يتكون كل كائن حي باستثناء الفيروسات. هل يمكن أن تسمى الفيروسات كائنات حية؟ كل هذا يتوقف على وجهة نظرك
وفقًا لفوف ، "الكائن الحي هو نوع من الوحدة المستقلة من الهياكل والوظائف المتكاملة والمترابطة." في الكائنات الأولية ، أي في الكائنات أحادية الخلية ، تكون الخلية وحدة مستقلة ، بمعنى آخر ، كائن حي. والكائنات الخلوية - الميتوكوندريا والكروموسومات والبلاستيدات الخضراء - ليست كائنات حية ، لأنها ليست مستقلة. اتضح أنه إذا اتبعت التعريف الذي قدمه Lvov ، فإن الفيروسات ليست كائنات حية ، لأنها لا تتمتع بالاستقلالية: هناك حاجة إلى خلية حية لتنمو وتنسخ المادة الجينية.
في الوقت نفسه ، في الأنواع متعددة الخلايا ، سواء كانت حيوانات أو نباتات ، لا يمكن لخطوط الخلايا الفردية أن تتطور بشكل مستقل عن بعضها البعض ؛ لذلك ، فإن خلاياهم ليست كائنات حية. لكي يكون التغيير مهمًا من الناحية التطورية ، يجب أن ينتقل إلى جيل جديد من الأفراد. وفقًا لهذا المنطق ، فإن الكائن الحي هو وحدة أولية من سلسلة مستمرة لها تاريخ تطوري فردي خاص بها.
وفي الوقت نفسه ، يمكن النظر إلى هذه المشكلة من وجهة نظر تعريف آخر: تكون المادة حية ، إذا كانت معزولة ، تحتفظ بتكوينها المحدد بحيث يمكن إعادة دمج هذا التكوين ، أي إعادة تضمينه في الدورة التي تشارك فيها المادة الجينية: هذا يحدد الحياة بوجود نمط تنظيم مستقل ومحدد وذاتي التكرار. يمكن نسخ التسلسل الأساسي المحدد للحمض النووي لجين معين ؛ الجين هو جزء معين من مخزون المعلومات التي يمتلكها الكائن الحي. كاختبار للعيش ، يقترح التعريف أعلاه التكاثر في سلالات خلوية مختلفة وفي عدد من أجيال الكائنات الحية. الفيروس ، وفقًا لهذا الاختبار ، على قيد الحياة تمامًا مثل أي قطعة أخرى من المادة الوراثية ، ويمكن إزالته من الخلية ، وإعادة إدخاله إلى خلية حية ، وبذلك يتم نسخه فيه ويصبح ، على الأقل. لفترة من الوقت ، جزء من جهازها الوراثي. في هذه الحالة ، فإن انتقال الجينوم الفيروسي هو السبب الرئيسي لوجود هذه الأشكال - نتيجة تخصصها في عملية الاختيار. لذلك ، فإن تخصص الفيروسات كناقلات للأحماض النووية يجعل من الممكن اعتبار الفيروسات "أكثر حيوية" من أي أجزاء من المادة الوراثية ، و "كائنات أكثر" من أي عضيات خلوية ، بما في ذلك الكروموسومات والجينات.
مسلمات كوخ الصارمة
ما هي الأحكام الأساسية التي صاغها روبرت كوخ (1843-1910) والتي يجب على عالم الأحياء الدقيقة الالتزام بها في كل مرة يتم فيها اكتشاف عامل ممرض غير معروف؟ ما الذي يمكن أن يكون دليلاً على أنه هو سبب هذا المرض المعدي؟ هذه هي المعايير الثلاثة:
تكرار الحصول على مزرعة نقية للممرض مأخوذة من جسم المريض.
حدوث نفس المرض تمامًا أو ما شابه (سواء في طبيعة المسار أو في التغيرات المرضية التي يسببها) عندما يصاب كائن حي سليم بثقافة العامل الممرض المزعوم.
دائمًا ما يكون المظهر في جسم شخص أو حيوان بعد الإصابة بهذا العامل الممرض هو نفس المواد الوقائية المحددة. عند ملامسة مصل الدم المناعي مع العامل الممرض من المزرعة ، يجب أن يفقد الأخير خصائصه المسببة للأمراض.
يتميز علم الفيروسات الحديث بالتطور السريع والاستخدام الواسع النطاق لمجموعة متنوعة من الأساليب - البيولوجية (بما في ذلك الجينية) والفيزيائية الكيميائية .. يتم استخدامها في التعرف على الفيروسات الجديدة التي لا تزال غير معروفة ، وفي الدراسة الخصائص البيولوجيةوهياكل الأنواع المكتشفة بالفعل.
توفر الدراسات النظرية الأساسية عادةً معلومات مهمة تُستخدم في الطب أو في مجال التشخيص أو في التحليل العميق لعمليات العدوى الفيروسية. عادةً ما يرتبط إدخال طرق فعالة جديدة لعلم الفيروسات بالاكتشافات البارزة.
على سبيل المثال ، طريقة زراعة الفيروسات في جنين كتكوت في طور النمو ، والتي ابتكرها A.M Woodroffe و E.J Goodpasture في عام 1931 ، تم استخدامها بنجاح استثنائي في دراسة فيروس الأنفلونزا.
أدى التقدم في الطرق الفيزيائية والكيميائية ، ولا سيما طريقة الطرد المركزي ، في عام 1935 إلى إمكانية تبلور فيروس موزاييك التبغ (TMV) من عصير النباتات المريضة ، وبالتالي إلى تكوين البروتينات المكونة له. أعطى هذا الزخم الأول لدراسة التركيب والكيمياء الحيوية للفيروسات.
في عام 1939 ، كان A.V Arden و G.Ruska أول من استخدم المجهر الإلكتروني لدراسة الفيروسات. كان إدخال هذا الجهاز موضع التنفيذ يعني نقطة تحول تاريخية في البحث الفيروسي ، حيث أصبح من الممكن رؤية - رغم أنه لم يكن واضحًا بدرجة كافية في تلك السنوات - الجزيئات الفردية للفيروس ، الفيروسات.
في عام 1941 ، وجد G. Hurst أن فيروس الأنفلونزا في ظل ظروف معينة يسبب تراص (التصاق وترسيب) خلايا الدم الحمراء (كرات الدم الحمراء). وضع هذا الأساس لدراسة العلاقة بين الهياكل السطحية للفيروس وكريات الدم الحمراء ، وكذلك لتطوير واحدة من أكثر طرق التشخيص فعالية.
حدث تغيير جذري في البحث الفيروسي في عام 1949 ، عندما تمكن جيه إندرز ، وت. ويلر ، وإف روبينز من نشر فيروس شلل الأطفال في خلايا جلد وعضلات الجنين البشري. لقد حققوا نمو قطع من الأنسجة على وسط مغذي اصطناعي. أصيبت مزارع الخلايا (الأنسجة) بفيروس شلل الأطفال ، والذي كان حتى ذلك الحين يُدرس حصريًا في القردة ونادرًا جدًا في نوع خاص من الفئران.
يتكاثر الفيروس في الخلايا البشرية التي تنمو خارج جسم الأم بشكل جيد ويسبب تغيرات مرضية مميزة. تم تحسين وتبسيط طريقة زراعة الخلايا (الحفاظ على المدى الطويل وزراعة الخلايا المعزولة من الكائنات الحية البشرية والحيوانية في وسط المغذيات الاصطناعية) من قبل العديد من الباحثين وأصبحت أخيرًا واحدة من أهم وفعالية زراعة الفيروسات. بفضل هذه الطريقة التي يسهل الوصول إليها والأرخص تكلفة ، أصبح من الممكن الحصول على فيروسات في شكل نقي نسبيًا ، وهو ما لا يمكن تحقيقه في تعليق أعضاء الحيوانات النافقة. إن إدخال طريقة جديدة يعني إحراز تقدم لا شك فيه ليس فقط في تشخيص الأمراض الفيروسية ، ولكن أيضًا في الحصول على لقاحات. كما قدم نتائج جيدة في الدراسات البيولوجية والكيميائية الحيوية للفيروسات.
في عام 1956 ، كان من الممكن إثبات أن الناقل للعدوى للفيروس هو الحمض النووي الموجود فيه. وفي عام 1957 ، اكتشف كل من A.
قدم S. Brenner و D.Horn طريقة تلطيخ التباين السلبي في تقنية المجهر الإلكتروني ، مما جعل من الممكن دراسة البنية الدقيقة للفيروسات ، ولا سيما عناصرها الهيكلية (الوحدات الفرعية).
في عام 1964 ، أثبت عالم الفيروسات الأمريكي Gaiduzek ، الذي ذكرناه سابقًا ، وزملاؤه الطبيعة المعدية لعدد من الأمراض المزمنة للجهاز العصبي المركزي للإنسان والحيوان. لقد درس الفيروسات الغريبة المكتشفة مؤخرًا ، إلا في بعض النواحي المشابهة للفيروسات المعروفة سابقًا.
في الوقت نفسه ، اكتشف عالم الوراثة الأمريكي باروخ بلومبرج (في سياق الدراسات الجينية لبروتينات الدم) مستضد التهاب الكبد في الدم (مستضد أسترالي) ، وهي مادة حددتها الاختبارات المصلية. كان من المقرر أن يلعب هذا المستضد دورًا رئيسيًا في دراسات التهاب الكبد الفيروسي.
في السنوات الأخيرة ، يمكن اعتبار اكتشاف بعض الآليات البيولوجية الجزيئية لتحويل الخلايا الطبيعية إلى خلايا ورمية من أعظم النجاحات في علم الفيروسات. لم يتحقق نجاح أقل في مجال دراسة بنية الفيروسات وعلم الوراثة.
وحدة معدية
يُطلق على أصغر كمية من الفيروسات القادرة على إحداث عدوى في تجربة معينة اسم الوحدة المعدية.
عادة ما يتم استخدام طريقتين لتحديد ذلك. الأول يعتمد على تعريف الجرعة المميتة بنسبة 50٪ ، والتي تم تحديدها LD 50 (من اللاتينية Letatis - مميتة ، جرعة - جرعة). الطريقة الثانية تحدد عدد الوحدات المعدية بعدد اللويحات المتكونة في ثقافة الخلية.
ما هي ، في جوهرها ، قيمة LD 50 وكيف يتم تحديدها؟ يتم تخفيف المادة الفيروسية التي تم فحصها وفقًا لدرجات التركيز المتناقصة ، على سبيل المثال مضاعفات العشرة: 1:10 ؛ 1: 100 ؛ 1: 1000 إلخ. يصيب كل من المحاليل ذات التركيزات المحددة للفيروس مجموعة من الحيوانات (عشرة أفراد) أو مزرعة خلوية في أنابيب الاختبار. ثم يلاحظون موت الحيوانات أو التغييرات التي حدثت في الثقافة تحت تأثير الفيروس. تحدد طريقة إحصائية درجة التركيز القادرة على قتل 50٪ من الحيوانات من بين المصابين بالمادة الأولية. عند استخدام مزرعة خلوية ، يجب أن يجد المرء مثل هذه الجرعة من الفيروس التي تنتج تأثيرًا ضارًا على 50٪ من الثقافات المصابة به. في هذه الحالة ، يتم استخدام تقليل CPP 50 (جرعة الاعتلال الخلوي). بمعنى آخر ، نحن نتحدث عن جرعة من الفيروس تسبب تلفًا أو موت نصف الثقافات المصابة به.
وفقًا لفوف ، "الكائن الحي هو نوع من الوحدة المستقلة من الهياكل والوظائف المتكاملة والمترابطة." في الكائنات الأولية ، أي في الكائنات أحادية الخلية ، تكون الخلية وحدة مستقلة ، بمعنى آخر ، كائن حي. والكائنات الخلوية - الميتوكوندريا والكروموسومات والبلاستيدات الخضراء - ليست كائنات حية ، لأنها ليست مستقلة. اتضح أنه إذا اتبعت التعريف الذي قدمه Lvov ، فإن الفيروسات ليست كائنات حية ، لأنها لا تتمتع بالاستقلالية: هناك حاجة إلى خلية حية لتنمو وتنسخ المادة الجينية.
في الوقت نفسه ، في الأنواع متعددة الخلايا ، سواء كانت حيوانات أو نباتات ، لا يمكن لخطوط الخلايا الفردية أن تتطور بشكل مستقل عن بعضها البعض ؛ لذلك ، فإن خلاياهم ليست كائنات حية. لكي يكون التغيير مهمًا من الناحية التطورية ، يجب أن ينتقل إلى جيل جديد من الأفراد. وفقًا لهذا المنطق ، فإن الكائن الحي هو وحدة أولية من سلسلة مستمرة لها تاريخ تطوري فردي خاص بها.
