Virus gây bệnh cho con người và cuộc chiến của hệ miễn dịch

Khi ở bên ngoài tế bào vật chủ, một con virus hoàn chỉnh tồn tại dưới dạng virion, bao gồm 2 thành phần: Bộ gen axit nucleic, được bọc bởi lớp vỏ protein. Đây là cấu trúc chung của các loại virus.

Đây là phần lõi của virus, phần lõi này chỉ chứa một trong hai axit nucleic (hoặc ADN hoặc ARN). ADN/ARN của virus ở dạng: 2 sợi (chuỗi kép), hoặc 1 sợi (chuỗi đơn).

Phần lõi của virus chỉ chiếm khoảng 2% trọng lượng phân tử của virus nhưng nó đóng vai trò quan trọng nhất, quyết định toàn bộ quá trình xâm nhập, kiểm soát và gây bệnh của virus, vì nó chứa toàn bộ vật liệu và mã thông tin di truyền; đảm nhận vai trò tổng hợp enzyme cần thiết cho quá trình nhân lên của virus ở một cơ thể sống.

Đây là phần vỏ chứa các kháng nguyên quan trọng có chức năng bao bọc và bảo vệ phần lõi của virus. Lớp vỏ này được tạo thành từ những tiểu đơn vị protein giống hệt nhau gọi là capsome. Capsome là đơn vị hình thái học của virus, là cơ sở để phân biệt các loại virus khác nhau thông qua quan sát bằng kính hiển vi điện tử.

Lấy ví dụ: Các loại virus HIV, cúm, bại liệt có hình cầu; Virus Adeno và Herpesviruses có hình khối đa diện; Virus dại có hình viên đạn; Virus khảm thuốc lá có hình xoắn ốc...

Những protein ở lớp vỏ capsid (vỏ protein) mà kết hợp với axit nucleic của phần lõi virus được các nhà khoa học gọi là Nucleocapsid. Tùy các loại virus mà có thêm cấu trúc riêng sau:

Đây là phần bao ngoài Nucleocapsid của virus, xuất hiện ở một số virus động vật. Phần màng này được tạo nên từ một lớp lipid kép, bao gồm các lipid tế bào chủ.

Phần màng bọc này cũng chứa các protein được mã hóa bằng virus, thường là glycoprotein `còn gọi là protein xuyên màng, giống như các giác bám` đóng một vai trò rất quan trọng trong quá trình tương tác tế bào-tế bào; giúp liên kết với các thụ thể trên tế bào chủ; tạo phản ứng tổng hợp màng; và xâm nhập tế bào chủ của virus.

Một số loại virus có màng bọc sở hữu thêm các protein ma trận (matrix proteins); các protein phi cấu trúc (non-structural proteins), cho phép các loại virus thoát ra ngoài mà không phải giết tế bào chủ. Trong khi đó, những virus không có màng bọc ngoài `gọi là virus trần` buộc phải tiêu diệt tế bào chủ để thoát ra ngoài.

Lớp màng bọc này cũng đóng vai trò như một tấm áo giáp, giúp virus vô hiệu hóa khả năng phát hiện "kẻ xâm nhập" bởi hệ thống miễn dịch của vật chủ.

Khi virus xâm nhập vào vật chủ tiềm năng, các protein ở màng bọc ngoài của virus sẽ tương tác với các protein ở màng ngoài tế bào vật chủ rồi định vị xem tế bào vật chủ này có phù hợp để xâm nhập không `Quá trình này còn gọi là xác định biên độ vật chủ của virus`.

Nếu đúng loại tế bào - ví dụ, hầu hết các virus cúm chỉ có thể lây nhiễm ở một số tế bào nhất định trong mũi, cổ họng và phổi người - thì virus sẽ tiến hành quá trình xâm nhập và tiêm tế bào vật chủ bằng vật liệu di truyền của riêng chúng.

Nhờ lớp màng bọc này của virus, tế bào chủ không nhận ra các gen mới là ngoại lai, vì vậy nó vẫn chạy các lệnh thông tin được viết bằng mã di truyền của virus như bình thường.

