Virus học

Virus học là một ngành khoa học nghiên cứu virus - thực thể kí sinh kích cỡ hạ hiển vi với vật chất di truyền được bọc trong một vỏ protein và các tác nhân giống như virus. Nó tập trung vào các khía cạnh sau của virus: cấu trúc, phân loại và tiến hóa của chúng, cách lây nhiễm và khai thác các tế bào chủ để sinh sản, sự tương tác của chúng với sinh lý vật chủ và miễn dịch, các bệnh gây ra, các kỹ thuật cô lập và nuôi chúng, sử dụng chúng trong nghiên cứu và điều trị. Virus học được coi là lĩnh vực nhỏ của vi sinh vật học và y học.

Cấu trúc và phân loại virus

Một ngành chính của virus học là phân loại virus. Virus có thể được phân loại theo các tế bào chủ mà chúng lây nhiễm: virus động vật, virus thực vật, virus nấm bệnh và bacteriophages (virus lây nhiễm vi khuẩn, trong đó bao gồm các virus phức tạp nhất). Một phân loại khác sử dụng hình dạng hình học của capsid của chúng (thường là một helix hoặc một icosahedron) hoặc cấu trúc của virut (ví dụ như sự có hoặc không có bìa lipid). Các virus có kích thước từ khoảng 30nm đến khoảng 450nm, có nghĩa là hầu hết chúng không thể nhìn thấy bằng kính hiển vi quang học. Hình dạng và cấu trúc của virut đã được nghiên cứu bằng kính hiển vi điện tử, quang phổ NMR, và tinh thể học tia X.

Hệ thống phân loại hữu ích nhất và được sử dụng rộng rãi nhất phân biệt virus theo loại axit nucleic mà chúng sử dụng làm vật chất di truyền và phương pháp nhân bản virus mà chúng sử dụng để gắn các tế bào chủ để tạo ra nhiều virus hơn:

• Virus DNA (được chia thành các virus DNA kép và virus DNA đơn sợi).
• Virus RNA.
• Virus phiên mã ngược.

Báo cáo mới nhất của Uỷ ban Quốc tế về Phân loại Virus (2018) có virus được chia thành 9 bộ, 124 họ, 736 chi và khoảng 4404 loài, 4772 loại.

Các nhà nghiên cứu virus học cũng nghiên cứu các vi hạt nhỏ hơn và đơn giản hơn các loại virus như: satellites ,viroid và thể đạm độc.

Đơn vị phân loại trong virus học không nhất thiết phải là đơn ngành, vì mối quan hệ tiến hóa của các nhóm virus khác nhau vẫn chưa rõ ràng. Có ba giả thuyết về nguồn gốc của chúng:

1. Virus xuất phát từ vật chất không sống, tách biệt song song với các tế bào, có lẽ dưới dạng các ribozyme RNA tự sao chép giống như viroids.
2. Virus phát sinh do sự giảm hệ gen từ trước đó và đã trở thành ký sinh trùng cho các tế bào chủ và sau đó bị mất hầu hết các chức năng của chúng; các ví dụ về các sinh vật ký sinh nhỏ bé như mycoplasma và nanoarchaea.
3. Virus phát sinh từ các yếu tố di truyền di động của tế bào (như transposons, retrotransposons hoặc plasmid) trong capsid protein, có được khả năng thoát ra khỏi tế bào chủ và lây nhiễm sang các tế bào khác.

Sự tiến hóa của virus, thường xảy ra khi hòa hợp với sự tiến hóa của vật chủ, được nghiên cứu trong lĩnh vực tiến hóa của virus.

Trong khi virus tái tạo và tiến triển, chúng không tham gia vào sự trao đổi chất, không di chuyển, và phụ thuộc vào một tế bào chủ để sinh sản. Câu hỏi thường được tranh luận về việc chúng có còn sống hay không là một vấn đề định nghĩa không ảnh hưởng đến thực tế sinh học của virus.