وفي الوقت نفسه ، يمكن النظر إلى هذه المشكلة من وجهة نظر تعريف آخر: تكون المادة حية ، إذا كانت معزولة ، تحتفظ بتكوينها المحدد بحيث يمكن إعادة دمج هذا التكوين ، أي إعادة تضمينه في الدورة التي تشارك فيها المادة الجينية: هذا يحدد الحياة بوجود نمط تنظيم مستقل ومحدد وذاتي التكرار. يمكن نسخ التسلسل الأساسي المحدد للحمض النووي لجين معين ؛ الجين هو جزء معين من مخزون المعلومات التي يمتلكها الكائن الحي. كاختبار للعيش ، يقترح التعريف أعلاه التكاثر في سلالات خلوية مختلفة وفي عدد من أجيال الكائنات الحية. الفيروس ، وفقًا لهذا الاختبار ، على قيد الحياة تمامًا مثل أي قطعة أخرى من المادة الوراثية ، ويمكن إزالته من الخلية ، وإعادة إدخاله إلى خلية حية ، وبذلك يتم نسخه فيه ويصبح ، على الأقل. لفترة من الوقت ، جزء من جهازها الوراثي. في هذه الحالة ، فإن انتقال الجينوم الفيروسي هو السبب الرئيسي لوجود هذه الأشكال - نتيجة تخصصها في عملية الاختيار. لذلك ، فإن تخصص الفيروسات كناقلات للأحماض النووية يجعل من الممكن اعتبار الفيروسات "أكثر حيوية" من أي أجزاء من المادة الوراثية ، و "كائنات أكثر" من أي عضيات خلوية ، بما في ذلك الكروموسومات والجينات.
مسلمات كوخ الصارمة
ما هي الأحكام الأساسية التي صاغها روبرت كوخ (1843-1910) والتي يجب على عالم الأحياء الدقيقة الالتزام بها في كل مرة يتم فيها اكتشاف عامل ممرض غير معروف؟ ما الذي يمكن أن يكون دليلاً على أنه هو سبب هذا المرض المعدي؟ هذه هي المعايير الثلاثة:
تكرار الحصول على مزرعة نقية للممرض مأخوذة من جسم المريض.
حدوث نفس المرض تمامًا أو ما شابه (سواء في طبيعة المسار أو في التغيرات المرضية التي يسببها) عندما يصاب كائن حي سليم بثقافة العامل الممرض المزعوم.
دائمًا ما يكون المظهر في جسم شخص أو حيوان بعد الإصابة بهذا العامل الممرض هو نفس المواد الوقائية المحددة. عند ملامسة مصل الدم المناعي مع العامل الممرض من المزرعة ، يجب أن يفقد الأخير خصائصه المسببة للأمراض.
يتميز علم الفيروسات الحديث بالتطور السريع والاستخدام الواسع النطاق لمجموعة متنوعة من الأساليب - البيولوجية (بما في ذلك الجينية) والفيزيائية الكيميائية .. وهي تُستخدم لتحديد فيروسات جديدة لا تزال غير معروفة ، ودراسة الخصائص البيولوجية وهيكل الأنواع المكتشفة بالفعل.
توفر الدراسات النظرية الأساسية عادةً معلومات مهمة تُستخدم في الطب أو في مجال التشخيص أو في التحليل العميق لعمليات العدوى الفيروسية. عادةً ما يرتبط إدخال طرق فعالة جديدة لعلم الفيروسات بالاكتشافات البارزة.
على سبيل المثال ، طريقة زراعة الفيروسات في جنين كتكوت في طور النمو ، والتي ابتكرها A.M Woodroffe و E.J Goodpasture في عام 1931 ، تم استخدامها بنجاح استثنائي في دراسة فيروس الأنفلونزا.
أدى التقدم في الطرق الفيزيائية والكيميائية ، ولا سيما طريقة الطرد المركزي ، في عام 1935 إلى إمكانية تبلور فيروس موزاييك التبغ (TMV) من عصير النباتات المريضة ، وبالتالي إلى تكوين البروتينات المكونة له. أعطى هذا الزخم الأول لدراسة التركيب والكيمياء الحيوية للفيروسات.
في عام 1939 ، كان A.V Arden و G.Ruska أول من استخدم المجهر الإلكتروني لدراسة الفيروسات. كان إدخال هذا الجهاز موضع التنفيذ يعني نقطة تحول تاريخية في البحث الفيروسي ، حيث أصبح من الممكن رؤية - رغم أنه لم يكن واضحًا بدرجة كافية في تلك السنوات - الجزيئات الفردية للفيروس ، الفيروسات.
في عام 1941 ، وجد G. Hurst أن فيروس الأنفلونزا في ظل ظروف معينة يسبب تراص (التصاق وترسيب) خلايا الدم الحمراء (كرات الدم الحمراء). وضع هذا الأساس لدراسة العلاقة بين الهياكل السطحية للفيروس وكريات الدم الحمراء ، وكذلك لتطوير واحدة من أكثر طرق التشخيص فعالية.
حدث تغيير جذري في البحث الفيروسي في عام 1949 ، عندما تمكن جيه إندرز ، وت. ويلر ، وإف روبينز من نشر فيروس شلل الأطفال في خلايا جلد وعضلات الجنين البشري. لقد حققوا نمو قطع من الأنسجة على وسط مغذي اصطناعي. أصيبت مزارع الخلايا (الأنسجة) بفيروس شلل الأطفال ، والذي كان حتى ذلك الحين يُدرس حصريًا في القردة ونادرًا جدًا في نوع خاص من الفئران.
يتكاثر الفيروس في الخلايا البشرية التي تنمو خارج جسم الأم بشكل جيد ويسبب تغيرات مرضية مميزة. تم تحسين وتبسيط طريقة زراعة الخلايا (الحفاظ على المدى الطويل وزراعة الخلايا المعزولة من الكائنات الحية البشرية والحيوانية في وسط المغذيات الاصطناعية) من قبل العديد من الباحثين وأصبحت أخيرًا واحدة من أهم وفعالية زراعة الفيروسات. بفضل هذه الطريقة التي يسهل الوصول إليها والأرخص تكلفة ، أصبح من الممكن الحصول على فيروسات في شكل نقي نسبيًا ، وهو ما لا يمكن تحقيقه في تعليق أعضاء الحيوانات النافقة. إن إدخال طريقة جديدة يعني إحراز تقدم لا شك فيه ليس فقط في تشخيص الأمراض الفيروسية ، ولكن أيضًا في الحصول على لقاحات. كما قدم نتائج جيدة في الدراسات البيولوجية والكيميائية الحيوية للفيروسات.
في عام 1956 ، كان من الممكن إثبات أن الناقل للعدوى للفيروس هو الحمض النووي الموجود فيه. وفي عام 1957 ، اكتشف كل من A.
قدم S. Brenner و D.Horn طريقة تلطيخ التباين السلبي في تقنية المجهر الإلكتروني ، مما جعل من الممكن دراسة البنية الدقيقة للفيروسات ، ولا سيما عناصرها الهيكلية (الوحدات الفرعية).
في عام 1964 ، أثبت عالم الفيروسات الأمريكي Gaiduzek ، الذي ذكرناه سابقًا ، وزملاؤه الطبيعة المعدية لعدد من الأمراض المزمنة للجهاز العصبي المركزي للإنسان والحيوان. لقد درس الفيروسات الغريبة المكتشفة مؤخرًا ، إلا في بعض النواحي المشابهة للفيروسات المعروفة سابقًا.
في الوقت نفسه ، اكتشف عالم الوراثة الأمريكي باروخ بلومبرج (في سياق الدراسات الجينية لبروتينات الدم) مستضد التهاب الكبد في الدم (مستضد أسترالي) ، وهي مادة حددتها الاختبارات المصلية. كان من المقرر أن يلعب هذا المستضد دورًا رئيسيًا في دراسات التهاب الكبد الفيروسي.
في السنوات الأخيرة ، يمكن اعتبار اكتشاف بعض الآليات البيولوجية الجزيئية لتحويل الخلايا الطبيعية إلى خلايا ورمية من أعظم النجاحات في علم الفيروسات. لم يتحقق نجاح أقل في مجال دراسة بنية الفيروسات وعلم الوراثة.
وحدة معدية
يُطلق على أصغر كمية من الفيروسات القادرة على إحداث عدوى في تجربة معينة اسم الوحدة المعدية.
عادة ما يتم استخدام طريقتين لتحديد ذلك. الأول يعتمد على تعريف الجرعة المميتة بنسبة 50٪ ، والتي تم تحديدها LD 50 (من اللاتينية Letatis - مميتة ، جرعة - جرعة). الطريقة الثانية تحدد عدد الوحدات المعدية بعدد اللويحات المتكونة في ثقافة الخلية.
ما هي ، في جوهرها ، قيمة LD 50 وكيف يتم تحديدها؟ يتم تخفيف المادة الفيروسية التي تم فحصها وفقًا لدرجات التركيز المتناقصة ، على سبيل المثال مضاعفات العشرة: 1:10 ؛ 1: 100 ؛ 1: 1000 إلخ. يصيب كل من المحاليل ذات التركيزات المحددة للفيروس مجموعة من الحيوانات (عشرة أفراد) أو مزرعة خلوية في أنابيب الاختبار. ثم يلاحظون موت الحيوانات أو التغييرات التي حدثت في الثقافة تحت تأثير الفيروس. تحدد طريقة إحصائية درجة التركيز القادرة على قتل 50٪ من الحيوانات من بين المصابين بالمادة الأولية. عند استخدام مزرعة خلوية ، يجب أن يجد المرء مثل هذه الجرعة من الفيروس التي تنتج تأثيرًا ضارًا على 50٪ من الثقافات المصابة به. في هذه الحالة ، يتم استخدام تقليل CPP 50 (جرعة الاعتلال الخلوي). بمعنى آخر ، نحن نتحدث عن جرعة من الفيروس تسبب تلفًا أو موت نصف الثقافات المصابة به.
لا يمكن لطريقة البلاك توفير بيانات إحصائية ، ولكن من الممكن تحديد العدد الفعلي لوحدات الفيروس في المادة التي تنتج لويحات في ثقافة الخلية. من الناحية المثالية ، تتوافق هذه الوحدة مع جسيم كامل وظيفيًا.
المعايرة
يمكن أن تكون الاستجابة التي يسببها الفيروس إما كل شيء أو لا شيء (أي وجود أو عدم وجود عدوى) أو يمكن قياسها ، مثل طول الوقت الذي يستغرقه ظهور العدوى ، أو عدد الآفات المعرضة للإصابة طبقة الخلية. يسمى التحديد الكمي للنشاط الفيروسي بالمعايرة بالتحليل الحجمي. يتم التعبير عن عيار التعليق الفيروسي الأولي بعدد الوحدات المعدية لكل وحدة حجم. الأحماض النووية المعدية ، سواء كانت معزولة عن العاثيات أو من فيروسات حيوانية أو نباتية ، لها عيار معدي أقل بكثير من الفيروس الأصل (أي أن نسبة عدد جزيئات الحمض النووي الموجودة في المستحضر إلى عدد الوحدات المعدية هي بشكل ملحوظ أكبر من القيم المقابلة للفيريونات التي تم عزل هذه الأحماض النووية منها). ومع ذلك ، في كل من معايرة الحمض النووي الحر ومعايرة الفيروسات ، يتم التعبير عن احتمال العثور على متوسط عدد الجسيمات في العينة بصيغة واحدة. ويترتب على ذلك أن جزيء حمض نووي فيروسي واحد يمكن أن يسبب أيضًا عدوى فيروسية. كقاعدة عامة ، فقط الحمض النووي الريبي الفيروسي السليم والحمض النووي الريبي معدي. لوحظ استثناء مع عدوى متعددة للخلايا بجزيئات الحمض النووي التي تحتوي على جينوم فيروس غير مكتمل.
بتلخيص ما سبق ، يمكننا أن نستنتج أن عيار المعلق الفيروسي ، معبرًا عنه بعدد الوحدات المعدية الموجودة في وحدة حجم ، كقاعدة عامة ، يتوافق مع عدد الفيروسات (أو عدد جزيئات الحمض النووي الفيروسي) القادرة على تسبب العدوى في ظل ظروف هذه التجربة.
فقدان العدوى
كقاعدة عامة ، يتم تحديد حساسية الفيروسات لفيروس معين تجاه عمل بعض المواد المعطلة من خلال الخصائص المحددة لبروتيناته ، ونتيجة لذلك تكون طرق تعطيل العدوى المطورة لهذا الفيروس المعين فعالة فقط ضد الفيروسات وثيقة الصلة. الاستثناء هو حساسية الفيروسات للأشعة السينية ، والتي تعتمد على نوع الحمض النووي virion وكميته. يعتمد هذا النمط على حقيقة أن عمل الأشعة السينية يؤدي إلى تمزق جزيئات الحمض النووي ، وغالبًا ما يكون هذا التمزق كافيًا لفقدان الفيروس المعدي. تظهر نتائج التجارب أن الفيروسات الصغيرة يتم تثبيطها بواسطة الأشعة السينية بكفاءة أكبر ، حيث أنها تتميز بنسبة كبيرة من محتوى الحمض النووي في الفيريون إلى محتوى البروتين فيه مقارنة بالفيريونات الكبيرة الغنية بالبروتين. .