Một số loại virus chứa các protein đặc biệt mang hoạt tính enzym. Virus hoặc là dựa vào các enzym đã có sẵn trong tế bào chủ hoặc tạo ra các enzym bằng cách sử dụng bộ gen của chính nó bên trong tế bào chủ, nhằm mục đích phục vụ cho giai đoạn khác nhau trong quá trình nhân lên của chúng trong vật chủ.

Vì phần lõi của virus chỉ chứa một trong hai axit nucleic (hoặc ADN hoặc ARN) nên các enzym được tìm thấy trong một số virus là loại phiên mã ngược (enzym phiên mã ngược) có khả năng biến đổi phân tử ARN sang phân tử ADN. Các enzym này có đặc điểm là kháng nguyên đặc hiệu, giúp virus nhân lên nhanh chóng trong vật chủ.

Các loại virus chứa ARN (gọi là Ribovirus) thường sử dụng loại enzym phiên mã ngược này cho quá trình sinh sôi của chúng và gây ra các bệnh ở người như sốt xuất huyết, Ebola, SARS, bệnh dại, cảm lạnh, cúm, viêm gan C, bại liệt, sởi...

Cơ thể con người có gần 40 nghìn tỷ tế bào với đủ hình dạng, thể loại và kích cỡ khác nhau. Những cấu trúc nhỏ bé này là đơn vị cơ bản của mọi sinh vật sống. Các tế bào tạo thành mô, mô tạo nên các cơ quan, các cơ quan cấu thành các hệ cơ quan, các hệ quan phối hợp với nhau để tạo ra một sinh vật và giữ cho sinh vật đó sinh sống, phát triển.

Tuy nhiên, quá trình sinh sống gặp vấn đề khi mầm bệnh len lỏi được vào cơ thể chúng ta.

Có vô số cách để mầm bệnh (từ vi khuẩn, virus, ký sinh trùng, nấm...) xâm nhập vào cơ thể con người. Khi trầy da; khi bạn dụi mắt sau khi chạm tay vào nắm cửa bẩn; hoặc khi bạn ăn/uống đồ ăn chưa được làm sạch và nấu chín... Và cứ thế, bạn có một "vị khách không mời mà đến" trong cơ thể. Khi đó, chuyện gì sẽ xảy ra?

Tạo hóa ban cho con người hệ miễn dịch tuyệt vời với nhiều tuyến phòng thủ có thể tiêu diệt kẻ xâm nhập. Cùng xem hệ thống phòng thủ của cơ thể chúng ta chiến đấu với kẻ lạ mặt như thế nào (xét riêng ở con người):

Hệ miễn dịch ở người (Immune System) được tạo thành từ hệ thống các tế bào đặc biệt, protein, mô và cơ quan. Hệ thống này phân bố khắp cơ thể (Amidan; Hạch bạch huyết (hạch lympho); Tuyến ức; Lá lách...).

Hệ miễn dịch tự nhiên (miễn dịch bẩm sinh) là tuyến phòng thủ đầu tiên chống lại mầm bệnh, phân bố ở da, màng nhầy (niêm mạc mũi/họng/bộ phận sinh dục). Khi cơ thể phát hiện mầm bệnh, tuyến phòng thủ này sẽ tấn công những mầm bệnh từ bên ngoài.

Đặc điểm của tuyến phòng thủ này là không đặc hiệu, nghĩa là nó phản ứng với tất cả các mầm bệnh giống nhau. Nếu mầm bệnh thoát được "cửa ải" này và tiếp tục tấn công cơ thể chúng ta, khi đó, hệ thống phòng thủ thứ hai - hệ miễn dịch thu được - lên tiếng.

Theo thời gian tiến hóa, hệ miễn dịch thu được đáp ứng miễn dịch mạnh hơn và được trang bị thêm "trí nhớ miễn dịch". Nhờ đó, mỗi mầm bệnh khi xâm nhập vào cơ thể sẽ được ghi lại bằng tế bào nhớ. Nếu mầm bệnh này lây nhiễm lần thứ 2 vào cơ thể, các tế bào nhớ sẽ lên đường thực hiện quá trình tiêu diệt mầm bệnh nhanh chóng (trường hợp bệnh thủy đậu là một ví dụ).

