Đề tài Cơ chế hình thành và hoạt động kháng virus của cơ thể. vai trò và ý nghĩa sinh học

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM  ĐỀ TÀI: GVHD: Th.S Lâm Khắc Kỷ Lớp : ĐHSH7LT Nhóm : 7 Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2011 TIỂU LUẬN CƠ CHế HÌNH THÀNH VÀ HOạT ĐộNG KHÁNG VIRUS CủA CƠ THể. VAI TRÒ VÀ Ý NGHĨA SINH HọC NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN    ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... TP.HCM, ngày..............tháng..............năm 2011 Ký Tên DANH SÁCH NHÓM STT Họ & Tên MSSV 1 Dương Hoài Bảo 11294681 2 Đặng Đình Khoa 11307051 3 Nguyễn Hoàng Tuấn Nghĩa 4 Huỳnh Công Hướng 11307141 5 Phạm Đình Bách 11322511 6 Lê Văn Thái 7 Phạm Trần Phương Trang 8 Phan Thị Mỹ Dung 9 Trần Thị Hồng Diễm 10 Võ Hải Đăng 11 Nguyễn Thành Trung 12 Đặng Hữu Đại 13 Nguyễn Hoàng 14 Nguyễn Phan Bảo Khánh 15 Nguyễn Thị Phương Thanh 16 Cao Thị Thùy Trang MỤC LỤC Trang Lời Mở Đầu .................................................................................................................................... 1 Nội Dung ............................................................................................................................................ 2 I. Khái niệm miễn dịch ....................................................................................................................... 2 1.1. Khái niệm .......................................................................................................... 2 1.2. Phân loại ............................................................................................................ 2 1.2.1. Miễn dịch bẩm sinh ......................................................................................... 2 1.2.2. Miễn dịch thích ứng ........................................................................................ 3 II. Kháng nguyên – kháng thể ................................................................................... 4 2.1. Kháng nguyên ............................................................................................................................... 4 2.2. Kháng thể ....................................................................................................................................... 4 III. Cơ chế đáp ứng miễn dịch ......................................................................................................... 6 3.1. Cơ chế miễn dịch bẩm sinh ...................................................................................................... 6 3.2. Trình diện kháng nguyên ........................................................................................................ 12 3.3. Cơ chế bắt cặp kháng nguyên – kháng thể ....................................................................... 14 3.4. Cơ chế miễn dịch thích ứng ................................................................................................... 15 IV. Ứng dụng ....................................................................................................................................... 18 3.1. Sản xuất huyết thanh ................................................................................................................ 18 3.2. Sản xuất vaccine ........................................................................................................................ 19 IV. Vai trò và ý nghĩa sinh học ..................................................................................................... 20 3.1. Vai trò ............................................................................................................................................ 