الطرق المصلية
من أجل تحديد نوع هذا الفيروس ، يتم استخدام الطرق المصلية لدراسة العمليات الوقائية في جسم شخص مريض أو حيوان مصاب. الأمصال (من المصل اللاتيني - المصل ، المكون السائل للدم) هو فرع من علم المناعة يدرس تفاعلات مستضد مع مواد وقائية محددة ، الأجسام المضادة الموجودة في مصل الدم. تعمل الأجسام المضادة على تحييد عمل الفيروس. ترتبط ببعض المواد المستضدية الموجودة على سطح الجزيئات الفيروسية. نتيجة لارتباط جزيئات الجسم المضاد بالبنية السطحية للفيروس ، يفقد الأخير خصائصه المسببة للأمراض. لتحديد مستوى (كمية) الأجسام المضادة في المصل أو تحديد نوع هذا الفيروس ، يتم إجراء تفاعل معادلة للفيروس. يمكن إجراؤها على الحيوانات وفي زراعة الخلايا.
يُطلق على الحد الأدنى من تركيز المصل المحتوي على الأجسام المضادة الكافية لتحييد الفيروس ، لمنعه من إظهار تأثير الاعتلال الخلوي ، عيار المصل الذي يحيد الفيروس. يمكن أيضًا اكتشاف هذا التركيز باستخدام طريقة البلاك.
للكشف عن الأجسام المضادة ، يتم استخدام طريقة تثبيط التراص الدموي (لصق خلايا الدم الحمراء تحت تأثير الفيروس) وطريقة التثبيت التكميلي. من الطرق المستخدمة في علم الفيروسات لأغراض بحثية مختلفة ، يمكننا أيضًا أن نذكر الطرق التي يتم بها تحضير المواد الفيروسية للتحليلات الفيزيائية والكيميائية ، والتي تسهل دراسة التركيب الدقيق للفيروسات وتكوينها. تتطلب هذه المقايسات كميات كبيرة من فيروس نقي تمامًا. تنقية الفيروسات هي عملية يتم فيها إزالة جميع الجسيمات الملوثة الدخيلة من التعليق بفيروس. في الأساس ، هذه قطع و "حطام" من الخلايا المضيفة. بالتزامن مع التنقية ، عادة ما يثخن المعلق ويزداد تركيز الفيروس. هذا هو مصدر العديد من الدراسات.
من بين طرق التنقية الفردية ، سنذكر فقط الطريقة الأكثر فعالية - طريقة التنبيذ الفائق ، والتي تعطي تركيزات عالية جدًا من مستحضرات الفيروسات.
دعونا نصف بإيجاز الإجراء للحصول على تعليق فيروسي وتنقيته. تبدأ هذه العملية بإدخال فيروس صناعي في دماغ حيوان تجريبي. بعد أيام قليلة ، يتكاثر الفيروس في أنسجة المخ. في هذه الحالة ، سيتم الكشف عن الانتهاكات المميزة لوظائف الجهاز العصبي لـ "المالك" ، وسيتم الكشف عن علامات المرض في الحيوان. عندما تصل الأعراض إلى أقصى درجات التطور ، يُقتل الحيوان ، ويتم إزالة دماغه ، في الأنسجة التي تحتوي على كميات كبيرة من الفيروس ، من جمجمة الحيوان في ظروف معقمة. ثم ، على سبيل المثال ، يتم تحضير تعليق بنسبة 10 ٪ من الدماغ. بالإضافة إلى الفيروسات ، فإنه يحتوي أيضًا على عدد كبير من قطع الأنسجة العصبية وبقايا الأوعية الدموية وخلايا الدم والمكونات البيولوجية الأخرى. تتم إزالة قطع الأنسجة والجزيئات الكبيرة الأخرى عن طريق الطرد المركزي الأول بسرعة 5000-10000 دورة في الدقيقة. يستمر لمدة نصف ساعة. يُسكب السائل فوق الراسب (supercatact) بعناية في أنابيب طرد مركزي خاصة مصنوعة من البلاستيك أو الفولاذ المقاوم للصدأ ، حيث لا يستطيع الزجاج تحمل الضغط الذي يتطور أثناء الطرد المركزي عالي السرعة. ويتم تحييد الرواسب بالمطهرات. ثم تتم معالجة "المادة الطافية" التي يتم تصريفها في جهاز طرد مركزي فائق.
من أجل ترسيب أصغر الفيروسات ، يلزم عدة ساعات من التنبيذ الفائق ، وغالبًا ما لا يكون الراسب الناتج أكبر من رأس الدبوس. ولكن حتى بعد هذه المعالجة ، ليس لدينا مادة فيروسية نقية تمامًا ، ولا تزال تحتوي على شوائب أجنبية. من أجل التحليلات الدقيقة ، يجب معالجة هذا الراسب عدة مرات بمختلف الكواشف وتكرار التنبيذ الفائق. عندها فقط يمكن الحصول على تعليق فيروس مركز عالي النقاء ، وهو أمر مطلوب لإجراء تحليلات كيميائية حيوية دقيقة وموثوقة أو تحليل بلوري أو ملاحظات في الأدوات الإلكترونية الضوئية.
بشكل عام ، يمتلك علماء الفيروسات العديد من الأجهزة التقنية المختلفة تحت تصرفهم ، مثل ، على سبيل المثال ، الطرد المركزي المتدرج التركيز ، عندما يتم فصل الفيروسات وفقًا لدرجة التركيز أو وفقًا للشكل. أداة أخرى هي الآن معدات قياسية في كل معمل أبحاث فيروسية تقريبًا هي المجهر الإلكتروني. هذا جهاز مكلف وكبير ومعقد.
هناك العديد من الطرق المختلفة لتصوير الفيروسات ، وقد مروا جميعًا بمراحل نموهم الخاصة. للكشف عن الفيروسات في الخلايا ، يتم حاليًا استخدام طريقة المقاطع الرقيقة للغاية ، حيث يتم تقطيع مادة ثابتة مملوءة براتنج الايبوكسي باستخدام أنحف سكين زجاجي أو ماسي. بمساعدة ultramicrotomes الدقيقة ، يمكن تقطيع خلية واحدة إلى أكثر من ألف قسم رفيع. يتم بعد ذلك معالجة الأقسام التي تم الحصول عليها بهذه الطريقة بمواد كيميائية خاصة ، مما يضمن رؤيتها بشكل أفضل.
لمراقبة البنية الدقيقة للفريونات الفردية ، يتم استخدام طريقة التباين السلبي (التلوين) ، والتي أدى إدخالها إلى زيادة مستوى جودة الفحص المجهري الإلكتروني بشكل كبير. يتم خلط جزيئات الفيروس بعناية بمحلول حمض الفوسفوتونجستيك ، والذي يعطي راسبًا لا ينقل الحزم الإلكترونية. نتيجة لذلك ، تظهر الفيروسات في شكل بصمات أصابعها الدقيقة تمامًا ، والتي يمكن استخدامها لدراسة أدق تفاصيل أسطحها. في طريقة التلوين الإيجابي (أو "المعدنة" للدواء) ، يتم استخدام هذه المواد القادرة على الالتصاق بشكل انتقائي بسطح الفيريونات (على سبيل المثال ، الأجسام المضادة المحددة الموصوفة بالفيريتين ، والتي تحتوي على الحديد في جزيءها وبالتالي فهي يمكن تمييزه بوضوح في المجهر الإلكتروني).
الطرق العامة لدراسة الفيروسات
يتم الحكم على وجود الفيروس في الجسم ، سواء أثناء المرض التلقائي أو أثناء العدوى التجريبية للمضيف ، من خلال ظهور أعراض مرضية معينة. عندما ينشأ شك في وجود فيروس في الكائن قيد الدراسة ، من الضروري تحديد مجموعة معينة من الحالات - كائن حي مناسب وطريقة مناسبة للعدوى - حيث يتسبب الفيروس في تغييرات يمكن التعرف عليها في الكائن الحي المصاب. لذلك يتعين على علماء الفيروسات بذل الكثير من الجهد لتطوير طرق للحصول على العدوى التجريبية.
كما هو معروف ، من أجل إثبات أن مرضًا معينًا ناتج بالفعل عن كائن حي دقيق معين ، من الضروري تحقيق ما يسمى بافتراضات كوخ: 1) إظهار أن هذا الكائن الدقيق موجود بانتظام في كائن حي مريض ؛ 2) للحصول على ثقافة هذا الكائن الدقيق على وسط غذائي اصطناعي ؛ 3) إعادة إنتاج هذا المرض عن طريق إصابة حيوان تجريبي بثقافة منعزلة ، وأخيرًا ؛ 4) إعادة عزل هذا الكائن الدقيق ، ولكن الآن من جسم مضيف مصاب صناعيًا. نفس الفرضيات ، مع إجراء التعديلات اللازمة ، صالحة لتشخيص الأمراض الفيروسية. في هذه الحالة ، وفقًا لريفرز ، تتكون الافتراضات على النحو التالي: 1) عزل الفيروس عن جسم المريض ، 2) زراعة الفيروس في الجسم أو في خلايا حيوان التجربة ، 3) إثبات قابلية الترشيح من العامل المعدي (لاستبعاد العوامل المسببة للأمراض ذات الحجم الأكبر ، مثل البكتيريا) ، 4) تكاثر مرض مشابه في عضو آخر من نفس النوع أو النوع ذي الصلة ، وأخيرًا 5) إعادة عزل نفس الفيروس.
تعد زراعة الفيروسات والتعرف عليها من الطرق الفيروسية الرئيسية المستخدمة في علم الفيروسات العملي في تشخيص الأمراض الفيروسية. يتم سحق أو تجانس المواد المشتبه في احتوائها على فيروس ، مثل محللة بكتيرية أو قطعة من الأنسجة أو سوائل الجسم ، إذا لزم الأمر ، لوضعها في حالة تعليق تحت ظروف خاضعة للرقابة.
تتم إزالة شظايا الخلايا الكبيرة وكذلك الكائنات الحية الدقيقة الملوثة عن طريق الطرد المركزي والترشيح. يتم إعطاء هذا المعلق المنقى إلى مضيف مناسب ، إما يضاف إلى تعليق خلية أو يطبق على طبقة أحادية من الخلايا المناسبة. نتيجة لذلك ، قد تظهر الآفات الموضعية ، والتي تسمى اللويحات ، والتي تعتبر من سمات هذا الفيروس ، في طبقة من الخلايا الحساسة ، مثل البكتيريا التي تنمو في طبق أجار ، أو الخلايا الحيوانية التي تنمو على سطح زجاجي. وتتكون اللويحات على شكل نتيجة الإصابة الموجودة في هذه المنطقة من الخلايا ، تكاثر الفيروس فيها وتحللها الكامل أو الجزئي. إذا لم ينتج عن تكاثر الفيروس لويحات منفصلة يمكن اكتشافها بصريًا ، يمكن اكتشاف الفيروس وتمييزه عن طريق التغييرات التي يسببها في ثقافة الخلية ، أو عن طريق تلف طبقة الخلية ، أو عن طريق اختبارات أخرى.
إذا لم يتم تطبيق مادة الاختبار على طبقة من الخلايا المزروعة ، ولكن تم إدخالها إلى الكائن الحي المضيف ، فإن الغرض من التجربة هو تحديد ردود الفعل العامة للجسم التي تشير إلى تطور العدوى: ظهور أعراض المرض ، موت حيوان ، أو أي تفاعلات محددة أخرى ، مثل تكوين الأجسام المضادة.
أخيرًا ، إذا لم تؤدِ عدوى مزرعة الخلايا ولا إدخال المادة إلى الكائن الحي المضيف إلى ظهور أي أعراض لعدوى فيروسية ، يلجأ علماء الفيروسات إلى ما يسمى بـ "الممرات العمياء" ، أي إلى عمليات النقل المتكررة لمواد الاختبار ، مما يؤدي غالبًا إلى زيادة ضراوة الفيروس أو زيادة عياره.
التركيب الكيميائي العام للفيروسات
أحد المكونات التي لا غنى عنها للجسيم الفيروسي هو أي واحد من اثنين من الأحماض النووية ، والبروتين وعناصر الرماد. هذه المكونات الثلاثة مشتركة بين جميع الفيروسات دون استثناء ، في حين أن الشحومتين والكربوهيدرات المتبقيتين ليستا جزءًا من جميع الفيروسات.
بروتينات الفيروس
تم بناء بروتين جميع الفيروسات التي تمت دراستها حتى الآن من الأحماض الأمينية العادية التي تنتمي إلى سلسلة L الطبيعية. لم يتم العثور على الأحماض الأمينية د في تكوين الجزيئات الفيروسية. نسبة الأحماض الأمينية في البروتينات الفيروسية قريبة جدًا من تلك الموجودة في بروتينات الحيوانات والبكتيريا والنباتات.