Mục đích của virus là xâm chiếm tế bào chủ, nhờ đó sinh sôi, phát triển trong vật chủ. Vì tiêm những gen khác biệt với tế bào chủ nên phần lớn virus gây bệnh hoặc hủy hoại vật chủ.

(adv)

Nói một cách dễ hiểu, bản thân chúng dù được tạo ra từ protein và gen như các sinh vật sống nhưng chúng cần phải xâm nhập vào các tế bào chủ của một cơ thể sống qua giác bám thì mới có thể sinh sôi. Thực chất, sự sinh sôi (nhân lên) số lượng của virus là quá trình chúng truyền thông tin di truyền cho tế bào chủ rồi bắt tế bào chủ hoạt động theo thông tin của mình.

Mỗi loại virus chỉ có thể bám lên bề mặt của một số tế bào nhất định gọi là các tế bào cảm thụ với chúng. Trên các tế bào cảm thụ có các cơ quan tiếp nhận đặc hiệu với virus, gọi là các thụ thể. Nhiều nhà khoa học đã ví hình ảnh virus dùng các giác bám, bám lên bề mặt vi khuẩn giống như cuộc đổ bộ của phi thuyền vũ trụ lên Mặt Trăng. Dù rất nhỏ nhưng lại gây hậu quả khổng lồ.

Khi vào trong tế bào, vỏ capsid của virus được một enzym thích hợp phân huỷ để giải phóng acid nucleic. Một số virus có bao ngoài có thể xâm nhập theo cách hoà màng với màng bào tương của tế bào chủ và acid nucleic được giải phóng vào bào tương tế bào.

Sau khi lột vỏ capsid, virus đi vào giai đoạn tiềm tan (tiềm sinh virus) và không phát hiện thấy hạt virus trong tế bào nữa.

Sau đó, khi được "kích hoạt", bộ gen của virus sẽ tách ra khỏi ADN vật chủ và chuyển sang pha tan. Giai đoạn này các virus truyền đạt thông tin di truyền cho tế bào chủ, bắt tế bào chủ chuyển hướng hoạt động của bộ máy chuyển hoá của tế bào (ribosome, ARNt, năng lượng, các chất, enzym), để tổng hợp ra các thành phần của virus. Bộ gen của virus nhân lên tạo thành acid nucleic của virus mới.

Các protein vỏ của virus sẽ tự lắp ráp với acid nucleic để tạo thành virus mới. Quá trình lắp ráp có thể thực hiện ở nhân tế bào chủ (ở virus Herpes) hoặc bào tương (ở virus cúm). Việc lắp ráp thành công sẽ tạo ra các virus hoàn chỉnh, có khả năng gây nhiễm, còn gọi là các virion.

Các virus sau khi được lắp ráp sẽ tiến tới sát màng tế bào để thoát ra ngoài bằng cách nảy chồi hoặc theo kiểu ồ ạt phá vỡ làm huỷ hoại tế bào (gọi là tiêu bào). Những virus có vỏ bọc (ví dụ virus HIV) có đặc trưng là thoát khỏi tế bào chủ nhờ quá trình nảy chồi.

Theo các nhà khoa học, phần lớn sự xâm nhiễm của virus cuối cùng gây ra cái chết cho tế bào vật chủ sau quá trình nhân lên của chúng: Từ tiêu bào - làm biến đổi màng ngoài tế bào - và chết rụng tế bào (thường xảy ra với sinh vật đa bào).

Ở một số loại virus khác, sau quá trình xâm nhiễm lại không gây ra kết cục chết đi của tế bào chủ, lý do là vì ở giai đoạn thứ hai của quá trình nhân lên virus `sau khi lột vỏ capsid, virus đi vào giai đoạn tiềm tan`. Ở giai đoạn này, nếu tế bào virus tiềm tan và bất hoạt, nghĩa là virus "ngủ đông", thì dù vật chủ có nhiễm virus thì cũng không xuất hiện dấu hiệu bị nhiễm và vẫn hoạt động bình thường trong nhiều tháng hoặc nhiều năm.

Khi virus lây nhiễm cho một người (vật chủ), nó xâm nhập vào các tế bào của vật chủ để tồn tại và nhân lên. Khi đã vào trong, các tế bào của hệ thống miễn dịch không thể nhìn thấy virus và do đó không biết rằng tế bào chủ bị nhiễm bệnh.

