Vai trò và các ứng dụng của virut trong thực tiễn cuộc sống

1. Virus là gì?

Virus là một dạng vi sinh vật siêu nhỏ và thường có kích thước dao động từ 0,02 đến 0,3 micromet (μm). Tuy nhiên, một số loại virus có thể lớn hơn, đạt tới 1 μm.

Chúng gồm các chuỗi ngắn của axit nucleic, có thể là axit ribonucleic (RNA) hoặc axit deoxyribonucleic (DNA), chính là tài liệu di truyền của chúng. Khác với hầu hết các loài sống khác, DNA thường có cấu trúc sợi đôi, trong khi virus có thể có tài liệu di truyền dạng sợi đơn hoặc kép.

Virion, thuật ngữ dùng để chỉ một vi-rút đơn lẻ, bao gồm một lớp vỏ bên ngoài còn được gọi là vỏ hoặc màng protein. Vỏ bảo vệ tài liệu di truyền bên trong khỏi những tác động hại về mặt vật lý, hóa học hoặc enzym.

Có nhiều phân loại virus dựa trên các đặc tính vật lý, cấu trúc gen, kích thước, hình dáng và quá trình phân tử. Liên quan đến tài liệu di truyền, vi rút được phân thành virus RNA và virus DNA, cũng như theo cách sắp xếp của chuỗi di truyền, bao gồm chuỗi đôi (ds), chuỗi đơn (ss) hoặc một phần ds. Loại virus ss cũng được phân thành ss dương tính, ss âm tính hoặc ambisense.

Trong con người, đã xác định được năm họ virus DSDNA, bao gồm adenoviridae, herpesviridae, papillomaviridae, parvoviridae và poxivirdae. Ngoài ra, còn có các loại virus DSRNA như picobirnaviridae, picornaviridae và reoviridae.

Về mặt nguy cơ lây nhiễm đối với con người, có nhiều virus RNA hơn so với virus DNA. Cụ thể, có 9 họ virus ssRNA âm tính và 8 họ virus ssRNA dương tính.

Về cơ cấu và phân loại, virus là một hình thức vi sinh vật khá độc đáo. Cấu trúc cơ bản của virion, cái tên dùng để chỉ một vi-rút cá thể đơn lẻ, bao gồm một lớp vỏ bên ngoài, được gọi là vỏ hoặc màng protein. Vỏ bảo vệ tài liệu di truyền bên trong khỏi các tác động có thể gây hại về mặt vật lý, hóa học hoặc enzym.

2. Virus trong nghiên cứu sinh học:

Virus đã được sử dụng rộng rãi trong các nghiên cứu sinh học phân tử và tế bào. Những virus này mang lại lợi thế là hệ thống đơn giản có thể được sử dụng để thao tác và điều tra các chức năng của tế bào.

Virus đã được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu di truyền học, hiểu biết về gen và sao chép DNA, phiên mã, hình thành RNA, dịch mã, hình thành protein và những điều cơ bản của miễn dịch học.

3. Virus trong y học:

Vi-rút đang được sử dụng làm vectơ hoặc chất mang nguyên liệu cần thiết để điều trị bệnh cho các tế bào đích khác nhau. Chúng đã được nghiên cứu rộng rãi trong việc quản lý các bệnh di truyền và kỹ thuật di truyền cũng như ung thư.

4. Virus trong liệu pháp thể thực khuẩn:

Đây là những loại vi-rút đặc hiệu cao có thể nhắm mục tiêu, lây nhiễm và (nếu được chọn chính xác) tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh. Thể thực khuẩn được cho là loại vi-rút có số lượng nhiều nhất chiếm phần lớn số vi-rút có trên Trái đất. Đây là những công cụ cơ bản trong sinh học phân tử. Chúng đã được nghiên cứu để sử dụng trong trị liệu.

5. Virus trong công nghệ nano:

Công nghệ nano xử lý các hạt siêu nhỏ. Chúng có nhiều ứng dụng khác nhau trong sinh học và y học và công nghệ nano đã được sử dụng trong kỹ thuật di truyền. Virus có thể được sử dụng làm chất mang cho các trình tự bộ gen đã biến đổi gen cho các tế bào chủ.

6. Virus trong vũ khí và chiến tranh sinh học:

Vi-rút có thể rất nhỏ nhưng có khả năng gây tử vong và tàn phá quần thể lớn trong các trận dịch và đại dịch. Điều này đã dẫn đến mối lo ngại rằng virus có thể được sử dụng cho chiến tranh sinh học.

7. Virus trong nông nghiệp:

Các phương pháp sửa đổi và kỹ thuật di truyền có thể được sử dụng để tạo ra các bộ gen đã sửa đổi có thể được đưa vào thực vật và động vật bởi vi rút đóng vai trò là vectơ hoặc phương tiện. Phương pháp này có thể tạo ra các loài động vật và thực vật chuyển gen có năng suất cao hơn.

8. Virus trong phòng chống ung thư:

Những sửa đổi tương tự (như thực vật và động vật trong nông nghiệp) của con người đã không được thực hiện vì lý do kỹ thuật và đạo đức. Nhưng việc sửa đổi gen của các tế bào của các cá nhân đã được nghiên cứu trong nhiều năm. Điều này được gọi là liệu pháp gen.

Yếu tố chính của liệu pháp gen là đưa các gen đang hoạt động vào các tế bào của bệnh nhân. Gen mới này thể hiện các chức năng mong muốn và sửa chữa các gen bị lỗi hoặc không hoạt động trong các tế bào đó.