لا تحتوي البروتينات الفيروسية عادة على كمية كبيرة من الأحماض الأمينية الأساسية (أرجينين ، موسين) ، أي لا تنتمي إلى مجموعة البروتينات مثل الهستونات والبروتامين ذات الخصائص القلوية الواضحة. بتجاهل الأحماض الأمينية المحايدة ، يمكننا القول أن الأحماض ثنائية الكربوكسيل الحمضية تسود في البروتين الفيروسي. هذا صحيح بالنسبة للفيروسات ذات المحتوى المنخفض من الحمض النووي والفيروسات ذات المحتوى العالي من الحمض النووي الريبي والحمض النووي.
الحمض النووي الفيروسي
السمة الهيكلية الرئيسية لمعظم جزيئات الحمض النووي الفيروسي ، وكذلك الحمض النووي من مصادر أخرى ، هي وجود خيطين مزدوجين مضادين للتوازي. ومع ذلك ، فإن جينوم الحمض النووي للفيروسات صغير ، وبالتالي تبرز هنا أسئلة بخصوص نهايات اللولب والشكل العام لجزيء الحمض النووي ، وليس الجزء "الأوسط" الرتيب من اللولب الذي ليس له نهايات في الواقع. تبين أن الإجابات التي تلقوها كانت مفاجئة تمامًا: يمكن أن تكون جزيئات الحمض النووي الفيروسي خطية أو دائرية ، أو مزدوجة الشريطة أو مفردة على طولها بالكامل ، أو مفردة تقطعت بهم السبل فقط في النهايات. بالإضافة إلى ذلك ، اتضح أن معظم تسلسلات النوكليوتيدات في الجينوم الفيروسي تحدث مرة واحدة فقط ، ولكن في النهاية قد تكون هناك أقسام متكررة أو زائدة عن الحاجة.
من بين جميع الحمض النووي الفيروسي الموصوف حتى الآن ، فإن أكثرها تعقيدًا هو الحمض النووي لفيروس الهربس. يبدو أن الجينوم هنا يتكون من جزأين كبيرين متصلين ، ولكل منهما تسلسل طرفي متكرر. هناك أربع طرق ممكنة لربط جزأين من هذا القبيل من طرف إلى طرف ، ويبدو أن جميعها تحدث في كل تحضير للفيريونات.
أكبر فيروس معروف ، فيروس اللقاح ، لديه جينوم من 15-10 8 دالتون. يبدو أن الحمض النووي المعزول من تحضير جديد للفيروسات مرتبط بشكل متقاطع لأنه لا ينقسم إلى شقين. أحد النماذج الممكنة لمثل هذا الجزيء هو هيكل حلقة عملاقة غير مغيرة للطبيعة تتشكل عندما يتم إغلاق نهايات اللولب المزدوج الخطي.
بالإضافة إلى الاختلافات المثيرة للاهتمام في شكل الجزيء وفي بنية نهايات الحمض النووي الفيروسي ، هناك أيضًا اختلافات كبيرة في حجم الجينوم. من بين أصغر الفيروسات "الكاملة" (أي الفيروسات التي يمكن أن تتكاثر في خلية مضيفة) هي الملتهمة Æ X174 ، والفيروسات الصغيرة ، والفيروسات الورمية ، والفيروسات متعددة الورم ، و SV40. من ناحية أخرى ، في العاثيات الكبيرة والفيروسات البشرية والحيوانية (حليمي ، الهربس واللقاح) يكون الجينوم أكبر بكثير - من 1 إلى 1.5. 10 8 دالتون ، لذلك يمكن أن يرمز لأكثر من 100 بروتين. في الواقع ، تم الآن تحديد أكثر من مائة جين في العاثية T4.
في عام 1953 ، قام ويات وكوهين باكتشاف غير متوقع ، مهم جدًا للتجارب اللاحقة: اتضح أن الحمض النووي للعاثيات T- حتى لا يحتوي على السيتوزين ، ولكن 5-هيدروكسي ميثيل سيتوزين. جعل هذا الاختلاف من الممكن دراسة الحمض النووي للعاثية بشكل مستقل عن الحمض النووي المضيف. تم اكتشاف الإنزيمات المشفرة بواسطة العاثية التي تغير عملية التمثيل الغذائي للخلية المصابة ، وتبدأ في تصنيع المكونات الضرورية للفيروس. هناك اختلاف كيميائي حيوي آخر في الحمض النووي للعاثمة وهو أن بقايا الجلوكوز مرتبطة بهيدروكسي ميثيل سيتوزين: هذا الأخير ، على ما يبدو ، يمنع انقطاع الحمض النووي للعاثية بواسطة بعض إنزيمات المضيف.
في المقابل ، في فيروسات الحيوانات ، لا يتم تعديل الحمض النووي أبدًا. على سبيل المثال ، على الرغم من أن الحمض النووي للخلية المضيفة يحتوي على العديد من القواعد الميثيلية ، فإن الفيروسات في أحسن الأحوال لا تحتوي إلا على عدد قليل من مجموعات الميثيل لكل جينوم. معظم الديوكسينوكليوتيدات الفيروسية غير معدلة ، وبالتالي فإن العثور على تعديلات لا شك فيها سيكون ذا أهمية كبيرة.
الحمض النووي الريبي الفيروسي
كانت أبحاث الحمض النووي الريبي الفيروسي أحد أهم مساهمات علم الفيروسات في البيولوجيا الجزيئية. أظهرت حقيقة أن النظام الجيني المكرر في فيروسات النبات يتكون فقط من الحمض النووي الريبي (RNA) أن الحمض النووي الريبي قادر أيضًا على تخزين المعلومات الجينية. تم تحديد قابلية RNA لفيروس موزاييك التبغ ، واتضح أن جزيئه بالكامل ضروري للعدوى ؛ هذا يعني أن التركيب السليم للحمض النووي الريبي عالي الوزن الجزيئي ضروري لنشاطه. ومن النتائج التي لا تقل أهمية عن الدراسات المبكرة التي أجريت على نفس الفيروس ، تطوير طريقة لعزل الحمض النووي الريبي عالي الوزن الجزيئي ودراسة خصائصه. كانت هذه الأساليب بمثابة أساس للدراسة أنواع مختلفةوجدت RNA في فيروسات أخرى.
تختلف أحجام فيروسات فيروسات الحمض النووي الريبي بشكل كبير - من 7. 10 6 دالتون في فيروسات بيكورنا حتى> 2. 10 8 دالتون للفيروسات القهقرية ؛ ومع ذلك ، يختلف حجم الحمض النووي الريبي ، وبالتالي كمية المعلومات الواردة فيه إلى حد أقل بكثير.
يحتوي الحمض النووي الريبي لفيروسات البيكورنا ، الذي ربما يكون الأصغر معروفًا ، على حوالي 7500 نيوكليوتيد ، بينما يحتوي الحمض النووي الريبي للفيروسات المخاطانية ، وهو ربما الأكبر ، على ما يقرب من 15000 نيوكليوتيد. على ما يبدو ، تحتاج جميع فيروسات الحمض النووي الريبي التي تتكاثر بشكل مستقل إلى بعض المعلومات الدنيا لنظام النسخ المتماثل وبروتين القفيصة ، لكنها تفتقر إلى المعلومات الإضافية المعقدة للغاية التي يمكن أن تمتلكها فيروسات الحمض النووي الكبيرة.
البروتينات الفيروسية
بالإضافة إلى البروتينات القفيصة التي تشكل "حالة" الحمض النووي ، تحتوي الفيروسات المغلفة أيضًا على بروتينات أخرى. يمكن العثور على أمثلة مماثلة بين الفيروسات في الحيوانات (بما في ذلك الحشرات) والنباتات والبكتيريا. بالإضافة إلى البروتينات التي تشكل "لب" البروتين النووي ، يمكن أن تحتوي الفيروسات أيضًا على بروتينات خاصة بالفيروس تم إنشاؤها في أغشية البلازما للخلايا المصابة وتغطي الجسيمات الفيروسية عندما تغادر الخلية أو "البراعم" من سطحها . بالإضافة إلى ذلك ، تحتوي بعض الفيروسات المغلفة على بروتين مصفوفة تحت الغشاء بين الغلاف والنيوكليوكابسيد. المجموعة الكبيرة الثانية من البروتينات الخاصة بالفيروسات هي بروتينات فيروسية غير قفيصة. ترتبط بشكل أساسي بتوليف الأحماض النووية الفيريونية.
تكوين الأحماض الأمينية للبروتينات الفيروسية
تم بناء بروتين جميع الفيروسات التي تمت دراستها حتى الآن من الأحماض الأمينية العادية التي تنتمي إلى سلسلة L الطبيعية. لم يتم العثور على الأحماض الأمينية د في تكوين الجزيئات الفيروسية. نسبة الأحماض الأمينية في البروتينات الفيروسية قريبة جدًا من تلك الموجودة في بروتينات الحيوانات والبكتيريا والنباتات. لا تحتوي البروتينات الفيروسية عادة على كمية كبيرة من الأحماض الأمينية الأساسية (أرجينين ، موسين) ، أي لا تنتمي إلى مجموعة البروتينات مثل الهستونات والبروتامين ذات الخصائص القلوية الواضحة. بتجاهل الأحماض الأمينية المحايدة ، يمكننا القول أن الأحماض ثنائية الكربوكسيل الحمضية تسود في البروتين الفيروسي. هذا صحيح بالنسبة للفيروسات ذات المحتوى المنخفض من الحمض النووي والفيروسات ذات المحتوى العالي من الحمض النووي الريبي والحمض النووي.
الوحدات الفرعية الكيميائية للبروتينات الفيروسية
تم تلخيص المواد المتوفرة حاليًا حول الوحدات الفرعية للبروتين الفيروسي ، ويمكن استنتاج أن مكون البروتين في الفيروسات ، مثل جميع البروتينات الأخرى ، مبني من سلاسل الببتيد. ترتبط الميزة الوحيدة لسلسلة عديد ببتيد البروتين الفيروسي بـ "إخفاء" كل من أو أي حمض أميني C- أو N- طرفي ، والذي ، على ما يبدو ، هو تكيف تطوري يعيق تدمير البروتين الفيروسي تحت تأثير البروتياز في الخلايا المضيفة. في الجسيمات الفيروسية ، تتفاعل سلاسل الببتيد بطريقة معينة مع بعضها البعض ، وتكتسب بنية ثانوية وثالثية. في هذا الشكل ، تكون سلاسل الببتيد هي الوحدات الفرعية الهيكلية للبروتين الفيروسي ، وعادة ما يتم ملاحظتها في المجهر الإلكتروني.
بعض الخصائص العامة للبروتينات الفيروسية
لا تمتلك سلسلة الببتيد الخاصة بالبروتين الفيروسي ، باستثناء "إخفاء" المجموعات الطرفية C أو N ، أي خصائص فريدة في حد ذاتها. يتحلل بسهولة بواسطة البروتياز ويعرض خاصية القابلية المعتادة للببتيدات فيما يتعلق بعدد من العوامل الفيزيائية والكيميائية. في الوقت نفسه ، تتميز القشرة البروتينية للفيروسات ككل بعدد من الميزات الفريدة. بادئ ذي بدء ، ينبغي للمرء أن يلاحظ مقاومة الجسيمات الكاملة للإنزيمات المحللة للبروتين ، التي تتحلل بسهولة بروتينات الأنسجة. في الوقت نفسه ، تشير بعض الدراسات إلى تعطيل جزئي أو كامل لكل من مستحضرات الفيروس المنقى والمستخلصات المحتوية على الفيروس بعد الحضانة بأنواع مختلفة من الإنزيمات المحللة للبروتين.ومن الغريب أنه حتى الفيروسات وثيقة الصلة يمكن أن تختلف على ما يبدو في الحساسية تجاه البروتياز. وبالتالي ، لم تتغير العدوى ولا نشاط التراص الدموي لفيروسات الأنفلونزا A و C بعد الحضانة مع التربسين ، بينما في ظل ظروف مماثلة ، انخفضت العدوى من تحضير فيروس الأنفلونزا B بنسبة 87 ٪ ، بينما لم يتغير عيار الهيماجلوتينين. عند تقييم حساسية نوع أو آخر من الفيروسات للإنزيمات المحللة للبروتين ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أيضًا أن الفيروسات تظهر حساسية تفاضلية لمختلف أنواع البروتياز. فيروس الوقس ، على سبيل المثال ، المقاوم للتريبسين والكيموتريبسين ، يتم هضمه بسرعة نسبيًا بواسطة البابوين. ومع ذلك ، بغض النظر عن كيفية حل مسألة تأثير البروتياز على بعض الفيروسات لاحقًا ، يجب أن نتذكر أن مقاومة الأنزيم البروتيني منتشرة على نطاق واسع خاصية الغلاف البروتيني للفيروسات السليمة. لذلك ، عند عزل الفيروسات ، غالبًا ما تستخدم معالجة المستحضرات الفيروسية بالإنزيمات البروتينية لإزالة ملوثات البروتين. لا ترتبط مثل هذه المقاومة الفريدة للفيروسات ضد البروتياز بالخصائص الفردية للبروتين الفيروسي على هذا النحو ، لأنه مع التلف الجزئي أو التمسخ الطفيف للكرات الفيروسية ، وكذلك مع عزل البروتين الفيروسي في شكله النقي ، يتم هضم الأخير بسهولة عن طريق البروتياز. لذلك ، لا يمكن تفسير مقاومة الجزيئات الفيروسية لعمل الإنزيمات المحللة للبروتين بأي شذوذ في تكوين الأحماض الأمينية أو وجود نوع خاص من الروابط. ترجع خاصية الفيروسات هذه إلى السمات الهيكلية للجسم ككل ، أي هيكل البروتين الثالث والرباعي ، وهو ذو أهمية بيولوجية كبيرة ، حيث تتكاثر الفيروسات في الخلايا التي تحتوي على عدد كبير من الإنزيمات المحللة للبروتين. الميزة الثانية للبروتين الفيروسي ، كقاعدة عامة ، هي المقاومة العالية لعدد من العوامل الفيزيائية والكيميائية ، على الرغم من عدم وجود أنماط عامة يمكن ملاحظتها في هذا الصدد. بعض الأنواع الفيروسية، التي تتحمل ظروف معالجة قاسية بشكل غير عادي ، يمكن تعطيلها تحت تأثير عامل بريء مثل انخفاض أو زيادة تركيز الملح ، التجفيد ، إلخ. حتى في T-phages ، يمكن فصل الحمض النووي عن قذائف البروتين ("الظلال") بسهولة عن طريق التغيير السريع في الضغط التناضحي ، ما يسمى بـ "الصدمة التناضحية" ، بينما لا تستجيب T-phages الفردية للانخفاض السريع في تركيز الملح في الوسط.
