mở đầu cho quá trình nhân lên của virút. 5 NP 56 1565 Là thành phần protein chủ yếu của phức hợp RNP, (nucleopr chứa một trong các kháng nguyên đặc hiệu týp, phân otein) biệt 3 týp cúm A, B, C. 6 NA 51(60) 1413 Phân tử có cấu trúc tetramer, thuỷ phân bằng (Neurami protease, cho phép virút tiến qua lớp niêm dịch tới nidase) các tế bào của đường hô hấp trong quá trình nhiễm trùng. NB 12 Loại bỏ phân tử axít sialic của phân tử HA từ các (=M2) virion mới được tổng hợp, làm lộ HA ra ngoài, tăng khả năng nhiễm trùng.
7 M1-M2 27 1027 M1: là kháng nguyên đặc hiệu týp, có chức năng ổn (matrix định cấu trúc virút, điều khiển hoạt tính RNA- protein) polymerase và tham gia vào quá trình lắp ráp virút (70%). 8 NS1-NS2 31-13 890 Là protein không cấu trúc, kết thúc quá trình tổng hợp protein của tế bào túc chủ, chỉ có trong tế bào nhiễm virút. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 7 Những nghiên cứu về hoạt động chức năng các protein của virut cúm A trong quá trình nhân lên và sao chép trong tế bào chủ cho thấy: Protein HA gồm 1.778 nucleotide mã hóa cho 562-566 axit amin, có khả năng gây ngưng kết hồng cầu, gắn với thụ thể chứa axit sialic trên bề mặt tế bào, giúp virút xâm nhập vào tế bào. Protein HA tồn tại dưới 2 dạng: dạng tiền thân không phân tách là HA0 hoặc dạng phân tách thành HA1 và HA2 liên kết với nhau bởi cầu nối disunfua (S-S).
Sự phân tách chính là điều kiện quyết định để virút có khả năng gây nhiễm và do vậy, liên quan đến độc tính và khả năng lây truyền của virút [116]. HA1 gồm 319-326 axit amin, HA2 gồm 221-222 axit amin. Tùy thuộc vào phân týp HA, số lượng các axit amin bị phân tách giữa HA1 và HA2 là từ 1 đến 6. Ngoài ra, vị trí axit amin trên gen HA có vai trò gắn với thụ thể tế bào chủ cũng đóng vai trò quan trọng trong việc lây truyền virút cúm.
Virút cúm gia cầm gắn vào thụ thể trên tế bào chủ tại vị trí 2.3 (SAα- 2,3 Gal), virút cúm người gắn vào thụ thể trên tế bào chủ tại vị trí 2. Vị trí axit amin trên gen HA gắn thụ thể nằm ở vùng ngoại biên các tiểu đơn vị phân tử, cấu trúc có tính đồng dạng cao giữa các phân týp [114, 134]. Protein NA gồm 1413 nucleotide mã hóa cho 453 axit amin. NA có bản chất là một enzyme đóng vai trò như một mắt xích quan trọng trong việc giải phóng virút từ tế bào nhiễm và lan trải virút trong đường hô hấp.
Đột biến axit amin tại một số vị trí nhất định (275, 295 ở NA N1 hay 292 ở NA N2 …) được cho là những độ biến liên quan đến sự kháng hoặc giảm độ nhạy của thuốc kháng virút (Oseltamivir và Zanamivir) Sự đột biến này được cho là kết quả của quá trình cạnh tranh sinh học [20, 53, 54, 59, 61]. Để xác định ảnh hưởng của những đột biến này, các thử nghiệm sinh học trong phòng thí nghiệm (in-vitro) như thử nghiệm ức chế neuraminidase (Neuraminidase Inhibition assay - NAI) hoặc thử nghiệm trên động vật (in-vivo) được áp dụng. Nếu sự kháng thuốc này vẫn được xác định sau khi virút nhân lên trên các động vật thí nghiệm chứng tỏ những đột biến này có trong vật liệu di truyền của virút. Ngược lại, nếu không xác định được đột biến này trong LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 8 quá trình nhân lên trên động vật thí nghiệm chứng tỏ đây là đột biến tự nhiên [53, 94].