Bệnh do virus và phương pháp phòng ngừa

Một trong những nguyên nhân chính dẫn đến việc nghiên cứu virus là thực tế rằng chúng gây ra nhiều bệnh truyền nhiễm quan trọng, trong đó có bệnh cảm lạnh, cúm, bệnh dại, sởi, nhiều dạng tiêu chảy, viêm gan, sốt Dengue, sốt vàng da, bại liệt, bệnh đậu mùa và HIV/AIDS. Virus Herpes simplex được cho là một yếu tố có thể có trong bệnh Alzheimer.

Một số loại virus, được gọi là oncoviruses, là tác nhân gây nên một số loại ung thư. Ví dụ điển hình tốt nhất là mối liên quan giữa bệnh nhiễm virus papilloma ở người và ung thư cổ tử cung: hầu hết các trường hợp ung thư cổ tử cung là do một số chủng virus lây truyền qua đường tình dục. Một ví dụ khác là sự kết hợp của nhiễm trùng với viêm gan B và viêm gan C và ung thư gan.

Một số hạt nhỏ cũng gây ra bệnh tật: bệnh não xốp hoá bao gồm bệnh Kuru, Cbệnh Creutzfeldt-Jakob và bệnh bò điên do prion gây ra, viêm gan siêu vi loại D là do virus satellite.

Khi hệ miễn dịch của động vật có xương sống gặp một virus, nó có thể tạo ra các kháng thể đặc hiệu gắn kết với virus và làm trung hòa khả năng lây nhiễm của nó hoặc đánh dấu nó để tiêu hủy. Sự hiện diện kháng thể trong huyết thanh thường được sử dụng để xác định xem một người đã từng bị phơi nhiễm với một loại virus nào trong quá khứ hay không, với các xét nghiệm như ELISA. Tiêm chủng bảo vệ chống lại các bệnh do virus, một phần bằng cách tạo ra các kháng thể. Các kháng thể đơn dòng, đặc trưng cho virus, cũng được sử dụng để phát hiện, như trong kính hiển vi huỳnh quang.

Cách thứ hai của động vật có xương sống chống lại virus, miễn dịch qua trung gian tế bào, liên quan đến các tế bào bạch cầu được biết đến như tế bào T: các tế bào của cơ thể liên tục hiển thị những đoạn ngắn của các protein của chúng trên bề mặt của tế bào và nếu tế bào T nhận thấy một đoạn virus đáng nghi ở đó, tế bào bị phá hủy và các tế bào T đặc hiệu virus tăng lên. Cơ chế này được đẩy nhanh bởi một số chủng ngừa nhất định.

Can thiệp ARN là một cơ chế tế bào quan trọng được tìm thấy trong thực vật, động vật và nhiều sinh vật nhân thực khác, có thể tiến hóa như là một phòng chống virus. Một bộ máy phức tạp của các enzim tương tác phát hiện các phân tử RNA kép (xảy ra như là một phần của vòng đời của nhiều virus) và sau đó tiến hành tiêu diệt tất cả các phiên bản sợi đơn của những phân tử ARN phát hiện ra.

Mỗi bệnh do virus gây ra có một nghịch lý: giết chết chủ của nó rõ ràng là không có lợi cho virus, vì vậy làm thế nào và tại sao nó đã phát triển để làm như vậy? Ngày nay, người ta tin rằng hầu hết các virus đều tương đối ôn hòa trong cơ thể tự nhiên của chúng; một số virus nhiễm thậm chí có thể có lợi cho vật chủ. Các bệnh dịch chết người này có nguyên nhân từ việc virus vô tình nhảy từ loài mà virus không phát tác sang một loài mới không quen với nó. Ví dụ, virus gây cúm nghiêm trọng ở người có thể có ở lợn hoặc chim như là vật chủ tự nhiên của chúng và HIV được cho là xuất phát từ virus SIV lành tính.