تختلف الفيروسات أيضًا بشكل حاد في ثباتها في المحاليل الملحية. يعد فيروس الورم الحليمي الأرانب أحد أكثر الأمراض استقرارًا في هذا الصدد ، والذي لا يفقد نشاطه لأشهر في محلول كلوريد الصوديوم بنسبة 2٪ وفي محلول كبريتات الأمونيوم نصف مشبع ويستمر لعقود في محلول جلسرين بنسبة 50٪ ، بناءً على الحقائق المذكورة أعلاه ، يمكنك حقًا التوصل إلى نتيجة مفادها أن هناك أنواعًا مستقرة جدًا وقابلة للتغير من الفيروسات ، ولكن غالبًا ما تتميز الفيروسات بالحساسية الانتقائية لأي نوع معين من التأثيرات جنبًا إلى جنب مع الاستقرار الكافي لرابطة البروتين النووي مع عدد من العوامل البيئية الأخرى . لا يمكن اعتبار استقرار هذا الفيروس أو ذاك لتأثيرات معينة أمرًا ثابتًا ، إلى الأبد ، نظرًا لخصائص الأنواع. يمكن أن يخضع هذا الجسيم ، إلى جانب الخصائص الأخرى للجسيم الفيروسي ، لأكثر التغييرات جذرية نتيجة للطفرة. عند تقييم ثبات الجزيئات الفيروسية ، يجب أن يوضع في الاعتبار أيضًا أن التعطيل الفيزيائي والبيولوجي للفيروسات لا يتطابق دائمًا. غالبًا ما تتطابق هذه المفاهيم في حالة الفيروسات البسيطة التي تفتقر إلى الهياكل المتخصصة المسؤولة عن إصابة الخلايا ، ويتميز التركيب الفيزيائي والكيميائي للجزيئات الفيروسية بدرجة عالية من التجانس ونفس المستوى من الحساسية لأنواع مختلفة من التأثيرات. في الفيروسات الأكثر تعقيدًا ، غالبًا ما يرتبط التعطيل البيولوجي بتلف الهياكل المتخصصة التي تحدد امتزاز الجسيمات الفيروسية أو إدخال حمض نووي في خلية مصابة ، على الرغم من أن الجسيم الفيروسي ككل يظل سليمًا. من خلال النظر في البيانات المتعلقة باستقرار الجزيئات الفيروسية والتغيرات في هذه الخاصية أثناء عملية الطفرة ، يصبح من الواضح أنه لا يمكن إنشاء انتظام عالمي في هذا الصدد. يتم تحديد استقرار الفيروس لبعض العوامل الفيزيائية والكيميائية من خلال مجمل خصائص البنية الأولية والثانوية والثالثية للبروتين والحمض النووي ، بالإضافة إلى تفاعلهما.
Messenger RNA (mRNA) - ناقل وسيط
المعلومات الجينية
ظهرت الآلية التي يتم من خلالها "نسخ" المعلومات الجينية للحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي الرسول ثم ترجمتها إلى بروتين بعد عدة سنوات من إدراك علماء الأحياء الجزيئية أن تسلسل النوكليوتيدات في الحمض النووي للجينات مسؤولة بشكل مباشر عن تسلسل الأحماض الأمينية للبروتين. حقيقة أن بعض فيروسات النبات والحيوان تحتوي على الحمض النووي الريبي كمادة وراثية ، وأن الحمض النووي الريبي الفيروسي نفسه معدي ، تشير بالفعل إلى الدور الوسيط المحتمل للحمض النووي الريبي في نقل المعلومات الجينية. عندما تنبأ جاكوب ومونود بوجود وسيط قصير العمر وغير مستقر بين الجينات وجهاز تخليق البروتين ، كان البحث عن جزيء RNA بهذه الخصائص قد بدأ بالفعل. الدلائل الأولى على وجود الحمض النووي الريبي العاثية ، والذي تم تصنيعه حديثًا بعد الإصابة بالعاثيات وكان مرتبطًا بالريبوسومات البكتيرية الموجودة مسبقًا. تم الحصول على الدليل النهائي لدور mRNA في تخليق polypeptides في تجارب مع نظام تخليق البروتين الخالي من الخلايا. يمكن برمجة مقتطفات من خلايا الإشريكية القولونية الطبيعية لتخليق بروتينات فاجية محددة من النوع F2 عن طريق إضافة الحمض النووي الريبي من هذه العاثية.
بعد ذلك ، تم تحديد مرنا ودراسته في كل من الخلايا البكتيرية والحيوانية. في وقت لاحق ، تبين أن العديد من جزيئات الرنا المرسال ، الفيروسية وغير الفيروسية ، قادرة على برمجة تخليق بروتينات معينة في مجموعة متنوعة من المستخلصات الخلوية. أكد هذا أن خصوصية تخليق البروتين في أنظمة مختلفة تعتمد على الرنا المرسال وليس على نظام تصنيع البروتين. في جميع الخلايا ، كانت المرحلة الأولى من التعبير الجيني هي "نسخ" الحمض النووي مع تكوين الرنا المرسال المقابل.
الكربوهيدرات
المكون الرابع الموجود أحيانًا في المستحضرات الفيروسية المنقى هو الكربوهيدرات (الزائدة عن محتوى السكر في الحمض النووي). الجلوكوز والجنتيبوز ، الموجودان في T-even وبعض العاثيات الأخرى ، هي مكونات حمض نووي وتناقش في القسم الخاص بتكوين DNA و RNA. بالإضافة إلى هذه الكربوهيدرات "الإضافية" ، يمكن أن تحتوي العاثيات أيضًا على عديد السكاريد الأخرى. المجموعة الوحيدة من الفيروسات التي تم إثبات وجود الكربوهيدرات فيها بدقة هي فيروسات الحيوانات ، على الرغم من أن المؤلفين المختلفين يقدمون بيانات متناقضة للغاية حول التركيب الكمي والنوعي لمكون الكربوهيدرات لديهم. يحتوي تكوين الأجسام الأولية لفيروس الأنفلونزا وطاعون الطيور التقليدي على ما يصل إلى 17٪ من الكربوهيدرات.
إنزيمات الفيروس
جوانب المشكلة
يمكن استخدام مصطلح "إنزيمات الفيروسات" بالمعنى الضيق والواسع للكلمة. في الحالة الأولى ، يشير هذا إلى النشاط الأنزيمي المرتبط باستراحة الجزيئات الفيروسية ، مع فيروس خارج الخلية. يشير التفسير الواسع لهذا المصطلح إلى المجموعة الكاملة لأنظمة الإنزيم المشاركة في تخليق الفيروس في خلية مصابة ، أي إنزيمات فيروس داخل الخلايا يتكاثر.
لقد ثبت أن وجود إنزيم واحد في المستحضرات الفيروسية هو ظاهرة نادرة إلى حد ما ، والتي تم إثباتها الآن بيقين تام لأنشطة الليزوزيم والفوسفاتوز للعاثيات ونشاط النيوترامينيداز للفيروسات المخاطية. في جميع الحالات الأخرى ، لم يتم الحصول على دليل مقنع على الأصل الفيروسي الفعلي للإنزيم الذي تم تحديده ، أو ، على العكس من ذلك ، تم إثبات أصل نشاط الإنزيم من التلوث الخلوي.
مكونات الفيريون بخلاف الأحماض النووية والبروتينات
وأهم هذه المكونات التي سبق أن ذكرناها هي الطبقة المزدوجة من الدهون والتي تشكل الجزء الأكبر من الغلاف الخارجي في تلك الفيروسات التي تحتوي عليها. يُعتقد أن دهون الغلاف يتم استعارةها ببساطة من غشاء البلازما للخلية المضيفة ، وبالتالي ، بالمعنى الدقيق للكلمة ، لا يمكن اعتبارها "خاصة بالفيروس". في الواقع ، قد تحتوي فيروسات الباراميكس التي تتكاثر في خلايا مختلفة على دهون مختلفة. لذلك ، تعتمد خصوصية الغلاف الفيروسي على البروتينات السكرية الفيروسية الموجودة على سطحه. تحتوي مستحضرات الفيريون عالية النقاوة على عدد من المكونات ذات الوزن الجزيئي المنخفض ، والتي تكون وظيفتها واضحة في بعض الحالات. تم العثور على مادة البولي أمين في العاثيات والفيروسات من الحيوانات والنباتات. من الممكن أن تكون وظيفتهم الفسيولوجية الوحيدة هي تحييد الشحنة السالبة للحمض النووي. على سبيل المثال ، يحتوي فيروس الهربس على كمية كافية من الحيوانات المنوية لتحييد نصف الحمض النووي الفيروسي ، ويحتوي الغلاف الفيروسي أيضًا على spermidine.
تحتوي بعض فيروسات النبات (تجعد اللفت ، تبقع الفول ، فسيفساء التبغ) على ثنائي (3-أمينوبروبيل) أمين. يُعتقد أن هذا البوليامين ، مثل البولي أمينات الملتهمة ، يحيد شحنات الحمض النووي الريبي الفيروسي ؛ نظرًا لأنه لم يتم العثور عليه في الأوراق السليمة ، فمن المحتمل أنه يتم تصنيعه فقط في الخلايا المصابة.
أنواع تنظيم الفيروسات
المكون الهيكلي الرئيسي للفيريون هو القفيصة ، التي تحتوي على الحمض النووي. تصنع الكابسيدات من وحدات بروتينية فرعية مجمعة بطريقة محددة جيدًا وفقًا لمبادئ هندسية بسيطة نسبيًا. هذا هو السبب في أن قفيصة فيروسات مختلفة تمامًا ، مثل العاثيات أو فيروسات الحيوانات أو فيروسات النبات ، يمكن بناؤها تمامًا وفقًا لنفس الخطة ولا يمكن تمييزها عمليًا من الناحية الشكلية.
استنتج كريك وواتسون ، استنادًا إلى حقيقة أن المعلومات الجينية الموجودة في الحمض النووي للفيروس غير كافية للفيروس لتشفير العديد من البروتينات المختلفة ، وخلصوا إلى أن أغلفة الفيروسات يجب أن تُبنى من العديد من الوحدات الفرعية المتطابقة. هناك نوعان من التنظيم حيث يمكن للوحدات الفرعية غير المتماثلة المتماثلة ، مثل جزيئات البروتين ، أن تتحد مع بعضها البعض لتشكيل قفيصة منتظمة: التجمع الحلزوني وتشكيل أغلفة بروتينية مغلقة. وفقًا لذلك ، يوجد نوعان فقط من القفيصات: حلزوني ومتساوي القياس (أو شبه كروي) ؛ تقع أغطية جميع الفيروسات في إحدى هاتين الفئتين. يتكون كل نوع من هذه الهياكل بواسطة بروتينات قفيصة في عملية تسمى التجميع الذاتي. تحدث هذه العملية فقط إذا كانت مواتية بقوة. هذا يعني أنه من بين جميع الأشكال الممكنة للقفيصة ، يتم تحقيق الشكل الذي يتوافق مع الحد الأدنى من الطاقة الحرة لبروتينات معينة من الفيروس المحدد. وبالتالي ، يتم تحديد الشكل والحجم الفعلي للقفيصة من خلال الشكل المحدد لجزيئات البروتين ، وهي الوحدات الفرعية التي تم بناء الكابسيد منها ، وطبيعة الروابط التي تشكلها هذه الوحدات الفرعية مع بعضها البعض. يعتمد استقرار الهيكل الذي ينشأ في النهاية على عدد وقوة الروابط الضعيفة المتكونة بين البروتينات التي تشكل القفيصة المحددة. كلما زادت الطاقة الحرة المنبعثة أثناء تجميع الكابسيد ، زادت قوة القفيصة المجمعة.