Cơ chế nhân lên của virút Hấp phụ Nảy chồi Đóng gói Sau dịch mã Dịch mã Nhập bào Nhân Dung hợp, cởi vỏ Hình 1. Chu trình nhân lên của virút cúm * Nguồn: Knipe, David M. Fields Virology, 5th Edition -2007 [64] Đầu tiên, virút sẽ gắn vào các thụ thể đặc hiệu trên màng sinh chất nhờ gai glycoprotein HA. Các thụ thể đặc hiệu có bản chất là các axit sialic (N- acetyl neuraminic acid – NANA).
Virút xâm nhập vào bên trong tế bào theo cơ chế nhập bào. Màng tế bào bao lấy virút, tạo bọng (endosome) nằm bên trong tế bào chất. Bơm proton trong endosome làm pH giảm xuống 5, tạo điều kiện cho protein F (fusion) chồi lên tiến hành dung hợp với màng endosome để giải phóng nucleocapsid vào tế bào chất. Sự hợp nhất này chỉ xảy ra khi phân tử HA tiền thân (HAo) phân tách thành HA1 và HA2 nhờ protease phổ biến là furin.
Phân tử HA2 có đầu – N đóng vai trò hoà tan trung gian giữa vỏ virút và màng nội bào (hình 1. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 9 Protein M2 hay còn gọi là kênh ion (ion- channels) cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình thay đổi pH và dung hợp này. Màng endosome Bơm proton (H+) vào endosome Hình 1. Sự dung hợp giữa màng virút và màng endosome * Nguồn: Paul Digard, Dept Pathology, University of Cambridge [91] Sau khi hợp nhất màng, nucleocapsid được vận chuyển vào trong nhân tế bào.
Trong nhân sợi ARN (-) ban đầu được làm khuôn để tổng hợp nên sợi ARN (+) theo cơ chế bổ sung [ cRNA (+)] nhờ enzyme RNA - polymerase phụ thuộc ARN của virút. Chính các cRNA (+) này lại được dùng làm khuôn để tổng hợp các sợi ARN (-) mới là nguyên vật liệu di truyền của virút. Các sợi ARN (-) được tạo thành này là một sợi hoàn chỉnh về độ dài ( có độ dài đủ - full length ARN), không được mũ hoá ở đầu 5’ và không được adenyl hoá ở đầu 3’. Sau đó, quá trình dịch mã thành các protein với các chức năng khác nhau xảy ra ở tế bào chất.
Các protein này bao gồm 7 protein cấu trúc PB1, PB2, PA, HA, NA, NP và M1 và 3 protein không cấu trúc NS1, NS2 và M2 đối với virút cúm A và NB đối với virút cúm B. Các protein NS1, M1 và NP được vận chuyển vào nhân kết hợp với sợi ARN (-) mới tổng hợp để hình thành nên nucleocapsid, sau đó được vận chuyển ra tế bào chất. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 10 Tại đây, các protein HA, NA, M2 được chuyển qua lưới nội chất tới bộ máy Golgi, tương tác với nhau, bao bọc nucleocapsid, khởi đầu cho việc nảy chồi của virút. Hạt virion mới được tạo thành bằng cách nảy chồi từ màng sinh chất.
Phân tử NA phân cắt axit sialic giải phóng virút ra khỏi tế bào chủ để bắt đầu một chu trình lây nhiễm mới. Như vậy, quá trình sao chép của virút cúm xảy ra trong nhân tế bào. Tính đa dạng về vật liệu di truyền và sự tiến hóa của virút cúm A Virút cúm A (không xảy ra đối với virút cúm B hoặc C) có đối tượng gây nhiễm phong phú: gia cầm (gà, vịt, ngan.), thủy cầm, chim di cư, động vật có vú và người nên vật liệu di truyền ARN của virút luôn chịu tác động của vật chủ trong quá trình thâm nhiễm, phiên mã, nhân lên, tích hợp, nảy chồi và giải phóng thế hệ mới ra khỏi tế bào chủ. Kết quả của quá trình này là các biến đổi trong vật liệu di truyền (đột biến - mutation), hoặc có sự pha trộn các phân đoạn gen của virut cúm A khác nhau khi cùng đồng nhiễm trên một tế bào (trao đổi và tích hợp - reassortment).
