Cấu trúc và Phân loại Virus
Cấu trúc và phân loại virus là lĩnh vực của virus học mô tả cách các hạt virus được xây dựng và cách sự đa dạng khổng lồ của virus được sắp xếp thành một hệ thống phân loại mạch lạc. Virus là các ký sinh trùng nội bào bắt buộc, các hạt của chúng đóng gói bộ gen axit nucleic bên trong một lớp vỏ protein, và cách thức đóng gói đó được tổ chức — đối xứng vỏ capsid, sự hiện diện hoặc vắng mặt của lớp vỏ lipid, và bản chất hóa học của bộ gen — cung cấp cả giải phẫu và các tiêu chí chính để đặt tên và nhóm virus.
Definition
Cấu trúc và phân loại virus là nghiên cứu về kiến trúc phân tử của các hạt virus cùng với các khuôn khổ hệ thống — chủ yếu là sơ đồ sao chép bộ gen Baltimore và phân loại ICTV — tổ chức virus theo các đặc tính cấu trúc và bộ gen của chúng.
Scope
Lĩnh vực này định hướng người đọc về các khối cấu tạo của hạt virus (capsid, vỏ, bộ gen, protein gắn kết), về các nguyên tắc vật lý chi phối việc xây dựng capsid, và về hai hệ thống bổ sung được sử dụng để tổ chức virus: phân loại Baltimore dựa trên bộ gen và hệ thống phân loại thứ bậc được duy trì bởi Ủy ban Quốc tế về Phân loại Virus. Đây là một cái nhìn tổng quan tham khảo về cách nghiên cứu hình thái virus và cách hình thái đó làm nền tảng cho việc phân loại; đây không phải là hướng dẫn lâm sàng.
Sub-topics
Core questions
- Những thành phần nào tạo nên một hạt virus và chúng được lắp ráp như thế nào?
- Tại sao hầu hết các capsid lại có đối xứng xoắn ốc hoặc khối hai mươi mặt?
- Điều gì phân biệt virus có vỏ bọc với virus không có vỏ bọc?
- Bản chất hóa học của bộ gen tổ chức virus thành các nhóm Baltimore như thế nào?
- ICTV sắp xếp virus thành một hệ thống phân loại chính thức như thế nào?
Key concepts
- Capsid và capsomere
- Đối xứng xoắn ốc và khối hai mươi mặt
- Vỏ lipid và glycoprotein
- Nucleocapsid và virion
- Cực tính bộ gen (chiều dương/chiều âm) và tính sợi
- Lớp Baltimore
- Các bậc phân loại ICTV (từ giới đến loài)
Key theories
- Lý thuyết tương đương gần đúng (Caspar-Klug) về cấu trúc capsid
- Caspar và Klug đề xuất rằng tính kinh tế di truyền buộc các capsid phải được xây dựng từ nhiều bản sao của một số lượng nhỏ các tiểu đơn vị protein được sắp xếp với liên kết tương đương gần đúng, dự đoán các vỏ khối hai mươi mặt được thấy ở hầu hết các virus hình cầu.
- Phân loại Baltimore dựa trên bộ gen
- David Baltimore đề xuất rằng tất cả các virus có thể được phân loại theo con đường từ bộ gen của chúng đến RNA thông tin, tạo ra một tập hợp nhỏ các lớp sao chép vẫn là một nguyên tắc tổ chức thống nhất độc lập với phân loại chính thức.
Mechanisms
Một hạt virus về cơ bản là một phương tiện vận chuyển bộ gen. Bộ gen — DNA hoặc RNA, sợi đơn hoặc sợi đôi, với một hoặc một cực tính khác — được bao bọc bởi một capsid được lắp ráp từ các tiểu đơn vị protein lặp lại; tính kinh tế di truyền thúc đẩy hầu hết các capsid hướng tới đối xứng xoắn ốc hoặc khối hai mươi mặt được xây dựng từ một vài loài protein. Nhiều virus động vật còn có thêm một lớp vỏ lipid có nguồn gốc từ vật chủ được gắn các glycoprotein virus trong quá trình nảy chồi. Các đặc điểm cấu trúc và bộ gen này cung cấp các tiêu chí phân loại: hệ thống Baltimore nhóm virus theo con đường từ bộ gen đến mRNA, trong khi phân loại ICTV tích hợp loại bộ gen, hình thái hạt và ngày càng nhiều trình tự bộ gen vào một hệ thống phân cấp có thứ bậc.
Clinical relevance
Các đặc điểm cấu trúc và phân loại được tóm tắt ở đây làm nền tảng cho nhiều khía cạnh thực tiễn của virus học, bao gồm cách virus được xác định trong phòng thí nghiệm, cách các mục tiêu kháng virus và vắc-xin được hình thành, và cách các virus liên quan được nhận biết. Là một cái nhìn tổng quan tham khảo, lĩnh vực này mô tả cơ sở của phân loại và cấu trúc hạt; nó không cung cấp các khuyến nghị chẩn đoán hoặc điều trị.
Evidence & guidelines
Thực hành phân loại trong lĩnh vực này được neo bởi ICTV, với hệ thống phân loại đã được phê chuẩn và cơ sở dữ liệu hỗ trợ đóng vai trò là khuôn khổ tham chiếu có thẩm quyền để đặt tên và nhóm virus.
History
Sự hiểu biết hiện đại về kiến trúc virus phát triển từ nghiên cứu tia X và kính hiển vi điện tử về các virus nhỏ vào những năm 1950 và 1960, khi Crick và Watson dự đoán cấu trúc tiểu đơn vị đối xứng của capsid và Caspar và Klug chính thức hóa sự tương đương gần đúng (quasi-equivalence). Năm 1971, David Baltimore đã giới thiệu một hệ thống phân loại dựa trên bộ gen vượt qua hình thái hạt, và trong những thập kỷ tiếp theo, ICTV đã phát triển một hệ thống phân loại chính thức, có thông tin trình tự, tiếp tục mở rộng.
Key figures
- Aaron Klug
- Donald Caspar
- David Baltimore
- Stephen Harrison
- Eugene Koonin
Related topics
Seminal works
- harrison-1983
- baltimore-1971
- lefkowitz-2017
Frequently asked questions
- Sự khác biệt giữa phân loại Baltimore và phân loại ICTV là gì?
- Hệ thống Baltimore phân loại virus thành một số lượng nhỏ các lớp theo con đường từ bộ gen của chúng đến mRNA, trong khi ICTV duy trì một hệ thống phân loại chính thức có thứ bậc (từ giới đến loài) tích hợp loại bộ gen, hình thái và trình tự; hai hệ thống này bổ sung cho nhau chứ không cạnh tranh.
- Tất cả các virus có vỏ bọc không?
- Không. Nhiều virus không có vỏ bọc (trần), chỉ bao gồm bộ gen bên trong một capsid protein, trong khi những virus khác có được một lớp vỏ lipid có nguồn gốc từ vật chủ với các glycoprotein virus nhúng; sự hiện diện hoặc vắng mặt của vỏ bọc là một đặc điểm cấu trúc được sử dụng trong mô tả và phân loại.