قفيصة لولبية. تحتوي فيروسات العديد من فيروسات النبات وعدد من العاثيات على قفيصة حلزونية عارية ، بدون غلاف خارجي. أفضل فيروس تمت دراسته في هذه المجموعة هو TMV.
TMV كابسيدات هي قضبان صلبة نسبيًا في الهيكل. قفيصة واحدة على الأقل من الملتهمة تكون صلبة بنفس القدر في الهيكل. قفيصة فيروسات نباتية أخرى ، مثل فيروس اليرقان في بنجر السكر وفيروس البطاطس X ، هي أيضًا قضبان لولبية ، لكن هذه القضبان مرنة. القفيصات الحلزونية لعدد من فيروسات الحيوانات ذات الغلاف الخارجي مرنة أيضًا. تشير مرونة هذه الكابسيدات ذات الشكل القضيبي إلى أن الوحدات الفرعية التي يتم بناؤها منها تشكل روابط أضعف وأكثر قدرة على الحركة مع بعضها البعض من تلك التي تتشكل بين الوحدات الفرعية لقضبان من نوع TMV virion.
قفيصات متساوية القياس (شبه كروية). تكون قفيصة العديد من الفيروسات متطابقة تقريبًا في شكلها مع كرة ، لكن الفحص المجهري الإلكتروني يوضح أن هذه القفيصات ليست في الحقيقة كريات ، ولكنها متعددة السطوح منتظمة. تسمى هذه الكبسولات متساوية القياس ، لأن أبعادها الخطية على طول المحاور المتعامدة متطابقة.
قفيصة معقدة. أظهرت الدراسات المصلية والصرفية للقفيصات أنها هياكل معقدة. يمكن أن يكشف التحليل المجهري الإلكتروني المفصل لهيكل الكابسيدات الموجودة على سطحها عن نتوءات ، وتسمى بخلاف ذلك المسامير ، والتي توجد عادةً على كل من القمم الاثني عشر للعشروني الوجوه. تلعب هذه المسامير دورًا مهمًا في بدء العدوى. تم وصف العاثية "المشعرة" في الأدبيات ، حيث تمتد العديد من الألياف من سطح رأس الفيريون.
أكبر العاثيات لها عمليات ، "ذيول". هذه العمليات هي الأعضاء التي من خلالها تلتصق العاثيات بسطح البكتيريا المضيفة. هناك القليل من الكيانات البيولوجية المدهشة أكثر من العاثيات التائية.
يتم تجميع فيريونات هذه العاثيات من أكثر من 50 بروتينًا مختلفًا ولها بنية منظمة للغاية ومعقدة ومنتظمة. الطوق واللوحة القاعدية لهذه العاثيات لها تناسق سداسي. الغلاف البروتيني لرأسهم عبارة عن عشروني مجسم مشوه مع صف إضافي من الوحدات الفرعية ، ونتيجة لذلك يكون أطول في اتجاه واحد عن الآخر. يتم ربط النتاج السداسي لمثل هذه العاثية بطريقة ما بأعلى الرأس وفقًا لخطة التناظر الخماسي. أثناء تجميع الملتهمة T4 ، تتشكل الفيريونات أحيانًا مع نموين بدلاً من واحد. تحتوي العديد من فيروسات الحيوانات وبعض الفيروسات النباتية وفئة واحدة على الأقل من العاثيات على غلاف خارجي يحيط بكبسولاتها. الهيكل المتكامل لهذه الأغشية ، مثل جميع الأغشية البيولوجية الأخرى ، هو طبقة مزدوجة من الدهون الفسفورية ، حيث يتم غمر جزيئات بروتينات معينة. في الحالات التي توجد فيها الطبقة المزدوجة من الدهون الفوسفورية على سطح الفيريون ، وبالتالي ، يسهل الوصول إليها من الأثير أو المذيبات الدهنية الأخرى ، يتم تدمير الفيروسات بسهولة وتعطيلها بواسطة هذه المذيبات. الفسفوليبيدات للأغلفة الخارجية للفيروسات متطابقة أو متشابهة مع دهون الخلية المضيفة ، والتي ، على سبيل المثال ، من سمات معظم قذائف الفيروسات الحيوانية ؛ في حالات أخرى ، لوحظت اختلافات واضحة بين الفوسفوليبيد. تتشكل قذائف الفيروسات الحيوانية كجزء من البلازما أو الغشاء النووي للخلية. تُظهر الصور المجهرية الإلكترونية للخلايا المصابة بالفيروس أن بروتينات الفيروس تظهر في مناطق صغيرة من غشاء البلازما للخلية ، والتي تهاجر إليها قفيصة الفيروس لاحقًا ، مما يؤدي في النهاية إلى تكوين الفيروس وتبرعمه. ومع ذلك ، يجب التأكيد على أنه ليست كل فيروسات الحيوانات لها فيروسات شبه كروية. على سبيل المثال ، تتشكل فيروسات الفيروسات الرمادية على شكل رصاصة. تتشكل قوقعتها ، مثلها مثل فيروسات الحيوانات الأخرى ، نتيجة للتبرعم من غشاء البلازما للخلية. تعد قذائف الفيروسات الأخرى ، مثل فيروس الجدري ، أكثر تعقيدًا وتتشكل بالكامل في سيتوبلازم الخلية. هذه الفيروسات غير حساسة لعمل الأثير ، ولا تعبر التفاعلات المناعية مع بروتينات الخلية المضيفة ، وعلى ما يبدو ، تتكون فقط من مكونات خاصة بالفيروس.
المشاكل والمنهجية
جسيم الفيروس ، أو الفيريون ، هو شكل خامل وثابت من الفيروس. عندما تكون الفيروسات خارج الخلية ، فإنها لا تتكاثر ولا تحدث عمليات التمثيل الغذائي فيها. تبدأ جميع الأحداث الديناميكية - التخليق الحيوي للمكونات الفيروسية ، وتلف الكائن الحي المضيف - فقط عندما يدخل الفيروس إلى الخلية. حتى في المضيف متعدد الخلايا ، فإن الأحداث الحاسمة في العدوى الفيروسية تحدث على المستوى الخلوي. يحدث انتشار الفيروس نتيجة الدورات المتكررة لتفاعل الفيروس مع الخلايا وتشتت الفيروسات في البيئة خارج الخلية. كل ما نعرفه بالفعل عن المكونات المختلفة للفيريونات يشير إلى أن تنظيم هذه المكونات داخل الخلية المضيفة يجب أن يكون مختلفًا عن ذلك في جسيم الفيروس الحر. في الواقع ، في الخلايا المصابة بالفيروس ، هناك إعادة هيكلة عميقة للمادة الفيروسية ، وغالبًا أيضًا مكونات الخلية المضيفة. ينشأ نظام جديد- التنظيم الوظيفي المركب للخلايا الفيروسية ، والذي يتم تحديده من خلال تفاعل الوظائف الفيروسية والخلوية. تختلف الآليات النشطة لهذا المركب اختلافًا كبيرًا عن تلك الموجودة في الخلية غير المصابة.
مراحل النمو: القطع الناقص والتكرار والنضج
بمساعدة طرق مختلفة ، تم اكتشاف العديد من المواقف المختلفة ، والتي ، مع ذلك ، لديها شيء مشترك ، وهو أن التفاعل مع كل فيروس هو سلسلة محددة من الأحداث. كل فيروس هو كائن حي له عملياته الخاصة في التكوُّن والتكوين ، بالإضافة إلى ماضيه النشئي. ومع ذلك ، فإن دورات تطوير الفيروسات المختلفة ، إذا نظرنا إليها بالمعنى الواسع ، لها عدد من السمات المشتركة.
بعد أن يلتصق الفيروس بالخلية ، تحدث سلسلة من الأحداث تؤدي إلى إطلاق المادة الوراثية الفيروسية داخل الخلية. في هذه الحالة ، تتوقف إصابة الفيروسات عن الوجود كأبنية منظمة. نظرًا لأن إصابة الحمض النووي الفيروسي الحر تكون عادةً أقل بكثير من إصابة الفيروس بأكمله ، فإن إطلاق الجينوم الفيروسي وعبوره إلى الخلية المضيفة يترافق مع انخفاض أو اختفاء العدوى. هذه الظاهرة تسمى الكسوف. يمكن أن يحدث تغلغل الحمض النووي للفيروس في الخلية أثناء الإصابة طرق مختلفة. على سبيل المثال ، في العاثيات التي تحقن حمضها النووي بطريقة مستهدفة من خلال جدار الخلية البكتيرية ، يتم إطلاق الحمض النووي مباشرة على سطح الخلية. تلتصق بعض العاثيات بالسوط البكتيري أو الزغابات ثم تحقن مادتها الوراثية من خلال هذه العضيات أو تستخدمها للاقتراب من سطح الخلية. يمكن للفيروسات ذات الغلاف الخارجي أن تندمج مع غشاء الخلية ، وتخترق القفيصة الداخلية للفيروس بأكملها في سيتوبلازم الخلية ، وبعد ذلك يتم إطلاق الجينوم الفيروسي. بمجرد أن يصبح الجينوم الفيروسي خاليًا من البروتين ، يمكن أن يكون بمثابة مصدر للمعلومات لكل من النسخ والنسخ ، حيث يعمل كقالب للتخليق الحيوي للمنتجات المناسبة. يستمر تكاثر الجينومات الفيروسية عن طريق تكرار المواد الجينية ، أي DNA أو RNA. يحدث تكرار الحمض النووي في المقام الأول من خلال نفس الآليات البيوكيميائية مثل تكرار المادة الوراثية للخلية. يمكن تكرار جينوم الحمض النووي الفيروسي في الخلية المضيفة إذا كان الجينوم عبارة عن نسخة متماثلة يتم التعرف عليها بواسطة آلية النسخ المتماثل من أصل خلوي أو فيروسي. يمكن أن تشارك كل من الإنزيمات الخلوية والفيروسية في عملية النسخ المتماثل. في بعض الحالات ، لا يبدأ النسخ المتماثل إلا بعد سلسلة من الخطوات الأولية وإنشاء شروط خاصة. أثناء العدوى الفيروسية ، يمكن تجديد مجموعة الإنزيمات الخلوية - أحيانًا بسبب الإنزيمات التي تدخل الخلية عن طريق الفيروسات (اللقاح ، التهاب الفم الحويصلي ، فيروسات الإنفلونزا ، الفيروسات القهقرية) ، وأحيانًا بسبب الإنزيمات التي تم تصنيعها حديثًا كمنتجات للجينات الفيروسية. تم إثبات هذا الأخير ، على وجه الخصوص ، بالنسبة لبعض العاثيات ، التي يتطلب تكاثرها مكونات DNA خاصة. تحتوي هذه العاثيات على المعلومات اللازمة لتركيب الإنزيمات المقابلة. يمكن للفيروسات أيضًا تحفيز تخليق الإنزيمات التي تحفز التفاعلات التي تم إجراؤها سابقًا بمساعدة الإنزيمات الخلوية.
تتكاثر معظم الفيروسات المحتوية على الحمض النووي الريبي عن طريق عمل نسخ من الحمض النووي الريبي دون مشاركة قوالب الحمض النووي الوسيطة ، وبالتالي يمكن أن يحدث تكرارها في الخلايا مع تخليق الحمض النووي المثبط. تقوم هذه الفيروسات بتشفير نسخة RNA الخاصة بها.
لا تحتوي الخلايا المضيفة على هذا الإنزيم. في بعض مجموعات فيروسات الحمض النووي الريبي ، يتكاثر الحمض النووي الريبي على الحمض النووي التكميلي الوسيط المركب من الحمض النووي الريبي الفيروسي باستخدام النسخ العكسي. يتم إدخال هذا الإنزيم في الخلية المضيفة عن طريق الفيروس مع الحمض النووي الريبي الفيروسي. إن إدخال إنزيم فيروسي مركب بالفعل في الخلية ليس ظاهرة نادرة.
عدد مكونات جهاز التخليق الحيوي الذي يمكن للفيروس ترميزه محدود بحجم الجينوم الفيروسي. تحتوي أصغر الفيروسات على حوالي 10 6 دالتون من DNA أو RNA. نظرًا لأن نسبة الأوزان الجزيئية للحمض النووي المشفر إلى البروتين المشفر هي تقريبًا 9: 1 للحمض النووي الريبي أو الحمض النووي أحادي الجديلة و 18: 1 للحمض النووي المزدوج الشريطة ، فإن هذه الفيروسات قادرة على تصنيع عدد قليل فقط من البروتينات ، وعادة هذه ليست سوى البروتينات الهيكلية للفيريون. من الواضح أن جميع الفيروسات تعتمد إلى حد كبير على الجهاز الأنزيمي للخلايا المضيفة. حتى أن بعض الفيروسات تحتاج إلى مساعدة من فيروسات أخرى. على سبيل المثال ، يتكون الحمض النووي الريبي التابع لفيروس نخر التبغ من 1200 نيوكليوتيد فقط ، وتتكون الوحدة الفرعية لبروتين القفيصة التي يشفرها هذا الحمض النووي الريبي من 400 بقايا من الأحماض الأمينية. من الواضح أنه لن يكون هناك مساحة كافية لأية معلومات أخرى في جينوم هذا الفيروس. لذلك ، فهو قادر على التكاثر فقط في تلك الخلايا المصابة في وقت واحد بفيروس نخر التبغ. يعمل هذا الأخير كمصدر للنسخة المتماثلة الضرورية. هناك أمثلة أخرى للفيروسات التي تعيش في الظروف الطبيعية فقط بفضل الفيروسات المساعدة التي تصيب نفس الخلايا.