Hệ quả của nó là sự thay đổi kháng nguyên: thay đổi nhỏ kháng nguyên (antigenic drift) hoặc thay đổi lớn kháng nguyên (antigenic shift) (hình 1. Đó chính là nguyên nhân gây ra các vụ dịch lẻ tẻ hoặc đại dịch cúm. Những thay đổi trong vật liệu di truyền của virút cúm A là động lực cho sự tiến hóa của nó. Vật liệu di truyền của virút cúm A với các phân đoạn rời kết hợp với đặc tính không ổn định, kém bền vững đã làm cho virút cúm trở thành tác nhân sinh học nguy hiểm với sức khỏe cộng đồng.
Đại dịch cúm xảy ra khi xuất hiện một virút cúm A phân týp hoàn toàn mới, thoát khỏi sự bảo vệ của hệ thống miễn dịch đã có trong quần thể người. Virút cúm A phân týp mới xuất hiện khi: + Có sự trao đổi, tích hợp vật liệu di truyền của các virút cúm A đã biết (reassortment). + Có sự lây truyền chéo virút giữa các loài (interspecies transmission) [39, 40, 106]. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 11 Virút gây nhiễm TB C a.
Sự thay đổi nhỏ KN b. Sự thay đổi lớn KN (Antigenic drift) (Antigenic shift) Hình 1. Sự thay đổi nhỏ và lớn kháng nguyên của virút cúm Những giả thuyết trên đã được chứng minh khi nghiên cứu về các virút cúm A gây đại dịch trong thế kỷ XX: Bảng 1. Nguồn gốc virút cúm gây ra các vụ đại dịch cúm thế kỷ XX [62] Virút cúm Nguồn gốc H1N1 Có nguồn gốc từ virút cúm gia cầm, do đột biến tại các điểm quan (1918) trọng liên quan đến khả năng thích nghi trên vật chủ là người (gen HA) H2N2 Do trao đổi tích hợp (reassortment) giữa virút cúm người và virút cúm (1957) gia cầm: virút cúm mới có gen HA và NA của gia cầm.
H3N2 Do trao đổi tích hợp (reassortment) giữa virút cúm người và virút cúm (1968) gia cầm: virút cúm mới có gen HA và gen PB1 của gia cầm H1N1 Virút cúm mới tái tạo lại từ virút cúm A/H1N1 đã lưu hành vào đầu (1977) năm có thể là do sơ xuất trong phòng thí nghiệm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Sự tiến hóa của virút cúm B Virút cúm B chỉ lưu hành ở người và hải cẩu. Khác với virút cúm A, sự tiến hóa của virút cúm B xảy ra với tần suất thấp [69, 76]. Đến nay, virút cúm B lưu hành trên thế giới được chia thành 2 dòng: dòng B/Victoria/2/87-like virus và dòng B/Yamagata/16/88-like virus, trong đó dòng B/Victoria/2/87-like virus lưu hành chủ yếu ở Đông Nam Á còn dòng B/Yamagata/16/88-like virus lưu hành trên khắp thế giới trong thế kỷ XX [103, 107].
Sự trao đổi và tích hợp vật liệu truyền của virút cúm B chỉ xảy ra khi hai dòng virút cúm B cùng lưu hành đồng thời. Năm 2001, tại một số nước Châu Âu cũng đã ghi nhận sự lưu hành đồng thời của 2 dòng virút cúm B này [149]. TÌNH HÌNH DỊCH CÚM TRÊN THẾ GIỚI Đại dịch là dịch xảy ra trên một phạm vi rộng với ít nhất tại hai Châu lục khác nhau và diễn biến nhanh trong một thời gian ngắn. Đại dịch cúm là một trong những đại dịch để lại dấu ấn nhiều nhất, với tỷ lệ tấn công từ 20-40% dân số trên thế giới và tỷ lệ tử vong rất đáng kể.
Các đại dịch cúm xảy ra với chu kỳ từ 10-40 năm/ 1 lần.