnh hưởng đến các tế bào và DNA đặc hiệu. Đây cũng là bước tiến lớn của virus trong điều trị bệnh ung thư và liệu pháp gen.
Các nhà khoa học phương Đông sử dụng liệu pháp phage thay thế thuốc kháng sinh. Phương pháp này có mức độ tiếp cận ngày càng cao. Bởi mức độ đề kháng kháng sinh cao được tìm thấy ở một số vi khuẩn gây bệnh. Hiểu biết về protein dị thể bởi virus được ứng dụng trong sản xuất protein như kháng nguyên của vaccine và kháng thể. Các công trình vector cũng được phát triển ngày càng nhiều. Một số protein dược phẩm cũng đang trong quá trình thử nghiệm.

6.2 Khoa học vật liệu và công nghệ nano

Công nghệ nano mang đến nhiều bước tiến vượt bậc trong ứng dụng linh hoạt. Theo các nhà khoa học, virus được coi như những hạt nano hữu cơ. Trên bề mặt chứa các công cụ được thiết kế như rào chắn của tế bào vật chủ. Kích cỡ, hình dạng của virus cùng các nhóm chức năng trên bề mặt chúng được xác định chính xác. Nhờ vậy, virus được sử dụng như giá đỡ cho các sửa đổi trên bề mặt được liên kết cộng hóa trị. Chúng còn được tiến hóa có định hướng. Các kỹ thuật khoa học phát triển tạo nền tảng cho xu hướng tiếp cận kỹ thuật về vật liệu nano. Từ đó, mở ra loạt ứng dụng đột phá trong y học.
Do các đặc điểm dễ xác định, virus được dùng như các bản mẫu. Từ đó, có thể định hình vật liệu ở cấp độ nano. Điển hình là nghiên cứu ở Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân Mỹ sử dụng các phần tử virus khảm đậu đũa để khuếch đại tín hiệu trong cảm biến nhờ DNA microarray. Các hạt virus tách riêng thuốc nhuộm huỳnh quang báo hiệu ngăn ngừa dimer hình thành. Nó còn trở thành tác nhân dập tắt huỳnh quang. Ngoài ra, CPMV còn được sử dụng như một bộ cắm dây sử dụng trong điện tử học phân tử.

6.3 Virus nhân tạo

Virus nhân tạo đầu tiên đã được phát triển vào năm 2002. Không chỉ là virus được tổng hợp, thay vào đó là bộ gen DNA hoặc bản sao DNA bổ sung của bộ gen của nó. Với nhiều virus, DNA/ RNA nhân tạo dạng trần có thể lây nhiễm khi vào trong tế bào. Khi đó, nó có thể chứa mọi thông tin để sản xuất chủng mới. Hiện nay, công nghệ này được sử dụng để phát triển vaccine mới. Khả năng tổng hợp virus đã có hệ quả sâu rộng. Bởi vậy, virus không thể coi là tuyệt chủng nếu trình tự bộ gen còn được biết đến và sẵn tế bào cho phép tiếp nhận. Hiện nay, trình tự bộ gen đầy đủ của 2408 loại virus khác nhau dã được công bố bởi Viện Y tế Quốc gia Hoa Kỳ.

6.4 Vũ khí sinh học

Trước khả năng lây nhiễm bệnh tật, virus có thể trở thành vũ khí hóa trong chiến tranh sinh học. Nỗi lo này đã trở thành sự thật khi tái tạo thành công virus cúm Tây Ban Nha năm 1918 nổi tiếng. Virus đậu mùa đã cướp đi sinh mệnh của rất nhiều người. Chỉ có duy nhất hai trung tâm chính thức lưu trữ virus bệnh đậu mùa. Đó là phòng thí nghiệm Vector của Nga và Trung tâm Kiểm soát Bệnh của Hoa Kỳ.
Vaccine đậu mùa có thể dẫn đến các tác dụng phụ nghiêm trọng trước khi bệnh đậu mùa bị tiêu diệt. Số người chịu ảnh hưởng do hậu quả của tiêm chủng còn nhiều hơn số người bị nhiễm trực tiếp. Bởi vậy, việc tiêm phòng không còn được áp dụng rộng rãi. Bởi vậy, phần lớn dân số hiện nay không thiết lập đề kháng chống lại bệnh đậu mùa.