أثناء تكاثره ، لا يرتبط الحمض النووي الفيروسي ببروتينات معينة موجودة في الفيروسات الناضجة. في ظل ظروف معينة ، يحدث تكاثر الحمض النووي عندما يتم تثبيط تخليق البروتين كيميائيًا. أثناء العدوى التي تؤدي إلى تكوين وإطلاق جزيئات فيروسية جديدة ، يبدأ تخليق بروتينات الفيريون عادة بعد أن يكون تكاثر الحمض النووي قد تكشّف بالفعل. نتيجة لتخليق هذه البروتينات ، يتراكم صندوق من السلائف ، والذي يعمل كمصدر للمواد المستخدمة في تجميع الكبسولات. النضج هو عملية معقدة ولا رجعة فيها: لا يتم إطلاق الحمض النووي ولا البروتينات الهيكلية الموجودة في القفيصة الكاملة أو جزء منها مرة أخرى في نفس الخلية. وهكذا ، أثناء تجميع القفيصة ، يتم استبعاد الجينوم الفيروسي من مجموعة الحمض النووي المتكاثر ، ويتم استبعاد بروتينات القفيصة من مجموعة سلائف البروتين. إذا كان للفيروسات غلاف خارجي ، فإنها تنضم إلى القفيصة لاحقًا ، إما في سيتوبلازم الخلية ، أو عند التفاعل مع غشاء الخلية. إن عملية التجميع هذه ، بما في ذلك مراحل ملء السلائف ، تجعل من الممكن تفسير ظاهرة الاختلاط المظهري ، عندما تتشكل الفيروسات ذات القفيصات المكونة من وحدات فرعية مشفرة بواسطة جينومات مختلفة في خلية مصابة بفيروسين مختلفين ولكن متوافقين.
يتم إطلاق الفيروسات المشكلة حديثًا في البيئة الخارجية (غالبًا مع أشكال غير ناضجة) إما نتيجة لتحلل الخلية المضيفة الناجم عن الإنزيمات الفيروسية ، كما في حالة إصابة البكتيريا بالعاقمات ، أو عن طريق دفع أجزاء من السيتوبلازم ، أو أخيرًا عن طريق إطلاق الفيروسات الفردية أو مجموعاتها الصغيرة. يصعب إطلاق بعض فيروسات الحيوانات من الخلايا في المزارع المختبرية ؛ في الكائن الحي ، يتم تسهيل إطلاق هذه الفيروسات من الخلايا وانتشارها من خلال التقاط الخلايا المتضررة من الفيروس بواسطة الخلايا البلعمية وهضمها. عادة لا يتم إطلاق فيروسات النبات عن طريق تحلل الخلايا ، ولكنها تنتقل من خلية إلى أخرى عبر التقاطعات بين الخلايا.
تفاعل فج مع البكتيريا. المشاكل والظواهر الرئيسية
الارتباط والاختراق
يعد ارتباط فيريونات الملتهمة بالخلية البكتيرية رد فعل من الدرجة الأولى وعادة ما يحدث على سطح الخلية. هذا الأخير يختلف في تركيبته في أنواع مختلفة من البكتيريا. تلتصق بعض العاثيات بنواتج خاصة ، تسمى F و L-villi ، والتي تشارك في عملية الاقتران. ترتبط فيريونات المجموعة x العاثيات بشكل عكسي بالسوط البكتيري ثم تنزلق على طولها إلى سطح الخلية ، ويبدو أن هذه العملية يتم تسهيلها من خلال حركة السوط نفسها (نظرًا لأن الطفرات البكتيرية غير المتحركة ليست مضيفًا لهذه العاثيات). على سطح الخلية البكتيرية ، توجد مستقبلات محددة للعاثيات ، لكن البيانات عن طبيعتها محدودة للغاية. حقيقة أن العاثية غير قادرة على الامتصاص للطفرة البكتيرية لا تعني بالضرورة أن الطافرة قد فقدت المجموعات الكيميائية التي تعمل كمستقبلات الملتهمة - قد تكون هذه الأخيرة ببساطة مخفية بواسطة مكونات أخرى لجدار الخلية. لا تكون المستقبلات ضرورية دائمًا للخلية نفسها ؛ على سبيل المثال ، عندما تنمو البكتيريا في ظل ظروف درجة حرارة معينة ، يمكن أن تضيع.
من غلاف البكتيريا الحساسة للعاثية ، من الممكن استخراج مادة معينة قادرة على تعطيل العاثية. ربما تكون هذه المادة هي المستقبل نفسه أو أحد مكونات بنية المستقبل على سطح البكتيريا. يبدو أن المستقبلات نفسها تساهم فقط في الخطوة الأولى للامتصاص العكسي. من الممكن أن يشاركوا أيضًا في عمليات أخرى ، على وجه الخصوص ، في نقل أيونات الحديد. بعد التعلق بالعاثة ، لا تخضع البكتيريا لتغييرات شكلية ملحوظة لبعض الوقت (فترة كامنة) ، حتى لو أدت العدوى في النهاية إلى تحلل الخلية ، حيث يحدث التحلل دائمًا بشكل مفاجئ.
تغلغل جينوم الملتهمة في الخلية مصحوب بالفصل المادي للحمض النووي عن معظم بروتينات القفيصة التي تبقى في الخارج.
بالإضافة إلى الحمض النووي الملتهمة ، يتم أيضًا حقن كمية صغيرة من البروتين وبعض المواد الأخرى ، بما في ذلك قليل الببتيدات والبوليامين ، في الخلية البكتيرية. لا يُعرف دور هذه المواد في عملية تطور العاثيات ؛ بعضها عبارة عن بقايا تحلل بروتيني لبروتينات القفيصة أثناء تجميع الفيروسات. إذا كانت الخلايا البكتيرية قادرة على امتصاص الحمض النووي الحر من البيئة ، فيمكن لجينوم الملتهمة أن يدخلها أيضًا في شكل جزيئات DNA مجانية. هذه الظاهرة تسمى تعداء. قد تحدث قدرة البكتيريا على امتصاص جزيئات الحمض النووي كظاهرة طبيعية في بعض مراحل النمو ، كما لوحظ ، على سبيل المثال ، في B subtilis.
في بعض الحالات ، تحدث مثل هذه الحالة بشكل مصطنع ، على سبيل المثال ، في الإشريكية القولونية.
لا تختلف عملية تطور العاثية بعد تعداء العدوى اختلافًا جوهريًا عن تلك التي تحدث أثناء عدوى العاثية العادية ، باستثناء أنه في هذه الحالات لا توجد مقاومة ناتجة عن عدم وجود مستقبلات أو خصائص أخرى لغشاء الخلية.
ينتج عن اختراق جينوم الملتهمة في بكتيريا حساسة إما عدوى لايسوجينية أو ليستية ، اعتمادًا على طبيعة العاثية (وأحيانًا البكتيريا) والظروف البيئية مثل درجة الحرارة. في نوع التفاعل اللايسوجيني ، ينتقل جينوم العاثيات في شكل غير معدي بواسطة الخلايا البكتيرية من جيل إلى جيل ، ومن وقت لآخر في عدد معين من الخلايا ، يتم تصنيع الفيريونات المقابلة ، والتي تحلل هذه الخلايا ثم تنتقل في البيئة الخارجية. الخلايا اللايسوجينية المصابة مرة أخرى بهذه الفيروسات لا تتلاشى (لأنها محصنة ضد هذه العاثية) ، لذلك تستمر الثقافة اللايسوجينية في النمو بشكل طبيعي. يمكن الكشف عن وجود فيريونات حرة عن طريق تعريض الخلايا لأي سلالات بكتيرية غير لايسوجينية أخرى تفسدها هذه العاثية. تسمى العاثيات القادرة على تحلل البكتيريا التي تصيبها بالمعتدلة ، وتسمى العاثيات التي تفتقر إلى هذه القدرة بالضراوة. ومع ذلك ، يجب أن نتذكر أنه حتى العاثيات المعتدلة عند الإصابة الأولى للبكتيريا المعرضة لها تسبب عدوى منتجة في العديد من الخلايا أو حتى جميعها. يتطلب ظهور lysogeny والوقاية من نضوج virion وتحلل الخلايا سلسلة من الأحداث المحددة التي لا تحدث دائمًا مع كل بكتيريا مصابة. يختلف احتمال حدوث اللايسوجين أو العدوى الإنتاجية من فج إلى آخر ويعتمد على ظروف الزراعة.
العلاقة بين بنية الفيروس وظهور العدوى
تعمل الخيوط الطويلة (الليفية) للعملية على التعرف المحدد عن طريق الملتهمة في مناطق معينة على سطح الخلية المضيفة ، والتي ترتبط بها. تؤدي طفرات الجينات التي تشفر البروتينات الخيطية إلى تغيير أو فقدان كامل لقدرة العاثية على الارتباط بالخلية المضيفة. دليل آخر على الدور المهم لخيوط العمليات هو التجارب مع antiphage antisera ، والتي أظهرت أن الأجسام المضادة فقط لبروتينات الأجزاء البعيدة من أطراف الخيوط تمنع العاثية من الالتصاق بالخلايا.
يتم لف الخيوط حول العملية بحيث يتم دعم الجزء الأوسط من خلال "هوائيات" متصلة بالمكان الذي يتصل فيه الرأس بالعملية. من المحتمل أن يتم تشفير تخليق بروتين الهوائيات بواسطة جين wac. قد يؤدي ملامسة أطراف الخيوط مع مستقبل الخلية إلى تكشُّفها وتقويمها. من الخصائص المميزة للعاثية T4 ، والتي تُفقد بسهولة بسبب الطفرة والاختيار ، أن إطلاق خيوط العملية من "الهوائيات" يعتمد على L-tryptophan كعامل مساعد. يشير اعتماد استقامة الشعيرات والربط اللاحق للعاثية بالخلية على تركيز التربتوفان إلى أن اتصال بعض الخيوط بالخلية يمكن أن يسهل إطلاق الشعيرات المتبقية. تتطلب المرحلة التالية من التفاعل بين الملتهمة والبكتيريا الموضع المكاني الصحيح للصفيحة القاعدية للعملية ، والتي بدورها يمكن ضمانها عن طريق ملامسة جميع الخيوط الستة مع مستقبلات الخلية. على ما يبدو ، فإن ربط جسيم الملتهمة بمساعدة خيوط النمو يسمح لها بأداء حركات انزلاقية معينة على طول سطح الخلية حتى يتم العثور على موقع يمكن من خلاله إدخال الحمض النووي. في هذا الصدد ، فإن ملاحظة أن الارتباط غير القابل للانعكاس للعاثية بالخلية واختراق الحمض النووي الخاص بها يحدث فقط في مناطق معينة من الغشاء (هناك حوالي 300 منهم) ، حيث تشكل الأغشية السيتوبلازمية والخارجية اتصالات قوية مقاومة الصدمات التناضحية الخفيفة ، اتضح أنها مهمة للغاية. ربما يكون هذا صحيحًا بالنسبة للعاثيات الأخرى أيضًا. سيكون من المهم للغاية معرفة علاقة هذه المناطق بمواقع تخليق مكونات الغشاء ومستقبلات الملتهمة. في المرحلة التالية من التفاعل بين الملتهمة والخلية ، يتقلص غمد العملية ، ونتيجة لذلك يخترق القضيب غشاء الخلية. يتم تحفيز الانكماش بواسطة الصفيحة القاعدية ، والتي تغير شكلها تحت تأثير خيوط العملية. تشارك جميع الوحدات الفرعية البالغ عددها 144 وحدة في عملية الانكماش ، وتؤدي حركتها المشتركة إلى انخفاض مضاعف في طول الغمد. لقد تم اقتراح أن الطاقة اللازمة لتقلص الغمد يتم توفيرها بواسطة جزيئات ATP المرتبطة بالعاثية ، ولكن هذا لم يتم إثباته بشكل قاطع. يتم تقريب الجزء البعيد من القضيب من الغشاء السيتوبلازمي الداخلي ، ولكن لا يخترق بالضرورة من خلاله. يمكن أن يدخل الحمض النووي من العاثيات المعالجة باليوريا ذات الأغماد القصيرة والسيقان المكشوفة E coli spheroplasts حيث تتم إزالة الأغشية الخارجية والقشور الصلبة بالكامل أو تدميرها بشكل كبير. تؤدي الإصابة بالكرات الكروية التي تتم في وسط مفرط التوتر إلى تكوين ذرية عاثية طبيعية. يمكن إدخال جزيئات الحمض النووي الكاملة أو المجزأة في الخلايا الكروية ، والتي تتكاثر وتشارك في إعادة التركيب.