Để khắc phục điều này, các tế bào bạch cầu sử dụng một hệ thống cho phép chúng phát hiện các "thành phần lạ" khác bên trong tế bào chủ. Sau khi xác nhận có kẻ lạ mặt xâm nhập, tế bào bạch cầu thuộc hệ miễn dịch sẽ tham chiến. Tuyến phòng thủ đầu tiên bao gồm các đại thực bào thực hiện nhiệm vụ nuốt chửng hoặc tiêu diệt càng nhiều virus càng tốt.

Nếu phần thắng của trận chiến nghiêng về virus, tuyến phòng thủ thứ hai do các tế bào lympho T và B sẽ tiếp ứng. `Tế bào lympho (một loại tế bào bạch cầu) sinh ra trong tủy xương. Loại tế bào lympho phát triển trong tủy gọi là tế bào lympho B; loại tế nào lympho di chuyển và phát triển ở tuyến ức có tên là tế bào lympho T`.

Hai tế bào này có 2 vai trò khác nhau: Tế bào B chuyên tiết ra các kháng thể - là các protein đặc biệt bám vào virus - đóng vai trò đánh dấu kẻ xâm nhập lạ mặt này trong cơ thể và kéo các kháng thể khác trong mạch máu đến vị trí đã được đánh dấu để tiêu diệt sinh vật gây nhiễm trùng.

Đầu tiên là vô hiệu hóa virus, không cho virus lây nhiễm tế bào chủ; 

Thứ hai là nhiều kháng thể phối hợp với nhau khiến bè lũ virus dính vào nhau trong một quá trình gọi là ngưng kết, giúp cho các kháng thể dễ dàng tiêu diệt cụm virus này hơn; 

Cơ chế thứ ba được các kháng thể sử dụng đó là kích hoạt các tế bào thực bào, tiêu diệt luôn virus; 

Cuối cùng, các kháng thể tiếp tục kích hoạt hệ thống bổ sung, giúp thúc đẩy quá trình thực bào virus. Hệ thống này cũng có thể chọc thủng màng bọc virus.

Tế bào B đồng thời cũng đưa ra cảnh báo cấp cao cho tế bào T. Tế bào T (còn gọi là tế bào sát thủ-T) chuyên giết tế bào ung thư, hoặc các tế bào bị nhiễm trùng, đặc biệt là virus; đồng thời đưa ra cảnh báo tiếp theo cho các tế bào bạch cầu khác.

Cụ thể, tế bào T sở hữu các protein đặc biệt có tên là thụ thể tế bào T (TCR) cho phép chúng nhận ra các tế bào bị nhiễm virus. Khi nhận tín hiệu từ TCR, tế bào T giải phóng độc tố gây độc tế bào nhằm tiêu diệt tế bào bị nhiễm virus, qua đó ngăn chặn sự sống sót của virus xâm nhập.

Nhờ có các tế bào nhớ, cặp tế bào lympho T và B không bao giờ quên một loại virus mà chúng đã gặp phải, vì vậy, khi virus đó xâm nhập vào cơ thể lần hai, các kháng thể sẽ tự động tiêu diệt virus.

Tuy nhiên, các tế bào T và B khó có thể thực hiện chức năng ghi nhớ với virus cảm lạnh hay cúm. "Cảm lạnh thông thường" có thể do một số loại virus gây ra, bao gồm cả Adenovirus hoặc Rhinovirus: Nếu bạn đã bị cảm nhiều lần, điều đó có nghĩa là bạn đã bị tấn công bởi một loại virus khác nhau mỗi lần.

Virus cúm có nhiều chủng khác nhau, bao gồm một số chủng biến đổi nhanh chóng ngoài sự nhận biết của các tế bào T và B của bạn. Các nhà dịch tễ học theo dõi sự lưu thông và tiến hóa của các chủng khác nhau trên toàn thế giới và xác định những loại có khả năng gây ra mối đe dọa nhất trong mùa cúm tiếp theo. Đó là lý do tại sao các mũi tiêm phòng cúm thay đổi hàng năm.

Câu trả lời đến từ cách tiến hóa của virus. Virus không ngừng tăng khả năng thích nghi cao, qua đó tránh được sự phát giác của tế bào bạch cầu.