7. Tình hình gây bệnh do virus

7.1 Con đường lây truyền

Virus chủ yếu tồn tại để sinh sản. Các hạt mang virus sẽ lây lan sang tế bào mới và vật chủ mới. Các chức năng, nhiệm vụ của virus có thể ảnh hưởng đến khả năng lây lan. Dưới đây là một số con đường lây truyền của virus:

• Tiếp xúc gần: Nếu người mang virus SARS-CoV-2 trên tay, họ chạm vào mũi, miệng hoặc mắt của họ. Khi đó, virus sẽ xâm nhập và phát triển thành COVID-19.
• Giọt bắn đường hô hấp: Các virus có thể tồn tại trong giọt bắn hô hấp. Trong quá trình nói chuyện, ho, hắt hơi, virus có thể lây lan từ người bệnh sang người khỏe mạnh. Cúm B và SARS-CoV-2 là hai loại virus lây truyền theo cách này.
• Tiếp xúc trực tiếp: Một số loại virus lây lan do tiếp xúc trực tiếp với người có virus. Chẳng hạn virus gây u nhú ở người (HPV) lây lan do tiếp xúc với da. Virus Epstein-Barr gây bệnh tăng bạch cầu đơn nhân (mono) xâm nhập thông qua tuyến nước bọt như khi hôn.
• Dịch cơ thể: Virus HIV có thể truyền giữa người với người qua tinh dịch hoặc máu.
• Thực phẩm hoặc nước bị ô nhiễm: Norovirus xâm nhập vào người khi tiêu thụ thực phẩm hoặc nước bị ô nhiễm.
• Côn trùng: Muỗi mang virus Zika truyền từ người này sang người khác.
• Mẹ sang con: Người mẹ nhiễm cytomegalovirus, virus herpes, có thể truyền cho thai nhi.

7.2 Một số bệnh thường gặp

Virus không phải tế bào sống nên không thể tự sinh sản. Thay vào đó, chúng sử dụng nguồn năng lượng, acid amin,… của vật chủ để tổng hợp virus mới. Khi đó, bộ gen của virus thay đổi liên tục để thích nghi tốt với cơ thể kí chủ. Nguyên nhân đến từ việc sử dụng thuốc để phòng ngừa và điều trị chúng. Hoặc có thể đến từ tự nhiên. Những thay đổi trong cấu trúc gen tạo ra nhiều virus mới. Chúng tiến hóa và ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Một số trường hợp thay đổi dù rất nhỏ nhưng gây ra hậu quả lớn. Một số bệnh do virus phải kể đến như:

• Covid-19
• Bệnh đậu mùa
• Cảm lạnh, cảm cúm
• Bệnh sởi
• Quai bị
• Rubella
• Thủy đậu
• Viêm gan
• Virus Herpes simplex (HSV)
• Bệnh bại liệt
• Bệnh dại
• Ebola
• HIV
• Sốt xuất huyết
• Zika

Sự phát triển của y học đã tạo ra nhiều vaccine phòng ngừa cho một số bệnh. Đồng thời, các bệnh do virus cũng có thể được chữa khỏi nhờ điều trị kịp thời và có hiệu quả. Ngoài ra, một số bệnh chưa có vaccine cũng khiến bệnh nhân tử vong. Khi đó, bệnh nhân chỉ có thể hỗ trợ điều trị dựa trên triệu chứng và đặc điểm của virus gây ra.

7.3 Cơ chế phản ứng

Khi hệ thống miễn dịch phát hiện sự xâm nhập của virus, chúng bắt đầu có những đáp ứng để tiêu diệt. Miễn dịch không thể nhận thấy sự xâm nhập của tác nhân này. Thế nhưng, các tế bào T đặc biệt, nhất là tế bào T gây độc tế bào, có thể tìm thấy tế bào chứa virus và giải phóng chất tiêu diệt.
Các tế bào lây nghiễm phát ra protein, gọi là interferon để báo hiệu. Nhờ đó, các tế bào khỏe mạnh có thể tự vệ nhờ thay đổi cấu trúc phân tử trên bề mặt. Đồng thời, ngăn chặn chúng xâm nhập tế bào. Các kháng thể được tiết ra giúp chống lại virus trước khi nó xâm nhập. Cụ thể là vô hiệu hóa hoặc làm hỏng virus. Hoặc thay đổi các tính năng để nó không thể xâm nhập vào tế bào khỏe mạnh. Ngoài ra, người bệnh có thể chẩn đoán dựa trên một số triệu chứng. Chẳng hạn như sốt, đau mỏi cơ thể, đau họng, khó thở,…

