Virus khổng lồ lây nhiễm tế bào như thế nào?

Các nhà nghiên cứu phát hiện những virus khổng lồ xâm chiếm tế bào thông qua một cấu trúc đặc biệt hình sao biển trên lớp vỏ.

Trong nghiên cứu mới công bố hôm 8/5 trên tạp chí Cell, các nhà khoa học ở Đại học Michigan (MSU) tìm hiểu về virus khổng lồ và những mặt quan trọng trong quá trình lây nhiễm tế bào của chúng. Với sự hỗ trợ từ công nghệ chụp ảnh tối tân, nhóm nghiên cứu phát triển một mô hình đáng tin cậy để nghiên cứu virus khổng lồ. Đây là mô hình đầu tiên nhận dạng và chỉ rõ đặc điểm một số protein quan trọng chịu trách nhiệm điều khiển quá trình lây nhiễm.

Virus Tupan dưới kính hiển vi điện tử. (Ảnh: Sci Tech Daily).

Virus khổng lồ lớn hơn 300 nanomet và có thể sóng sót trong nhiều thiên niên kỷ. So với chúng, rhinovirus gây bệnh cảm lạnh có kích thước chỉ khoảng 30 nanomet. "Virus khổng lồ có kích thước đồ sộ và vô cùng phức tạp", tác giả chính của nghiên cứu Kristin Parent, phó giáo sư Sinh hóa học và Sinh học Phân tử ở MSU, cho biết. "Những virus khổng lồ được phát hiện gần đây ở Siberia vẫn có khả năng lây nhiễm sau 30.000 năm ở trong lớp đất đóng băng vĩnh cửu".

Lớp vỏ ngoài lởm chởm của virus khổng lồ giúp chúng chịu đựng môi trường khắc nghiệt, bảo vệ hệ gene bên trong. Lớp vỏ của các loại virus được phân tích trong nghiên cứu này đều có 20 mặt. Chúng có cơ chế độc đáo để giải phóng hệ gene. Nút bịt hình con sao biển nằm ở một trong các đỉnh của lớp vỏ ngoài. Trong quá trình lây nhiễm, cả phần đỉnh và nút bịt cùng mở ra để giải phóng hệ gene của virus. "Virus khổng lồ rất khó chụp ảnh do kích thước của chúng và các nghiên cứu trước đây dựa vào việc tìm ra một virus ở trạng thái lây nhiễm trong số hàng triệu virus", Perent giải thích.

Để giải quyết vấn đề, nghiên cứu sinh cao học Jason Schrad trong nhóm của Parent phát triển phương pháp mới để mô phỏng các giai đoạn lây nhiễm. Sử dụng kính hiển vi điện tử đông lạnh (Cryo-EM) mới của trường đại học kết hợp kính hiển vi điện tử quét, Parent cùng cộng sự cho các loại virus khổng lồ tiếp xúc với điều kiện hóa học và môi trường khắc nghiệt giống những gì chúng sẽ trải qua trong quá trình lây nhiễm. Cryo-EM cho phép họ nghiên cứu virus và cấu trúc protein ở cấp nguyên tử và chụp hình khi chúng đang hoạt động.

Kết quả cho thấy ba điều kiện môi trường thúc đẩy thành công virus mở phần đỉnh để lây nhiễm, đó là độ pH thấp, nhiệt độ cao và lượng muối cao. Hơn nữa, mỗi điều kiện lại kích hoạt một giai đoạn lây nhiễm khác nhau. Với mô hình mới, nhóm nghiên cứu phát hiện nút bịt hình sao biển trên phần đỉnh chậm rãi mở ra trong khi vẫn gắn vào lớp vỏ thay vì giải phóng tất cả vật liệu di truyền cùng lúc.

Với khả năng tái tạo những giai đoạn lây nhiễm khác nhau, Parent và cộng sự nghiên cứu các protein do virus giải phóng trong giai đoạn đầu tiên. Protein đóng vai trò chi phối nhiều quá trình sinh học mà virus cần dựa vào để lây nhiễm và điều khiển bộ máy tế bào tạo ra bản sao của chúng. Nhóm nghiên cứu xác định được các protein quan trọng tiết ra ở đầu quá trình lây nhiễm, giúp virus hoàn tất quá trình xâm chiếm tế bào.

Việc nhiều loại virus khổng lồ phản ứng giống nhau trong ống nghiệm khiến các nhà nghiên cứu tin rằng chúng có chung đặc điểm và protein tương tự nhau. Khác với virus corona, virus khổng lồ có thể lây nhiễm sang người hay không vẫn là đề tiến hóa gây tranh cãi giữa các nhà virus học.

• Virus khổng lồ mới được phát hiện có thể thay đổi định nghĩa của chúng ta về virus
• Khoa học phát hiện ra những con virus khổng lồ với khả năng "ăn cắp" đặc tính loài khác