20 3.2. Ý nghĩa .......................................................................................................................................... 20 Kết Luận .......................................................................................................................................... 21 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 22 Tiểu luận Hóa Sinh Động Vật Trang GVHD: Th.S Lâm Khắc Kỷ Nhóm sinh viên thực hiện 1 Lời Mở Đầu Trong cuộc sống hằng ngày cơ thể các loài động vật phải đối diện với rất nhiều mối nguy hiểm trong đó phải kể đến sự xâm nhiễm và gây hại của các loài virus. Để tồn tại và phát triển thì cơ thể phải có cơ chế để phản kháng lại các sự xâm nhập đó. Vậy cơ chế đó là gì? Vào năm 1881, hai nhà khoa học là Luis Paster và Koch đã đưa ra những ý tưởng về miễn dịch. Tiếp đó các nhà khoa học khác cũng đã nghiên cứu và càng khẳng định tính đúng đắn và chính xác của ý tưởng này và ngày càng nghiên cứu sâu hơn về cơ chế miễn dịch. Người ta đã dựa trên cơ chế miễn dịch để phát minh ra nhiều sản phẩm sinh học rất hữu ít cho loài người như các chế phẩm vắc xin để phòng nhiều bệnh.Với vai trò và chức năng to lớn của ngành khoa học miễn dịch học cùng những đóng góp của chúng cho con người nên nhóm chúng em chọn đề tài liên quan đến miễn dịch để làm tiểu luận. Miễn dịch học là một môn khoa học rất sâu và rộng do kiến thức và thời gian hạn hẹp chúng em xin giới hạn phạm vi nghiên cứu của mình về miễn dịch kháng virus với các nội dung chính như sau: khái quát chung về virus? Con đường xâm nhiễm của virus vào cơ thể động vật ra sao? Cơ thể đã chống trả lại sự xâm nhiễm và gây độc của virus như thế nào? Thông qua việc đó thể hiện được điều gì? Tất cả các vấn đề trên được trả lời trong đề tài “Cơ chế hình thành và hoạt động kháng virus của cơ thể, vai trò và ý nghĩa sinh học của chúng”. Thông qua đề tài nhóm chúng em hy vọng sẽ chuyển tải được toàn bộ nội dung mà nhóm đã tìm hiểu được trên mạng cùng những tài liệu trong sách báo để mọi người có cái nhìn tổng quan hơn về miễn dịch. Tuy nhiên trong quá trình làm đề tài không tránh khỏi những phần hạn chế. Nhóm hy vọng được sự đóng góp của thầy và các bạn để bài báo cáo của mình hoàn thiện và sát với thực tế hơn. Tiểu luận Hóa Sinh Động Vật Trang GVHD: Th.S Lâm Khắc Kỷ Nhóm sinh viên thực hiện 2 Nội Dung I. Khái niệm miễn dịch: 1.1. Khái niệm: Miễn dịch (immunity) - trạng thái đề kháng với bệnh tật, đặc biệt là các bệnh nhiễm trùng. Hệ thống miễn dịch là tập hợp các tế bào, mô và các phân tử tham gia vào quá trình đề kháng chống nhiễm trùng. Đáp ứng miễn dịch - phản ứng có sự phối hợp của các tế bào và phân tử thành phần của hệ thống miễn dịch. 1.2. Phân loại: 1.2.1. Miễn dịch bẩm sinh: MD bẩm sinh: dạng đề kháng luôn luôn tồn tại ở các cá thể, thường trực ngăn chặn sự xâm nhập của các vi sinh vật vào các mô và nhanh chóng loại bỏ các vi sinh vật nếu như chúng đã xâm nhập vào mô rồi. • Phòng tuyến của MD bẩm sinh: + Các rào cản là các biểu mô, các tế bào chuyên biệt và các chất kháng sinh tự nhiên có mặt ở biểu môngăn chặn sự xâm nhập của vi sinh vật vào cơ thể. + Các tế bào làm nhiệm vụ thực bào, các tế bào lympho chuyên trách có tên gọi là tế bào giết tự nhiên (tế bào NK), và các protein huyết tương bao gồm các protein của hệ thống bổ thểnhận diện đặc hiệu và phản ứng chống lại các VSV nhưng không phản ứng chống lại các chất ngoại lai không có nguồn gốc từ các VSV. • Chức năng của MD bẩm sinh: + Cung cấp khả năng đề kháng sớm, các đáp ứng miễn dịch bẩm sinh. + Tăng cường cho các đáp ứng miễn dịch thích ứng chống lại các tác nhân