Như đã nói, khi virus xâm nhập cơ thể, các tế bào bạch cầu sử dụng một hệ thống cho phép chúng phát hiện các "thành phần lạ" bên trong tế bào chủ. Hệ thống này có tên kháng nguyên bạch cầu (MHC) - Đây là một nhóm gene mã hoá cho các protein trình diện kháng nguyên trên bề mặt tế bào.

Đây chính là lúc virus thể hiện sự tinh ranh của chúng. Ở một số loại virus sở hữu khả năng đặc biệt đó là ngăn các phân tử MHC xâm nhập vào bề mặt tế bào để phát hiện peptide (chuỗi acid amin ở dạng ngắn) của virus. Nếu quá trình này thành công, các tế bào bạch cầu sẽ không thể nhận biết có virus bên trong tế bào chủ.

Tuy nhiên, trong cơ thể chúng ta lại có một loại bạch huyết bào có tên tế bào NK (hay tế bào tiêu diệt tự nhiên). Tế bào NK có khả năng phát hiện sự ít đi bất thường của MHC trong tế bào, nó sẽ giải phóng các chất độc hại, theo cách tương tự của tế bào sát thủ-T, và tiêu diệt tế bào bị nhiễm virus.

Sự xâm nhập của virus vào cơ thể người đã kích hoạt phản ứng miễn dịch nhằm tiêu diệt virus. Trong đó việc con người tiêm vắc-xin cũng giúp tạo ra miễn dịch thu được nhân tạo, nhằm tiêu diệt một số virus nhất định.

Tuy nhiên, với một số loại virus tinh vi như HIV gây bệnh AIDS hay virus viên gan siêu vi... có thể vô hiệu hóa hệ miễn dịch ở người (gây nhiễm bệnh mãn tính, tử vong) thông qua quá trình tiến hóa, giúp chúng nhanh chóng thích nghi với những thay đổi trong môi trường vật chủ.

Virus tiến hóa thông qua những thay đổi trong ARN (hoặc ADN) của chúng, trong đó những loại virus ARN (loại virus có RNA làm vật liệu di truyền của nó) là dễ đột biến sinh học hơn cả.

Đây là bức tranh để bạn hình dung: Trong tế bào, ADN được tổ chức thành những cấu trúc dài gọi là nhiễm sắc thể. Nhiễm sắc thể sẽ được sao bản khi tế bào phân chia, quá trình này gọi là quá trình tái tạo ADN.

Tuy nhiên, khi sự nhiễu loạn ADN trong quá trình tái tạo xảy ra do quy luật ghép đôi các cặp base (A-T) và (G-C) bị vi phạm, sẽ khiến gây bệnh di truyền, ung thư...

Để sửa lỗi nhiễu loạn ADN, trong các tế bào chủ có các cơ chế sửa khác nhau nhằm ngăn chặn các đột biến có khả năng gây bệnh chết người truyền sang con cái. TUY NHIÊN, cơ chế này không hoạt động với ARN và khi loại virus ARN sao chép trong tế bào chủ, những thay đổi trong gen của chúng gây ra lỗi. Một virus hoàn chỉnh có thể tạo ra hàng triệu virus con cháu chỉ trong một chu kỳ sao chép.

Quá trình này làm tăng khả năng "ngụy trang" của chúng trước các tế bào của hệ thống miễn dịch; hoặc có khả năng làm cho thuốc kháng virus kém hiệu quả. Cả hai cách này đều xảy ra thường xuyên với loại virus HIV. Đó là lý do, virus HIV gây bệnh AIDS đến nay vẫn là một trong những căn bệnh thế kỷ, gây ám ảnh đối với con người (xem chi tiết ở tab tiếp theo).

Con người những tưởng là động vật bậc cao nhất, thông minh nhất, sở hữu nhiều loại vũ khí hủy diệt nhất, nắm trong tay quyền sinh-sát của nhiều loài động vật-thực vật nhất; những tưởng tự con người quyết định lấy số phận mình NHƯNG KHÔNG virus mới là kẻ đang âm thầm làm thay đổi số phận của chúng ta.

Theo Tổ Quốc