Mục tiêu phổ biến nhất là ung thư, chiếm gần 2/3 tổng số thử nghiệm lâm sàng cho đến nay. Các adenovirus được sử dụng rộng rãi làm vectơ và có thể được thiết kế để tăng cường tính đặc hiệu và giảm thiểu các tác dụng không mong muốn.

9. Virus và vắc-xin:

Virus đã được sử dụng từ thời Edward Jenner trong vắc-xin. Jenner đã sử dụng vi-rút thủy đậu để tiêm cho người chống nhiễm trùng thủy đậu nhỏ.

Vắc xin bại liệt, sởi, thủy đậu, v.v. sử dụng vi rút gây bệnh còn sống và đã bị làm yếu đi hoặc các hạt vi rút đã chết. Những thứ này, khi được đưa vào một người khỏe mạnh, sẽ giúp hệ thống miễn dịch nhận biết và tạo ra khả năng miễn dịch chống lại vi rút. Cơ thể ghi nhớ sinh vật và tấn công nó trong trường hợp nhiễm trùng sau này, do đó ngăn ngừa bệnh tật.

10. Thuốc ngừa ung thư:

Vắc-xin viêm gan B và vắc-xin ngừa vi-rút u nhú ở người bảo vệ chống ung thư gan và ung thư cổ tử cung tương ứng. Cả hai đều sử dụng các protein được chọn của vi rút (vắc xin tiểu đơn vị).

– Vắc-xin viêm gan B (HBV): Vi-rút viêm gan B có thể gây ra viêm gan mạn tính và có nguy cơ dẫn đến ung thư gan. Vắc-xin viêm gan B được phát triển để kích thích hệ miễn dịch tạo ra kháng thể chống lại vi-rút viêm gan B. Khi có đủ kháng thể này, cơ thể sẽ có khả năng ngăn ngừa vi-rút viêm gan B tấn công và gây bệnh, giảm nguy cơ mắc bệnh viêm gan mạn tính và ung thư gan.

– Vắc-xin ngừa vi-rút u nhú ở người (HPV): Vi-rút u nhú loại một số loại HPV có thể gây ra ung thư cổ tử cung và một số loại ung thư khác. Vắc-xin ngừa vi-rút u nhú ở người được phát triển để bảo vệ khỏi các loại HPV gây ra các loại ung thư này. Vắc-xin này giúp tạo ra kháng thể chống lại các loại HPV nguy hiểm nhất, ngăn ngừa việc nhiễm phải các chủng HPV có khả năng gây ra ung thư.

Cả hai vắc-xin này đều dựa trên nguyên tắc sử dụng các phân đoạn protein cụ thể từ vi-rút để kích thích hệ miễn dịch. Việc tạo ra kháng thể chống lại các vi-rút này giúp ngăn ngừa nguy cơ mắc các bệnh liên quan đến chúng, bao gồm cả ung thư. Tuy vắc-xin không thể đảm bảo ngăn chặn hoàn toàn việc mắc các loại ung thư liên quan đến virus, nhưng chúng có thể giảm nguy cơ mắc bệnh một cách đáng kể.

11. Liệu pháp tiền thuốc men hướng virus (VDEPT):

Đây là một liệu pháp khi các tế bào đích được đưa vào một loại enzyme có thể kích hoạt một tiền chất không hoạt động hoặc dạng không hoạt động của một loại thuốc gây độc tế bào được sử dụng một cách có hệ thống. Do đó, dạng hoạt động, gây độc tế bào của thuốc chỉ được tạo ra khi có mặt và hoạt động của enzyme liên quan.

Ví dụ, một adenovirus biểu hiện enzyme thymidine kinase (TK) của virus herpes simplex có thể được kết hợp với việc sử dụng ganciclovir toàn thân, được TK chuyển đổi thành dạng hoạt động chỉ trong các tế bào có mặt enzyme này. Điều này được sử dụng trong điều trị HIV.

12. Virus và kiểm soát dịch hại sinh học:

Virus cũng có thể được sử dụng để kiểm soát sâu bệnh gây hại. Theo truyền thống, điều này đã được sử dụng trong nông nghiệp, nhưng các ứng dụng tồn tại trong việc kiểm soát các tác nhân quan trọng đối với sức khỏe con người.

Các loại tác nhân được sử dụng cho mục đích này có thể là con mồi của loài mục tiêu, có thể là vật ký sinh trên loài gây hại mục tiêu, là tác nhân gây bệnh hoặc gây bệnh cho loài mục tiêu hoặc có thể là loài cạnh tranh.

Vi-rút được sử dụng để kiểm soát dịch hại thường là mầm bệnh gây bệnh cho các loài mục tiêu. Mặc dù chúng chiếm một lượng nhỏ trong tổng lượng sử dụng thuốc trừ sâu, vi rút được sử dụng để kiểm soát nhiều loài côn trùng và cả thỏ.

Các tác nhân sinh học có thể tạo ra các tác động lâu dài và trong một số trường hợp có thể lây lan trong quần thể mục tiêu. Chúng cũng đã được Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ công nhận là ít độc hại hơn so với thuốc trừ sâu thông thường.

Nhược điểm của chúng bao gồm phạm vi hoạt động hạn chế, tác dụng chậm so với các tác nhân hóa học, chi phí xử lý ban đầu cao, tính ổn định môi trường thấp, đặc biệt là dưới ánh sáng mặt trời, v.v.