Bộ: Nidovirales
Họ: Coronaviridae
Phân họ: Coronavirinae
Chi: - Alphacoronavirus
- Betacoronavirus
- Gammacoronavirus
- Deltacoronavirus.
Trong đó, Alpha-coronaviruses và Beta-coronaviruses có thể lây nhiễm cho động vật có vú; Gamma-coronaviruses và Delta-coronaviruses lây nhiễm cho chim, một số trong chúng cũng có thể lây nhiễm ở động vật có vú.
Đã có 7 loại coronavirus gây bệnh ở người [Human-coronaviruses, HCoV] đã được xác định gồm:
+ Alpha coronavirus bao gồm: HCoV-229E và HCoV-NL63.
+ Beta coronavirus bao gồm: HCoV-HKU1, HCoV-OC43. Một số Coronavirus có thể tiến hóa và có khả năng gây bệnh cho người. Một số chủng đã tiến hoá và gây ra đại dịch như: SARS-CoV [2002], MERS-CoV [2012] và mới đây nhất là virus SARS-CoV-2 [2].
SARS bùng phát năm 2002 tại tình Quảng Đông, Trung Quốc sau đó lan ra toàn cầu, liên quan đến 8.096 người nhiễm và 774 người tử vong. Dơi móng ngựa Trung Quốc [Chinese horseshoe bats] được xác định là vật chủ ngoài tự nhiên của SARS-CoV. Sự lây truyền qua người qua trung gian vật chủ khác được xác định là cầy hương [civet cat] và gấu chó [racoon dog], những loài vật thường xuyên được bán tại các chợ thực phẩm sống dở Trung Quốc. Cho đến nay, vẫn chưa có loại thuốc kháng virus đặc hiệu cũng như vaccine được phê chuẩn nào chống lại SARS, và dịch SARS năm 2002 – 2003 đã được dập tắt bằng các qui chuẩn thông thường bao gồm hạn chế đi lại và cách ly bệnh nhân [3].
Hình 1: Cấu tạo virus corona
Coronavirus là virus RNA kích thước từ 150-200nm. Tên Corona bắt nguồn từ hình dạng bên ngoài của virus, vì lớp vỏ của chúng giống như vương miện [Corona nghĩa là vương miện trong tiếng La tinh].
à Bộ gen có kích thước khoảng 30 kb, vật liệu di truyền là RNA xoắn dương, mạch đơn. Các virus này có bộ gen lớn nhất được biết đến trong các loại virus RNA. Bộ gen mã hóa bốn hoặc năm loại protein cấu trúc là: Protein S, M, N, HE và E. HCoV-229E, HCoV-NL63 và SARS-CoV sở hữu bốn gen mã hóa các protein S, M, N và E tương ứng, trong khi HCoV-OC43 và HCoV-HKU1 chứa gen thứ năm mã hóa protein HE [1].
- Protein spike [protein S] hiện diện bên ngoài virus tạo thành các gai được làm từ protein, giống như "vương miện" của coronavirus và bị glycosyl hóa mạnh. 3 protein S có thể cùng hoạt động để tạo thành một tam phân đồng nhất [homotrimer], tam phân này có thể gắn lên thụ thể tế bào chủ giúp virus có thể xâm nhập vào bên trong.
- Protein M đóng vai trò quan trọng trong sự lắp ráp virus.
- Protein nucleocapsid [protein N] liên kết với bộ gen RNA để tạo thành nucleocapsid. Nó có thể tham gia vào quá trình điều hòa tổng hợp RNA của virus và có thể tương tác với protein M trong quá trình nảy chồi của virus.
- Các glycoprotein hemagglutinin-esterase [HE] chỉ được tìm thấy trong các Beta-coronavirus, HCoV-OC43 và HKU1. Hợp chất hemagglutinin liên kết với neuraminic acid trên bề mặt tế bào chủ, có thể cho phép sự bám dính ban đầu của virus vào màng. Các gen HE của coronavirus có trình tự tương đồng trình tự với glycoprotein của virus cúm C và có thể phản ánh sự tái hợp sớm giữa hai loại virus.
