Khoa học sự sống và y học

Virus là những sinh vật rất quan trọng trong nghiên cứu sinh học phân tử và sinh học tế bào do chúng cung cấp những hệ thống đơn giản mà có thể sử dụng để thao tác và nghiên cứu các chức năng của tế bào.[219] Những nghiên cứu và ứng dụng của virus đã đem tới những thông tin giá trị về các khía cạnh của sinh học tế bào.[220] Ví dụ, virus rất hữu dụng trong nghiên cứu di truyền học và giúp đỡ cho sự hiểu biết của chúng ta về các cơ chế cơ bản của di truyền học phân tử, như tái bản DNA, phiên mã, xử lý RNA, dịch mã, vận chuyển protein, và miễn dịch.

Di truyền học thường sử dụng virus như những vector để đưa các gen vào tế bào mà họ đang nghiên cứu. Điều này rất có ích để tạo nên tế bào mà sản xuất ra một chất ngoại lai, hoặc nghiên cứu ảnh hưởng của việc đưa gen mới vào trong bộ gen. Theo cách tương tự, liệu pháp virus (virotherapy) sử dụng những virus như những vector để điều trị các bệnh khác nhau, do chúng có thể nhắm đến các tế bào và DNA một cách đặc hiệu. Điều này cho thấy ứng dụng rất triển vọng của virus trong việc điều trị bệnh ung thư và trong liệu pháp gen. Các nhà khoa học Đông Âu cũng đã sử dụng liệu pháp phage như là một sự thay thế cho thuốc kháng sinh trong một thời gian, và mối quan tâm đến cách tiếp cận này đang gia tăng, bởi vì sự đề kháng kháng sinh ở mức độ cao hiện nay đã được tìm thấy ở một số vi khuẩn gây bệnh.[221]Sự biểu hiện các protein dị thể bởi virus là cơ sở cho một vài quy trình sản xuất hiện đang được dùng để sản xuất nên nhiều protein như kháng nguyên của vắc-xin và kháng thể. Người ta gần đây cũng đã phát triển những quy trình công nghiệp sử dụng vector virus; và một số các protein dược phẩm hiện nay đang trong quá trình thử nghiệm tiền lâm sàng và lâm sàng.[222]

Khoa học vật liệu và công nghệ nano

Những xu hướng hiện nay trong công nghệ nano hứa hẹn sẽ đem lại việc ứng dụng virus một cách linh hoạt hơn. Theo quan điểm của các nhà khoa học vật liệu, virus có thể được xem như những hạt nano hữu cơ. Bề mặt của chúng chứa những công cụ đặc biệt được thiết kế để vượt qua các rào chắn của tế bào vật chủ. Kích cỡ và hình dạng của virus, cũng như số lượng và bản chất của các nhóm chức năng trên bề mặt chúng, đã được xác định một cách chính xác. Như vậy, virus có thể được sử dụng phổ biến trong khoa học vật liệu như giá đỡ cho những sửa đổi bề mặt được liên kết cộng hóa trị. Một phẩm chất đặc biệt của virus là chúng có thể được điều chỉnh nhờ tiến hóa có định hướng. Các kĩ thuật mạnh mẽ được phát triển trong các ngành khoa học sự sống đã đang trở thành nền tảng cho hướng tiếp cận kĩ thuật về vật liệu nano, mở ra một loạt những ứng dụng rộng rãi vượt ra khỏi sinh học và y học.[223]

Do kích thước, hình dạng, và cấu trúc hóa học dễ xác định, virus được sử dụng như những bản mẫu để tạo nên những vật liệu ở cấp độ nano. Những ví dụ gần đây bao gồm nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân Mỹ ở Washington, D.C., sử dụng các phần tử virus khảm đậu đũa (CPMV) để khuếch đại những tín hiệu trong cảm biến dựa trên DNA microarray. Trong ứng dụng này, các hạt virus tách riêng các thuốc nhuộm huỳnh quang sử dụng cho báo hiệu để ngăn ngừa sự hình thành các dimer (chất nhị trùng) mà đóng vai trò là những tác nhân dập tắt huỳnh quang.[224] Một ví dụ khác là việc sử dụng CPMV như một bộ cắm dây có kích thước nano dùng trong điện tử học phân tử.[225]

Virus nhân tạo

Nhiều virus có thể được tổng hợp "từ đầu" ("de novo") và virus nhân tạo (virus tổng hợp) đầu tiên đã được tạo ra năm 2002.[226] Mặc dù phần nào bị hiểu sai, nó thực chất không phải là một virus thực sự được tổng hợp, mà thay vào đó là bộ gen DNA của nó (nếu đó là virus DNA) hoặc một bản sao DNA bổ sung (cDNA) của bộ gen của nó (nếu đó là virus RNA). Với nhiều họ virus, DNA hay RNA nhân tạo dạng trần (khi được chuyển đổi lại bằng enzym từ phân tử cDNA) có khả năng lây nhiễm khi được đưa vào bên trong tế bào. Chúng có chứa tất cả các thông tin cần thiết để sản xuất những virus mới. Công nghệ này hiện nay được sử dụng để nghiên cứu những chiến lược vắc-xin mới.[227] Khả năng tổng hợp nên những virus đã có những hệ quả sâu rộng,bởi virus nhờ vậy không bao giờ có thể coi là tuyệt chủng nếu trình tự bộ gen của chúng còn được biết đến và các tế bào cho phép tiếp nhận vẫn có sẵn. Hiện nay, trình tự bộ gen đầy đủ của 2408 loại virus khác nhau (bao gồm cả đậu mùa) đã được công bố công khai ở một cơ sở dữ liệu trực tiếp, được duy trì bởi Viện Y tế Quốc gia Hoa Kỳ.[228]

Vũ khí sinh học

Khả năng tạo nên những dịch bệnh trong xã hội loài người của virus đã đưa tới những lo ngại rằng virus có thể được vũ khí hóa cho chiến tranh sinh học. Mối lo lắng này được nâng lên bởi sự tái tạo thành công loại virus cúm Tây Ban Nha năm 1918 nổi tiếng ở một phòng thí nghiệm.[229] Virus đậu mùa cũng đã tàn phá nhiều xã hội trong suốt lịch sử loài người trước khi nó bị tiêu diệt hoàn toàn. Chỉ có duy nhất hai trung tâm chính thức lưu trữ virus bệnh đậu mùa – Phòng thí nghiệm Vector của Nga và Trung tâm Kiểm soát Bệnh của Hoa Kỳ.[230] Tuy nhiên, nỗi sợ rằng nó có thể được sử dụng làm vũ khí không hẳn là không có cơ sở;[230] vắc-xin đậu mùa đôi lúc có những tác dụng phụ nghiêm trọng – trong những năm sau cùng trước khi bệnh đậu mùa bị tiêu diệt, nhiều người đã bị bệnh nghiêm trọng do hậu quả của tiêm chủng còn nhiều hơn số người bị nhiễm trực tiếp.[231] Việc tiêm phòng đậu mùa cũng đã không còn được áp dụng rộng rãi,[232] và như vậy, phần lớn dân số loài người hiện đại đều gần như không có sự đề kháng nào được thiết lập chống lại bệnh đậu mùa.[230]