Bài học

Cấu tạo và phân loại virus

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em mô tả được cấu tạo tối thiểu của virus — lõi acid nucleic bọc trong vỏ capsid, một số có thêm vỏ ngoài — và phân loại được virus theo bốn tiêu chí: loại hệ gene, đối xứng capsid, có hay không có vỏ ngoài, và phạm vi vật chủ. Em cũng giải thích được vì sao virus là kí sinh nội bào bắt buộc.

Kiến thức nền cần nhớ

Ở lớp 6, em đã học tế bào là đơn vị cấu trúc và chức năng cơ bản của cơ thể sống: mọi tế bào đều có màng sinh chất, tế bào chất, vật chất di truyền, tự thực hiện trao đổi chất và tự sinh sản được (prior-grade review). Bài này giới thiệu một dạng vật chất hoàn toàn khác nguyên tắc đó — virus.

Khởi động

Một hạt virus cúm để riêng trong ống nghiệm, dù có đủ đường, muối khoáng và nhiệt độ lý tưởng, vẫn không lớn lên, không phân chia, không làm được bất cứ điều gì suốt hàng tháng. Nhưng chỉ cần lọt được vào bên trong một tế bào người, trong vài giờ nó nhân lên thành hàng nghìn hạt mới. Vì sao cùng một hạt virus, ở ngoài tế bào thì im lìm, ở trong tế bào lại hoạt động dữ dội đến vậy?

Kiến thức trọng tâm

Virus không có cấu tạo tế bào. Thành phần tối thiểu của mọi virus chỉ gồm hai phần: lõi là một phân tử acid nucleic — DNA hoặc RNA, mạch đơn hoặc mạch kép — mang toàn bộ thông tin di truyền cần thiết để tạo ra các hạt virus mới; và vỏ protein gọi là capsid, được ghép từ nhiều đơn vị protein nhỏ (capsomer), bao bọc và bảo vệ lõi acid nucleic. Một số virus, phần lớn là virus kí sinh ở người và động vật, có thêm lớp vỏ ngoài (envelope) — một lớp màng lipid kép lấy từ chính màng tế bào chủ khi virus nảy chồi ra ngoài, trên đó cắm các gai glycoprotein đặc trưng của virus. Chính các gai này nhận diện và gắn vào đúng thụ thể trên tế bào đích tiếp theo.

Vì không có ribosome, không có enzyme trao đổi chất riêng, virus hoàn toàn không tự tổng hợp được protein hay tạo năng lượng — nó bắt buộc phải chiếm dụng toàn bộ bộ máy của một tế bào chủ sống mới nhân lên được. Đây chính là lý do virus được gọi là kí sinh nội bào bắt buộc (obligate intracellular parasite): ở ngoài tế bào, virus trơ về mặt sinh học như một hạt hoá chất; chỉ khi lọt vào bên trong một tế bào sống, nó mới "khởi động" và bắt đầu chiếm quyền điều khiển.

Dựa trên cấu tạo, virus được phân loại theo bốn tiêu chí. Thứ nhất, loại hệ gene: DNA hay RNA, mạch đơn hay mạch kép. Thứ hai, đối xứng capsid: đối xứng xoắn khi các capsomer xếp theo hình xoắn ốc quanh lõi acid nucleic (ví dụ virus cúm), đối xứng khối khi capsomer tạo thành một khối đa diện (ví dụ adenovirus), hoặc dạng hỗn hợp kết hợp cả hai kiểu trong cùng một hạt virus (ví dụ thực khuẩn thể, với đầu đối xứng khối và đuôi đối xứng xoắn). Thứ ba, có hay không có vỏ ngoài. Thứ tư, phạm vi vật chủ: virus kí sinh ở người và động vật, virus kí sinh ở thực vật, hoặc virus kí sinh ở vi khuẩn — gọi riêng là thực khuẩn thể (bacteriophage).

Bốn tiêu chí này độc lập với nhau — một virus có thể mang bất kỳ tổ hợp nào trong bốn tiêu chí.

Ví dụ

So sánh cấu tạo thực khuẩn thể, virus cúm và HIV

1
Ba loại virus sau có cấu tạo khác nhau: thực khuẩn thể T4 (kí sinh ở vi khuẩn E. coli), virus cúm mùa và HIV (đều kí sinh ở người). Hãy so sánh cấu tạo của ba loại virus này theo hệ gene, đối xứng capsid và vỏ ngoài.

