Virus là loài ký sinh phong phú nhất trên Trái đất. Các loại vi rút nổi tiếng, chẳng hạn như vi rút cúm, tấn công vật chủ là người, trong khi vi rút như vi rút khảm thuốc lá lây nhiễm sang vật chủ là thực vật.
Phổ biến hơn, nhưng ít được hiểu biết hơn, là các trường hợp vi rút lây nhiễm vi khuẩn, được gọi là thực khuẩn thể [phage]. Nguyên nhân của sự kém tiếp cận này một phần là do sự khó khăn trong việc nuôi cấy vi khuẩn và vi rút đã bị tách khỏi môi trường sinh học thông thường của chúng trong một quy trình gọi là in vitro.
Các nhà nghiên cứu từ Viện Công nghệ California, được tài trợ một phần bởi Quỹ Khoa học Quốc gia, là những người đầu tiên sử dụng một kỹ thuật thông minh để xem xét các tương tác giữa vi rút và vi khuẩn trong cơ thể sống, tức là trong trạng thái bình thường của một sinh vật. Các nhà nghiên cứu đã báo cáo kết quả này trong số ra ngày 1 tháng 7 của tạp chí Science.
Trong một trường hợp thử nghiệm, Rob Phillips và các cộng sự của ông đã xem xét sự tương tác giữa vi rút và vi khuẩn. Sử dụng công nghệ vi lỏng mới, nhóm nghiên cứu có thể phân lập các tế bào vi khuẩn đơn lẻ khỏi quần thể của chúng. Sau đó, các khoang chứa DNA của vi khuẩn, DNA của virus hay cả hai cũng sẽ lần lượt được xác định.
Trong một trường hợp khác, các nhà nghiên cứu có thể suy luận theo cách thống kê xem liệu vi rút có liên kết cụ thể với vật chủ hay không. Ví dụ bằng cách gắn vào vật chủ, bắn đoạn DNA của nó vào vật chủ hay kết hợp vào vật chủ dưới dạng prophage [khi bộ gen của virus được chèn và tích hợp vào DNA của vi khuẩn] dựa trên vòng plasmid. Thông qua các hình ảnh chụp này, nhóm nghiên cứu đã ghi lại các mối liên quan giữa vi rút và vi khuẩn.
Để lây nhiễm cho vi khuẩn, hầu hết các thực khuẩn đều sử dụng một “đuôi” chuyên biệt để đâm và xuyên qua màng của vi khuẩn, cho phép virus đưa vật chất di truyền nó vào môi trường nội bào của vi khuẩn.
Chính “đuôi” của virus quyết định khả năng thành công của cơ chế của vi rút lây nhiễm vi khuẩn. Theo đó, cơ thế của “đuôi” khá phức tạp, bao gồm một vỏ bọc co lại bao quanh một ống giống như một lò xo cuộn bị kéo căng ở kích thước nano. Khi vi rút bám vào bề mặt vi khuẩn, vỏ bọc sẽ co lại và đẩy ống đi qua nó. Đây chính là cầu nối giúp cho virus chuyển bộ DNA vào và gây lây nhiễm cho vi khuẩn, tức tạo thành thực khuẩn thể.
Thực khuẩn thể hay phage phân bố rộng rãi trên khắp hành tinh. Chúng đi cùng với vi khuẩn ở khắp mọi nơi, trong đất, nước, suối nước nóng, tảo, ruột động vật, v.v. và có tác động mạnh mẽ đến sự đa dạng của quần thể vi khuẩn, bao gồm cả hệ vi sinh vật trong đường ruột người. Đồng thời, thực khuẩn thể cũng là công cụ không thể thiếu trong di truyền học và sinh học phân tử, thậm chí còn đang được phát triển để thay thế cho thuốc kháng sinh. Tuy nhiên, cơ chế mà những virus này gắn vào tế bào chủ và phân phối vật chất di truyền của chúng một cách rõ ràng và có thể tái tạo bằng nhân tạo vẫn chưa được hiểu rõ.
Tại sao việc nghiên cứu các thực khuẩn thể trong ruột lại đáng được quan tâm? Tại sao các nhà khoa học không ngừng tìm hiểu khả năng của những sinh vật đơn giản nhưng phức tạp này?