nhiễm trùng. Tiểu luận Hóa Sinh Động Vật Trang GVHD: Th.S Lâm Khắc Kỷ Nhóm sinh viên thực hiện 3 1.2.2. Miễn dịch thích ứng: MD thích ứng: dạng đề kháng của cơ thể kích thích bởi các vi sinh vật xâm nhập vào các mô  thích ứng với sự có mặt của các vi sinh vật khi chúng đã xâm nhập vào cơ thể. • Phòng tuyến của MD thích ứng: + Các tế bào lympho và các sản phẩm của chúng như các kháng thể. + Sử dụng các tế bào và phân tử của hệ thống miễn dịch bẩm sinh để loại bỏ các vi sinh vật, đồng thời miễn dịch thích ứng. VD: các kháng thể (một thành phần của miễn dịch thích ứng) bám vào các vi sinh vật và các vi sinh vật đã bị các các kháng thể bao phủ  dễ dàng bám vào và hoạt hoá các tế bào làm nhiệm vụ thực bào (một thành phần của miễn dịch bẩm sinh) có vai trò “ăn”, phá huỷ các vi sinh vật. • Các loại MD thích ứng:  Miễn dịch dịch thể (humoral immunity)  Miễn dịch qua trung gian tế bào (cell-mediated immunity) Miễn dịch bẩm sinh và Miễn dịch thích ứng Tiểu luận Hóa Sinh Động Vật Trang GVHD: Th.S Lâm Khắc Kỷ Nhóm sinh viên thực hiện 4 II. Kháng nguyên – kháng thể: 2.1. Kháng nguyên: Kháng nguyên là những chất khi xâm nhập vào cơ thể sinh vật thì được hệ thống miễn dịch nhận biết và sinh ra các kháng thể tương ứng là kháng thể dịch thể hoặc kháng thể tế bào có đặc tính kết hợp đặc hiệu với kháng nguyên ấy. • Đặc tính của kháng nguyên: Tính đặc hiệu: là đặc tính mà kháng nguyên ấy chỉ được nhận biết bởi kháng thể do nó gây ra chứ không phải những kháng thể do các kháng nguyên khác tạo nên. Tính đặc hiệu do tính "lạ" và nhóm quyết định kháng nguyên tạo thành. Tính sinh kháng thể: Là khả năng kích thích hệ thống đáp ứng miễn dịch của cơ thể sản xuất kháng thể. Chỉ có các kháng nguyên hoàn toàn (đa hoá trị) mới có khả năng này. 2.2. Kháng thể: Kháng thể (antibody) là các phân tử immunoglobulin (có bản chất glycoprotein), do các tế bào lympho B cũng như các tương bào (biệt hóa từ lympho B) tiết ra để hệ miễn dịch nhận biết và vô hiệu hóa các tác nhân lạ (vi khuẩn hoặc virus). Mỗi kháng thể chỉ có thể nhận diện một epitope kháng nguyên duy nhất. Tiểu luận Hóa Sinh Động Vật Trang GVHD: Th.S Lâm Khắc Kỷ Nhóm sinh viên thực hiện 5 Các kháng thể được phân thành 5 lớp hay isotype, tùy theo cấu tạo của các domain hằng định của các chuỗi nặng: các chuỗi γ, α, μ, ε và δ lần lượt tương ứng với các immunoglobulin (Ig) thuộc các lớp IgG, IgA, IgM, IgE và IgD. IgG IgA IgM IgE IgD Vị trí chủ yếu Máu Niêm nhầy Các dịch tiết Lympho B Máu Bạch cầu ái kiềm Tế bào mast Lympho B Tỷ lệ 70% đến 75% 15% đến 20% các kháng thể trong huyết thanh 10% < 1% < 1% Hóa trị 2 2 - 4 2 - 10 2 2 Vai trò Trung hòa các độc tố, vi khuẩn và virus Ngưng tụ, trung hòa các vi khuẩn, virus Ngưng tụ, con đường cổ điển của bổ thể Dị ứng, trung hòa các ký sinh trùng Hoạt hóa các tế bào lympho B Các lớp kháng thể Tiểu luận Hóa Sinh Động Vật Trang GVHD: Th.S Lâm Khắc Kỷ Nhóm sinh viên thực hiện 6 III. Cơ chế đáp ứng miễn dịch: 3.1. Cơ chế miễn dịch bẩm sinh: Hệ thống miễn dịch bẩm sinh bao gồm các biểu mô tạo nên lớp rào chắn chống lại sự xâm nhập của vi sinh vật, các tế bào trong hệ tuần hoàn và trong các mô, và một số protein huyết tương. Các thành phần này có những vai trò khác nhau nhưng bổ trợ cho nhau để ngăn chặn không cho vi sinh vật xâm nhập vào các mô của cơ thể, và một khi vi sinh vật đã vào mô rồi thì loại bỏ chúng. • Hàng rào biểu mô: Ba vị trí tiếp giáp giữa cơ thể và môi trường bên ngoài là da, đường tiêu hoá và đường hô hấp. Vi sinh vật có thể xâm nhập vào cơ thể từ môi trường bên ngoài qua những chỗ tiếp giáp đó thông qua tiếp xúc trực tiếp, do nuốt hoặc hít vào. Cả ba cửa ngõ này đều được che phủ bởi các