Ta lập bảng so sánh theo bốn tiêu chí đã học:

Tiêu chí	Thực khuẩn thể T4	Virus cúm	HIV
Hệ gene	DNA mạch kép	RNA mạch đơn	RNA mạch đơn
Đối xứng capsid	Hỗn hợp — đầu khối, đuôi xoắn	Đối xứng xoắn	Đối xứng khối
Vỏ ngoài	Không có	Có	Có
Vật chủ	Vi khuẩn E. coli	Tế bào biểu mô đường hô hấp người	Tế bào lympho T ở người

Ta lập bảng so sánh theo bốn tiêu chí đã học: | Tiêu chí | Thực khuẩn thể T4 | Virus cúm | HIV | |---|---|---|---| | Hệ gene | DNA mạch kép | RNA mạch đơn | RNA mạch đơn | | Đối xứng capsid | Hỗn hợp — đầu khối, đuôi xoắn | Đối xứng xoắn | Đối xứng khối | | Vỏ ngoài | Không có | Có | Có | | Vật chủ | Vi khuẩn E. coli | Tế bào biểu mô đường hô hấp người | Tế bào lympho T ở người |

3
Ta có: cả ba loại virus đều thiếu cấu tạo tế bào, chỉ gồm lõi acid nucleic bọc trong vỏ capsid — đây là đặc điểm chung của mọi virus, bất kể khác nhau ở hệ gene hay đối xứng capsid.
4
Do đó, sự khác biệt giữa ba loại nằm ở cấu trúc chi tiết (hệ gene, đối xứng capsid, vỏ ngoài) và ở loại tế bào vật chủ mà mỗi virus xâm nhập được — quyết định bởi việc gai bề mặt hoặc đuôi của virus có nhận diện đúng thụ thể trên vật chủ đó hay không.
5
Vậy thực khuẩn thể T4, virus cúm và HIV giống nhau ở cấu tạo cơ bản gồm acid nucleic và capsid, nhưng khác nhau ở hệ gene, đối xứng capsid, vỏ ngoài và vật chủ — bốn điểm khác biệt này chính là cơ sở phân loại virus.

Ví dụ

Vì sao thực khuẩn thể không xâm nhập được tế bào người (dạng đề kiểm tra)

1
Thực khuẩn thể T4 có cấu tạo cơ bản giống mọi virus khác — gồm acid nucleic bọc trong capsid — nhưng không bao giờ gây bệnh cho người, dù con người tiếp xúc với chúng thường xuyên qua nước, đất, thực phẩm. Giải thích vì sao.
2
Ta có: một virus chỉ xâm nhập được tế bào khi protein bề mặt của nó (gai glycoprotein ở virus có vỏ ngoài, hoặc protein đuôi ở thực khuẩn thể) nhận diện và gắn đặc hiệu được vào đúng loại thụ thể trên màng tế bào đích.
3
Nếu thực khuẩn thể xâm nhập được bất kỳ loại tế bào nào nó tiếp xúc, hẳn nó cũng phải gây bệnh cho người vì con người tiếp xúc với thực khuẩn thể rất thường xuyên. Thực tế thực khuẩn thể chỉ tấn công vi khuẩn, chứng tỏ phải có một rào cản đặc hiệu ngăn nó xâm nhập tế bào người.
4
Suy ra: rào cản đó chính là thụ thể. Bề mặt tế bào người không mang loại thụ thể phù hợp với protein đuôi của thực khuẩn thể T4 — thụ thể này chỉ có trên màng tế bào vi khuẩn E. coli.
5
Vậy thực khuẩn thể T4 không xâm nhập được tế bào người vì tế bào người thiếu đúng loại thụ thể mà protein đuôi của nó nhận diện — tính đặc hiệu vật chủ của virus luôn được quyết định bởi sự phù hợp giữa protein bề mặt virus và thụ thể của tế bào đích, không phải do virus "lựa chọn".

Sai lầm thường gặp

Nhiều em nhầm virus là một dạng vi khuẩn rất nhỏ. Thực ra hai loại này khác nhau về bản chất: vi khuẩn là tế bào nhân sơ, có đầy đủ màng sinh chất, tế bào chất, ribosome, tự trao đổi chất và tự nhân đôi độc lập được; virus không có cấu tạo tế bào, không tự trao đổi chất, không tự nhân lên được nếu đứng riêng lẻ ngoài tế bào chủ. Sự khác biệt này còn ảnh hưởng trực tiếp tới cách phòng và điều trị bệnh — em sẽ thấy rõ ở bài Bệnh do virus và con đường lây truyền.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Virus không có cấu tạo tế bào, tối thiểu gồm lõi acid nucleic và vỏ capsid, một số có thêm vỏ ngoài với gai glycoprotein. Bốn tiêu chí phân loại: hệ gene, đối xứng capsid, vỏ ngoài, phạm vi vật chủ. Vì không có bộ máy trao đổi chất riêng, virus là kí sinh nội bào bắt buộc — chỉ hoạt động khi ở trong một tế bào chủ sống.

Bài tiếp theo trả lời câu hỏi mở đầu: bên trong tế bào chủ, một hạt virus tưởng như bất động biến thành hàng nghìn hạt mới bằng cách nào.