- Protein E: Chức năng của nó không được biết đến, mặc dù trong SARS-CoV protein E cùng với M và N là cần thiết để lắp ráp và giải phóng virus ra khỏi tế bào vật chủ.
Hình 2: Cây phát sinh loài và cấu trúc của bộ gen virus. [A], Cây phát sinh loài của CoVs. [B], Cấu trúc bộ gen cho bốn chi virus. Pp1a và pp1b thể hiện hai đoạn polypeptides dài gồm 16 protein không cấu trúc. S, E, M, và N lần lượt là các protein cấu trúc spike, envelope, membrane, và nucleocapsid. 2019‐nCoV hay tên chính thức là SARS-CoV-2; CoVs: coronavirus; HE: hemagglutinin‐esterase. Tên virus: HKU, coronaviruses được phát hiện bởi Hong Kong University; HCoV: human coronavirus; IBV: infectious bronchitis virus [virus gây viêm cuống phổi]; MHV: murine hepatitis virus [virus gây viêm gan trên động vật hữu nhũ] ; TGEV, transmissible gastroenteritis virus [virus gây viêm đường tiêu hóa] [1].
- Virus gây hộ chứng hô hấp cấp SARS-coronavirus 2 [SARS-CoV-2]
Tháng 12/2019, bùng phát bệnh viêm phổi mới ở Thành phố Vũ Hán, Tỉnh Hồ Bắc, Trung Quốc, nguyên nhân do một loại virus lạ. Xuất phát từ một nhóm người bị nhiễm có tiếp xúc trực tiếp với động vật sống tại chợ hải sản Hoa Nam, sau đó việc lây từ người sang người đã diễn ra và dịch bệnh lan ra toàn Trung Quốc, hiện nay dịch bệnh này được xác định với tên gọi COVID-19 [coronavirus disease 19]. Chủng virus corona mới, được ký hiệu bởi WHO là SARS-CoV-2 có quan hệ gần gũi với SARS-CoV, được phát hiện trên bệnh nhân và được xác định là nguyên nhân gây ra bệnh phổi mới. Hiện nay, COVID-19 đã lan ra trên khắp các châu lục trên toàn thế giới [trừ châu Nam Cực].
- Đặc điểm xâm nhập của SARS-CoV-2
Protein spike [protein S] của coronavirus là yếu tố quan trọng cho virus xâm nhập tế bào đích. Sự xâm nhập phụ thuộc vào sự gắn kết giữa vùng S1 của protein S với thụ thể tế bào, từ đó tạo điều kiện cho virus bám vào bề mặt của các tế bào đích. Wrapp và cộng sự năm 2020 nghiên cứu về cấu trúc protein S, đã cho thấy ái lực ACE2 [angiotensin-converting enzyme 2] với SARS-CoV-2 cao hơn từ 10 – 20 lần so với SARS-CoV [5]. Khi virus gắn lên thụ thể tế bào đích, chúng sẽ xâm nhập tế bào chủ bằng 2 con đường [4]:
- Mô hình xâm nhập sớm [early pathway] hay con đường hòa dung hòa màng [fusion pathway]: Khi có sự hiện diện của các enzyme protease ngoại bào và protease màng như trypsin, furin và TMPRSS2, chúng sẽ kích hoạt con đường xâm nhập sớm.