biểu mô nối liền với nhau có tác dụng như những hàng rào sinh lý ngăn cản không cho vi sinh vật xâm nhập. Các tế bào biểu mô còn tạo ra các chất kháng sinh có bản chất là các peptide có tác dụng tiêu diệt vi khuẩn. Ngoài ra biểu mô còn có một loại tế bào lympho có tên là các tế bào lympho trong biểu mô (intraepithelial lymphocyte). Các tế bào lympho trong biểu mô được coi như người gác cổng ngăn không cho các tác nhân nhiễm trùng xâm nhập qua các biểu mô. Các chức năng của biểu mô trong MD bẩm sinh Tiểu luận Hóa Sinh Động Vật Trang GVHD: Th.S Lâm Khắc Kỷ Nhóm sinh viên thực hiện 7 • Các tế bào làm nhiệm vụ thực bào: Hai loại tế bào là nhiệm vụ thực bào (gọi tắt là các thực bào) trong máu là các bạch cầu trung tính và các tế bào mono. Đây chính là các tế bào máu được điều động đến các vị trí có nhiễm trùng để nhận diện rồi nuốt các vi sinh vật và giết các vi sinh vật đó. Các bạch cầu trung tính (còn gọi là các tế bào bạch cầu nhân đa hình – polymorphonuclear leukocyte, viết tắt là PMN) là các tế bào bạch cầu có tỷ lệ cao nhất trong máu, khoảng 4.000 đến 10.000 tế bào/ 1 mm3 máu. Khi có nhiễm trùng thì tuỷ xương nhanh chóng tăng cường sản xuất các bạch cầu trung tính và có thể đạt tới số lượng 20.000 tế bào/ 1 mm3 máu. Quá trình sản xuất các bạch cầu trung tính ở tuỷ xương được kích thích bởi các cytokine có tên gọi là các yếu tố kích thích tạo bào lạc (colony-stimulating factor – viết tắt là CSF). Các yếu tố này do rất nhiều loại tế bào tạo ra khi có nhiễm trùng và tác động lên các tế bào gốc ở tuỷ xương, kích thích chúng tăng sinh và kích thích quá trình chín của các tế bào tiền thân của các bạch cầu trung tính làm cho chúng nhanh chóng trở thành các bạch cầu trung tính. Các bạch cầu trung tính là các tế bào đầu tiên đáp ứng lại hầu hết các loại nhiễm trùng, đặc biệt là nhiễm vi khuẩn và nhiễm nấm. Chúng nuốt các vi sinh vật ở trong máu sau đó chúng nhanh chóng chui qua thành mạch máu vào các mô tại những vị trí đang xẩy ra nhiễm trùng. Tại đây chúng cũng nuốt các vi sinh vật và sau đó chết tại đó sau vài giờ. Các tế bào mono thì chiếm tỷ lệ thấp hơn so với các bạch cầu trung tính trong máu. Tỷ lệ các tế bào mono trong máu vào khoảng 500 đến 1.000 tế bào/ 1 mm3 máu. Các tế bào này cũng nuốt các vi sinh vật trong máu và ở các mô. Khác với các bạch cầu trung tính, các tế bào mono sau khi thoát mạch vào các mô thì tồn tại ở đó lâu hơn. Tại các mô, các tế bào mono biệt hoá thành các tế bào có tên gọi là đại thực bào. Các tế bào mono trong máu và các đại thực bào ở các mô là hai giai đoạn của cùng một dòng tế bào và vì thế chúng thường được gọi là hệ thống các tế bào đơn nhân làm nhiệm vụ thực bào. Các đại thực bào cư trú trong các mô liên kết và trong tất cả các cơ quan của cơ thể, tại đó chúng có cùng chức năng như những tế bào đơn nhân làm nhiệm vụ thực bào vừa mới được điều động từ máu vào mô. Tiểu luận Hóa Sinh Động Vật Trang GVHD: Th.S Lâm Khắc Kỷ Nhóm sinh viên thực hiện 8 Sau khi nhận diện các vi sinh vật thì các bạch cầu trung tính và các đại thực bào sẽ “ăn” (chữ Hán Nôm là “thực”) các vi sinh vật. Đồng thời việc nhận diện vi sinh vật còn có tác dụng là hoạt hoá các tế bào làm nhiệm vụ thực bào giết các vi sinh vật mà chúng đã nuốt vào. Quá trình thực bào diễn ra bằng cách các tế bào làm nhiệm vụ thực bào mở rộng màng nguyên sinh chất của chúng ra “ôm” lấy các vi sinh vật hoặc vật lạ mà nó đã nhận diện sau đó màng này đóng lại và đoạn màng đó bứt ra khỏi màng nguyên sinh chất của tế bào làm nhiệm vụ thực bào tạo thành một bọng bên trong có chứa vi sinh vật hoặc vật lạ. Bọng này được gọi là phagosome. Các phagosome sẽ hoà màng vào với các lysosome (tiêu