7.4 Chẩn đoán nhiễm

Khi nhận thấy một số triệu chứng, đặc điểm của virus gây bệnh, bạn cần đến cơ sở y tế để tiến hành xét nghiệm. Từ đó, có thể chẩn đoán, phòng ngừa và điều trị bệnh kịp thời. Hiện nay là một số phương pháp giúp chẩn đoán nhiễm virus hiệu quả và chính xác:

• Sử dụng bệnh phẩm: Tiến hành xét nghiệm từ bệnh phẩm của người nhiễm bệnh. Chẳng hạn như: dịch họng mũi, não tủy, nước tiểu,… tùy theo cơ quan nhiễm hay thời gian gây bệnh.
• Phân lập virus: Lấy bệnh phẩm từ người bệnh. Sau đó, nuôi cấy virus trong môi trường thí nghiệm. Sau đó, xem xét các phản ứng đặc hiệu với từng loại để nhận định chính xác loại virus.
• Chẩn đoán bằng huyết thanh: Tìm kháng thể trong huyết thanh của người bệnh khi nhiễm virus.
• Phát hiện kháng nguyên.
• Kỹ thuật sinh học phân tử.

7.5 Phòng ngừa và hướng điều trị khi mắc

Thuốc kháng sinh được sử dụng để điều trị bệnh nhiễm trùng do vi khuẩn. Tuy nhiên, các bệnh do nhiễm virus không thể được điều trị bằng cách này. Do đó, mọi người cần tiêm vaccine để ngăn chặn xâm nhập. Một số vaccine đã thành công phòng tránh bệnh như đậu mùa. Căn bệnh đã tồn tại ít nhất 3.000 năm. Dưới đây là một số loại tiêm phòng phòng ngừa virus gây bệnh:

• Vaccine virus toàn phần
• Vaccine tiểu đơn vị
• Vaccine axit nucleic
• Vaccine virus trung gian

Để điều trị, có thể sử dụng thuốc kháng virus. Những năm gần đây, các nhà khoa học đã nghiên cứu thuốc kháng virus. Chủ yếu là để đối phó với bệnh AIDS. Chúng không thể tiêu diệt được virus. Tuy nhiên, có thể làm chậm, ức chế sự phát triển của chúng. Cụ thể là giảm số lượng đến mức độ thấp nhất có thể phát hiện. Khi đó, chúng không thể truyền nhiễm, lây lan sang cho người khác. Thuốc kháng virus còn được sử dụng để điều trị một số bệnh. Cụ thể là nhiễm HSV, viêm gan B, C, cúm, bệnh zona và thủy đậu.

Xem thêm:

• Ký sinh trùng là gì? Cơ chế sống gửi và nguy cơ tiềm ẩn

8. Tạm kết

Bài viết trên đã tổng hợp đầy đủ thông tin về virus. Đặc biệt là vai trò quan trọng của chúng trong các lĩnh vực như y học, công nghệ và sinh học. Virus không chỉ là nguyên nhân gây bệnh. Nó còn là đối tượng nghiên cứu quan trọng và cần thiết liên quan đến hiểu biết về sự sống và tiến hóa. Đồng thời, việc nắm vững thông tin về virus cũng giúp chúng ta phòng tránh và kiểm soát các nguy cơ liên quan đến sức khỏe và an ninh toàn cầu. BCC chuyên cập nhật nhanh chóng và chính xác nhất các thông tin liên quan đến nghiên cứu và ứng dụng Vi sinh vật trong mọi lĩnh vực.

Bích Vũ

Content Writer of BCC

Bình chọn

Layout

Tên *

Email *

Số điện thoại *

Lời nhắn

Gửi đi