Sự liên kết giữa protein S và thụ thể ACE2 với ái lực cao, điều này làm cho protein S thay đổi hình dạng và làm lộ ra vị trí cắt S1/S2 [Hình 3]. Một serine protease có tên là TMPRSS2 trên màng tế bào chủ sẽ cắt protein S thành 2 tiểu đơn vị S1 và S2 tại vị trí cắt nêu trên. [3]
Tiểu đơn vị S2 của protein S – là tiểu đơn vị điều khiển quá trình dung hòa màng tế bào người và màng virus vì bên trong trình tự của S2 có chứa vùng peptide hòa màng [fusion peptide], vùng trình tự này sẽ chèn vào màng tế bào đích, liên kết 2 màng gần lại với nhau. Hai vùng HR1, HR2 thay đổi cấu trúc, chúng liên kết với nhau tạo cấu trúc gập lại, quá trình này giúp màng tế bào virus và tế bào chủ dung hòa vào nhau. [Hình 4]
Hình 3: Sơ lược về protein S. S1, S2: Là hai phần của protein S; Hai vị trí cắt S1/S2 và S2’ [mũi tên]; FP: vùng peptide hòa màng với tế bào chủ; HR1, HR2: Hai vùng trình tự lặp lại có vai trò trong quá trình hòa màng; TM: vùng xuyên màng [transmembrane].
Hình 4: Sơ lược quá trình dung hòa màng virus vào màng tế bào chủ.
- Mô hình xâm nhập muộn [late pathway] hay con đường thực bào [endocytosis pathway]: Khi không có sự hiện diện của các protease ngoại bào và protease màng virus không thể hòa màng của chúng và màng tế bào chủ với nhau, chúng đi vào trong tế bào chất bằng các bong bóng làm bằng màng tế bào chủ [endosome]. Trong endosome, cathepsin L – một loại enzyme hoạt động ở pH thấp – cắt protein S tại vị trí S2’ [Hình 3] và quá trình hòa màng diễn ra làm giải phóng bộ gene của virus.
Sau khi giải phóng bộ gene của virus vào trong tế bào chất bằng cả hai con đường trên, quá trình tổng hợp các protein S lại diễn ra bên trong lưới nội chất của tế bào người; quá trình lắp ráp, hoàn thiện diễn ra trong bộ máy Golgi. Tại đây, dưới sự xuất hiện của furin, các protein S có thể bị tiền cắt [pre-cleaved], mặc dù cần thêm các nghiên cứu để khẳng định lại SARS-CoV-2 có tiền cắt protein S tại S1/S2 trong quá trình sinh tổng hợp [biosynthesis] hay không ? tuy vậy một số giả thuyết đều cho rằng đây chính là nguyên nhân làm cho SARS-CoV-2 lan nhanh và có thể truyền từ người sang người nhanh hơn so với Sars-CoV trước đó [4]; và cuối cùng là giải phóng các virus mới ra ngoài thông qua các bóng xuất bào [Hình 5].
Hình 5: Mô hình xâm nhập tế bào chủ của SARS-CoV-2
Nguyễn Hữu Duyên - P.QLKH&HTQT
Tài liệu tham khảo:
[1] Chen, Y., Liu, Q. and Guo, D. [2020], “Emerging coronaviruses: Genome structure, replication, and pathogenesis”, Journal of Medical Virology, 92[4], 418–423.
[2] Coronaviridae - an overview | ScienceDirect Topics: //www.sciencedirect.com/topics/medicine-and-dentistry/coronaviridae. Accessed: 2020-03-18.
[3] Hoffmann, M., Kleine-Weber, H., Schroeder, S., Krüger, N., Herrler, T., Erichsen, S., Schiergens, T.S., Herrler, G., Wu, N.-H., Nitsche, A., Müller, M.A., Drosten, C. and Pöhlmann, S. [2020], “SARS-CoV-2 Cell Entry Depends on ACE2 and TMPRSS2 and Is Blocked by a Clinically Proven Protease Inhibitor”, Cell.
[4] Tang, T., Bidon, M., Jaimes, J.A., Whittaker, G.R. and Daniel, S. [2020], “Coronavirus membrane fusion mechanism offers a potential target for antiviral development”, Antiviral Research, 178, 104792.
[5] Wrapp, D., Wang, N., Corbett, K.S., Goldsmith, J.A., Hsieh, C.-L., Abiona, O., Graham, B.S. and McLellan, J.S. [2020], “Cryo-EM structure of the 2019-nCoV spike in the prefusion conformation”, Science, 367[6483], 1260–1263.