thể) để tạo thành các phagolysosome. Cùng lúc với việc các các thụ thể của tế bào làm nhiệm vụ thực bào bám vào vi sinh vật để nuốt chúng thì các thụ thể ấy cũng gửi các tín hiệu hoạt hoá một số enzyme trong các phagolysosome. Một trong số các enzyme này là oxidase của tế bào làm nhiệm vụ thực bào có tác dụng chuyển phân tử ô-xy thành anion superoxide và các gốc tự do. Các chất này được gọi là các chất trung gian ô-xy phản ứng (reactive oxygen intermediate – viết tắt là ROI) có tác dụng độc đối với các vi sinh vật đã bị tế bào làm nhiệm vụ thực bào nuốt vào. Thực bào và giết các vi sinh vật bên trong tế bào Tiểu luận Hóa Sinh Động Vật Trang GVHD: Th.S Lâm Khắc Kỷ Nhóm sinh viên thực hiện 9 Enzyme thứ hai là inducible nitric oxide synthase (viết tắt là iNOS) xúc tác quá trình chuyển đổi arginine thành nitric oxide (ô-xít ni-tơ, viết tắt là NO) cũng là một chất có tác dụng diệt vi sinh vật. Nhóm các enzyme thứ ba là các protease của lysosome có tác dụng phân cắt các protein của vi sinh vật. Tất cả các chất kháng vi sinh vật này được tạo ra chủ yếu ở trong các lysosome và các phagolysosome và chúng tác động lên các vi sinh vật đã được nuốt vào ở bên trong các bọng đó nên không hề gây tổn thương gì cho các tế bào thực bào. Trong những trường hợp phản ứng quá mạnh thì các enzyme kể trên có thể được giải phóng ra khoang gian bào và có thể gây tổn thương cho các mô của cơ thể. Đó là lý do tại sao các phản ứng viêm thường là phản ứng bảo vệ cơ thể chống lại nhiễm trùng nhưng đôi khi cũng có thể gây ra cả các tổn thương cho cơ thể. • Các tế bào giết tự nhiên: Các tế bào giết tự nhiên (natural killer – gọi tắt là tế bào NK) là một lớp các tế bào lympho có khả năng đáp ứng chống lại các vi sinh vật sống bên trong tế bào của túc chủ bằng cách giết chết các tế bào nhiễm chúng và bằng cách chế tiết ra IFN-g, một cytokine có tác dụng hoạt hoá đại thực bào. Chức năng của các tế bào NK Tiểu luận Hóa Sinh Động Vật Trang GVHD: Th.S Lâm Khắc Kỷ Nhóm sinh viên thực hiện 10 • Hệ thống bổ thể: Hệ thống bổ thể là một tập hợp các protein gắn trên các màng và protein lưu hành trong hệ thống tuần hoàn có vai trò quan trọng trong đề kháng chống vi sinh vật. Hệ thống bổ thể có thể được hoạt hoá bằng một trong ba con đường khác nhau: + Con đường cổ điển (classical pathway) được khởi động sau khi các kháng thể gắn vào các vi sinh vật và các kháng nguyên khác, đây là con đường gắn với đáp ứng miễn dịch dịch thể. + Con đường không cổ điển (Tiếng Anh là alternative pathway – con đường khác; tên gọi con đường không cổ điển nhằm phân biệt với con đường cổ điển) được khởi động khi một số protein của bổ thể được hoạt hoá ở trên bề mặt các vi sinh vật. Các vi sinh vật không ngăn cản được quá trình này do chúng không có các protein điều hoà bổ thể mà chỉ có các tế bào của cơ thể mới có các protein này. Con đường không cổ điển là một thành phần của miễn dịch bẩm sinh. + Con đường thông qua lectin, gọi tắt là con đường lectin (lectin pathway), được hoạt hoá khi một protein của huyết tương có tên là lectin gắn mannose (mannose-binding lectin) gắn vào các gốc mannose ở đầu tận cùng của các glycoprotein trên bề mặt của các vi sinh vật. Phân tử lectin này sẽ hoạt hoá các protein của con đường cổ điển, tuy nhiên quá trình này lại không cần có sự tham gia của các phân tử kháng thể và do vậy con đường lectin cũng là thành phần của đáp ứng miễn dịch bẩm sinh. Các protein của bổ thể sau khi đã được hoạt hoá có chức năng như những enzyme thuỷ phân protein có tác dụng phân cắt các protein khác của chính hệ thống bổ thể. Thành phần trung tâm của hệ thống bổ thể là một protein huyết tương có tên C3, yếu tố nà