Một lý do tuyệt vời cho việc nghiên cứu vi rút lây nhiễm vi khuẩn là học được rất nhiều nguyên tắc sinh học cơ bản thông qua nghiên cứu các thực khuẩn thể này. Rất nhiều giải Nobel đã được trao cho các nhà nghiên cứu về thực khuẩn thể cũng vì lý do đó. Gần đây, giải Nobel Hóa học năm 2018 đã được trao cho George Smith và Gregory Winter, những người đã sử dụng phage trong thực tế để phát triển và đột biến nhanh chóng giúp sản xuất các kháng thể mới được sử dụng để chữa nhiều bệnh, bao gồm cả các bệnh lý ung thư.
Một vai trò khác của việc nghiên cứu vi rút lây nhiễm vi khuẩn là để cung cấp các cơ chế điều khiển hoặc thiết kế hệ vi sinh vật. Với giả thuyết cơ bản các phage là một trong những phần quan trọng nhất của hệ vi sinh vật, các nhà khoa học không ngừng thiết kế và tiến hành trong các phòng thí nghiệm để kiểm tra ý tưởng đó. Từ đó, những hiểu biết về khả năng chuyển sang thực khuẩn thể từ một hệ vi sinh vật khỏe mạnh dưới tác động của thuốc sẽ có vai trò cốt lõi trong việc điều chế thuốc kháng virus trong tương lai.
- Virut kí sinh hầu hết ở vi sinh vật nhân sơ [xạ khuẩn, vi khuẩn…] hoặc vi sinh vật nhân thực [nấm men, nấm sợi…].
- Virut gây thiệt hại cho ngành công nghiệp vi sinh như sản xuất thuốc kháng sinh, sinh khối, thuốc trừ sâu sinh học, mì chính…
2. Virut kí sinh ở thực vật
- Có khoảng 1000 loài.
- Quá trình xâm nhập của virut vào thực vật:
+ Virut không có khả năng tự xâm nhập vào tế bào thực vật.
+ Đa số virut xâm nhập được là nhờ côn trùng.
+ Một số virut xâm nhập qua vết xây xát, qua hạt phấn hoặc phấn hoa, giun ăn rễ hoặc nấm kí sinh.
- Đặc điểm cây bị nhiễm virut:
+ Sau khi nhân lên trong tế bào thực vật, virut lan sang các tế bào khác qua cầu sinh chất.
+ Lá cây bị đốm vàng, đốm nâu, sọc hay vằn, lá xoăn, héo, vàng và rụng.
+ Thân bị lùn hoặc còi cọc.
- Cách phòng bệnh ở thực vật do virut:
+ Chọn giống cây sạch bệnh.
+ Vệ sinh đồng ruộng.
+ Tiêu diệt vật trung gian truyền bệnh.
3. Virut kí sinh ở côn trùng
- Xâm nhập qua đường tiêu hóa.
- Virut xâm nhập vào tế bào ruột giữa hoặc theo dịch bạch huyết lan ra khắp cơ thể.
- Virut gây bệnh cho côn trùng hoặc dùng côn trùng làm ổ chứa rồi thông qua côn trùng gây bệnh cho động vật và người.
II. ỨNG DỤNG CỦA VIRUT TRONG THỰC TIỄN
1. Trong sản xuất các chế phẩm sinh học: Ví dụ sản xuất intefêron [IFN]
- Cơ sở khoa học:
+ Phagơ có chứa đoạn gen không quan trọng có thể cắt bỏ mà không ảnh hưởng đến quá trình nhân lên.
+ Cắt bỏ gen của phagơ thay bằng gen mong muốn.
+ Dùng phagơ làm vật chuyển gen.
- Quy trình:
+ Tách gen IFN ở người nhờ enzim.
+ Gắn gen IFN vào ADN của phagơ tạo nên phagơ tái tổ hợp.
+ Nhiễm phagơ tái tổ hợp vào E.coli.
+ Nuôi E.coli nhiễm phagơ tái tổ hợp trong nồi lên men để tổng hợp IFN.
- Vai trò của IFN: là loại prôtêin đặc biệt do nhiều loại tế bào tiết ra, có khả năng chống virut, chống tế bào ung thư và tăng cường khả năng miễn dịch.