بطبيعة الحال ، لا تشارك المستقبلات السطحية في عملية إصابة البلاستيدات الكروية. لذلك ، يمكن أن تصيب لاقمات T4 المعالجة باليوريا طفرات الإشريكية القولونية المقاومة أو حتى البكتيريا المقاومة من الأنواع البعيدة. يتم حظر الارتباط بالبلازما الكروية لجزيئات الملتهمة المعالجة باليوريا بواسطة فوسفاتيديل جلسرين ، والذي ربما يكون أحد مكونات الأغشية التي تحفز إدخال الحمض النووي في الخلية.
إذا تمت إعادة إصابة جرثومة مصابة بالفعل بعاثة T-even بنفس العاثية بعد بضع دقائق ، فإن المجموعة الثانية من الملتهمة لا تشارك في التكاثر (ما يسمى بالاستبعاد أثناء العدوى الفائقة) ولا تنقل الحمض النووي الخاص بها للنسل. لقد ثبت أن الحمض النووي لجزيئات الملتهمة التي تدخل الخلية أثناء إعادة العدوى يتم تدميرها (تدمير أثناء العدوى الفائقة). تخضع كلتا العمليتين لسيطرة جينات الملتهمة المنشطة في الخلية المضيفة ، والتي يمكن أن تضعف وظيفتها بسبب الطفرات المقابلة.
جمعية virions
على عكس المراحل المبكرة من تطور الملتهمة ، فإن تجميع القفيصات والفريونات الكاملة لا تتم برمجته بالتعبير المتسلسل عن جينات الملتهمة. على ما يبدو ، يتم تصنيع جميع بروتينات الفيريون والبروتينات المتأخرة الأخرى ، مثل الليزوزيم العاثية ، بشكل متزامن إلى حد ما أو أقل ، وتتراكم ، وتشكل "تجمع السلائف". من هنا يتم استخلاصها عن طريق تفاعل محدد مباشر مع جزيئات بروتينية أخرى ، مما يؤدي إلى تكوينات تحتية يتم تجميعها بعد ذلك في فيروسات كاملة. أصبح المسار العام للتجميع واضحًا من نتائج التجارب في الجسم الحي مع العاثيات الطافرة ومن دراسة المحللة ؛ ومع ذلك ، بعد اكتشاف إمكانية تجميع أسلاف الملتهمة مسبقة التشكيل في المختبر ، هذا طريقة فعالةتم تلقي الكثير من المعلومات الجديدة. يتكون تجميع الفيريون من أربع مراحل رئيسية ، تؤدي إلى تكوين هياكل وسيطة تتفاعل مع بعضها البعض فقط في نقاط حرجة معينة.
- تتكون الصفيحة القاعدية لعملية الملتهمة من 15 بروتينًا ، تشارك أيضًا في تركيبها ، بالإضافة إلى البروتينات الرئيسية ، بعض الجينات الأخرى. من المثير للاهتمام أن الصفيحة تحتوي ، على ما يبدو ، على عدة جزيئات من إنزيمين مشفرين بواسطة فج - ثنائي هيدروفولات اختزال و ثيميديلات سينثيتاز ، بالإضافة إلى كمية معينة من حمض الفوليك.
- الصفيحة القاعدية المُجمَّعة ، بعد إضافة بروتين الجين B4 إليها ، تعمل كبذرة لتجميع جذع العملية ، الذي يتكون من 144 جزيءًا من منتج الجين 19. يتم تجميع غمد حول الجذع ، وهو بوليمر مبني من 144 جزيء من بنية الجين 18 المنتج. من غير الواضح كيف يتم تحقيق ثبات طول القضيب أثناء التجميع. من الممكن أن تكون هناك بعض البروتينات الخطية الأخرى التي تقيس المسافة المطلوبة ، أو أن التلامس مع الصفيحة القاعدية يعطي الوحدات الفرعية للقضيب مثل هذا التشكل المحدد الذي يحتوي على الحد الأدنى من الطاقة الحرة فقط في حالة حجم قضيب معين. تشير هذه الفرضية الأخيرة إلى أن عملية التجميع قد لا تكون ميكانيكية بحتة.
- تتكون قشرة رأس الملتهمة ، المبنية من أكثر من 10 بروتينات ، نتيجة نشاط العديد من الجينات. المنتج الرئيسي هو نتاج الجين 23 ، وهو جزء من الرأس النهائي فقط بعد الانقسام من جزء البولي ببتيد الرئيسي مع مول. يزن 10000. يتم إجراء تحلل البروتين بشكل أساسي بواسطة نتاج الجين 22 ، وربما أيضًا الجين 21 ، الذي لا يوجد في الفيروس الناضج. ومع ذلك ، فإن بروتين الجين 22 هو في الأساس بروتين داخلي ، والذي يتم هضمه ذاتيًا في النهاية إلى ببتيدات صغيرة ، والتي يبقى بعضها في رأس الملتهمة. هناك أيضًا بروتينات داخلية أخرى يتم هضمها جزئيًا بواسطة بروتين الجين 22.
- بعد نهاية التجميع المنفصل للرأس والعملية ، يتم الجمع تلقائيًا بين كل من المختبر والحي.
- تتكون خيوط العملية من نواتج أربعة جينات. يستمر تجميعها بشكل مستقل ، لكن يتم توصيلها باللوحة القاعدية فقط بعد توصيل الرأس والعملية. يتطلب هذا التفاعل بروتينًا من الجين 63 ، بالإضافة إلى التفاعل مع "الهوائيات" ، المتصلة بالطوق الموجود بين الرأس والعملية.
رأس العاثية له شكل محدد يحدده بروتين الجين 23 والبروتينات الأخرى. يتغير هيكلها نتيجة لطفرات الجينات المقابلة. يحتوي الرأس الطبيعي للعاثية 74 على شكل مجسم عشري عشري غير منتظم ، على طول المحور الطويل الذي يوجد فيه صف إضافي من الوحدات الفرعية ، يتكون من 840 نسخة من بروتين الجين 23. تقع الوحدات الفرعية للجين 20 بروتين في الأعلى . يعكس شكل الرأس هذا وجود قيود مكانية معينة تفرضها تفاعلات البروتين والبروتين. في غياب هذه القيود ، يتغير هيكل العاثية بشكل كبير.
الجراثيم l
Bacteriophage l هي عاثية معتدلة ، أي يمكن أن ينتقل من خلية إلى أخرى أثناء الإصابة ، أو ينتقل من جيل إلى آخر أثناء تكاثر سلالة بكتيرية معينة. في الحالة الأخيرة ، يُطلق على جينوم الملتهمة الكامنة اسم prophage ، وتسمى الخلايا التي تحمل مثل هذه النبضة اللايسوجينية. يمكن الكشف عن وجود جينوم الملتهمة في الثقافة اللايسوجينية عن طريق الإطلاق التلقائي للعاثية من جزء صغير من مجموعة الخلايا التي تطورت فيها العاثية تلقائيًا.
المضيف الطبيعي للعاثية l هو السلالة E coli K 12 ، والتي تمت دراسة علم الوراثة فيها جيدًا. لذلك ، تم اختيار phage l كهدف للبحث المكثف الذي يهدف إلى توضيح طبيعة lysogeny. تعتبر السلالة البرية الأصلية K 12 غير سامة بالنسبة للعاثية التي لا تشكل لويحات على هذه السلالة ، والتي ، مثل معظم البكتيريا اللايسوجينية ، محصنة ضد العاثية الموجودة فيها باعتبارها نفاذة. عادة ما تنتشر Phage l على متغيرات من السلالة K 12 "المستخلصة" من الناموس. تم العثور على هذه المتغيرات المستخرجة بكميات صغيرة بين الخلايا التي نجت بعد التشعيع الشديد. عند تكوين خط خلوي مستقر مستقر ، يجب استيفاء الشرطين التاليين. أولاً ، يجب أن تكون النبوة في خلية في مثل هذه الحالة بحيث تتلقى كل خلية ابنة نسخة واحدة منها على الأقل أثناء انقسام الخلية. في حالة العاثية l ، يتم حل هذه المشكلة عن طريق دمج الحمض النووي الخاص بها في الكروموسوم البكتيري ، ونتيجة لذلك يتم نسخ DNA prophage بشكل سلبي وفصله باستخدام جهاز الخلية المضيفة. ثانيًا ، يجب تنظيم تلك الجينات الفيروسية التي يُحتمل أن تكون منتجاتها قادرة على تعطيل سلامة الخلية بطريقة يمكن للخلايا أن تنمو وتتكاثر بأمان. يتم تحقيق ذلك عن طريق قمع نسخ الجينات. في الخلايا اللايسوجينية للعاثية l ، لا يتم نسخ أي من الجينات الفيروسية اللازمة لعدوى منتجة. تم العثور على كمية صغيرة جدًا من mRNA الفيروسي في الثقافات اللايسوجينية.
فيروسات حيوانية
الامتزاز والاختراق في الخلية
المراحل الأولى للعدوى الفيروسية مهما كان نوع الفيروس في السؤال، والتي تسمى تقليديا الامتزاز والاختراق و "نزع الملابس" (تدمير الغلاف الفيروسي). عادة ما يُفهم الامتزاز على أنه الاتصال الأساسي للفيروس بالخلية. غالبًا ما يكون هذا الاتصال ضعيفًا جدًا في البداية - امتصاص عكسي. ثم تزداد قوة الاتصال - امتصاص لا رجعة فيه. هذه المصطلحات قابلة للتطبيق على حد سواء لوصف المرحلة الأولى من الاختراق في خلايا أي فيروسات. مصطلح "الاختراق" خاطئ لأنه يشير إلى التأثير النشط على الخلية المهاجمة لجزء معين من الفيروس ، وهو ما لم يتم إثباته. من الأرجح أنه في كثير من الحالات تحدث بالفعل عملية مختلفة تمامًا - يؤدي ارتباط الفيروس بالخلية ، بسبب التكامل الفيزيائي والكيميائي بين سطح الفيروس وجزيئات المستقبل الموجودة على سطح الخلية ، إلى إحداث تغييرات في الخلية اللازمة لاختراق الفيروس فيها.
الصورة العامة لامتصاص الفيروسات الحيوانية
النتائج التي تم الحصول عليها في دراسة الامتزاز على خلايا مجموعة متنوعة من فيروسات الحيوانات (سواء مع أو بدون مغلف) تخلق الصورة العامة التالية لعملية ارتباط الفيروس بالخلية. تبدأ العملية بتصادمات عشوائية للعديد من الفيروسات مع سطح الخلية ، لكن تصادمًا واحدًا فقط من كل 10 ثوانٍ أو 10 4 يؤدي إلى تكوين رابطة بين الأجزاء المكملة جسديًا لسطح الخلية والفيريون. من الممكن أن تشارك أيونات وسط الثقافة أيضًا في تكوين هذه الروابط. يمكن تحقيق هذه الروابط بشكل مباشر من خلال نتوءات على سطح الفيروسات ، تتكون من بروتينات فيروسية خاصة ، مثل "المسامير" في الفيروسات المغلفة ، على سبيل المثال ، الفيروسات القهقرية ، وفيروسات التوغا والفيروسات المخاطانية ، أو خيوط البروتين (الألياف) الممتدة من قمم عشري الوجوه الفيروسات (على سبيل المثال ، بعض الفيروسات الغدية). قد يتكون موقع الارتباط الموجود على سطح الفيروس ، والذي يتفاعل مباشرة مع مستقبل الخلية ، من بروتين فيروسي بنيوي فردي ، أو قد يكون عبارة عن فسيفساء من عدة بروتينات قفيصة (على ما يبدو ، هذا هو الحال في فيروسات بيكورنا). المستقبل في جميع الحالات هو بروتين أو بروتين سكري موجود على سطح الخلية. هناك مستقبلات مختلفة على سطح الخلية ، كل منها خاص بالفيروس الخاص بها. إن خصوصية هذه المستقبلات ليست مطلقة ، مما يؤدي إلى إمكانية تجميع الفيروسات وفقًا لهذه الخاصية في "عائلات" غريبة. قد ترتبط الفيروسات المرتبطة ببعضها البعض في هذه السمة بطرق أخرى ، لكن هذا الشرط ليس إلزاميًا. قد يحتوي سطح الخلية المفردة من 10 4 إلى 10 5 نسخ من كل نوع من المستقبلات.
يجب التأكيد على أن حقيقة امتزاز الفيروس على الخلية لا تعني بأي حال بدء العدوى الفيروسية. يمكن أن تكون الروابط المتكونة أثناء الامتزاز بين الفيروس والخلية "ضعيفة" ، بينما يكون الامتصاص "قابلاً للانعكاس" ، أي يمكن للفيريون مغادرة سطح الخلية. ومع ذلك ، فإن بعض الفيروسات الممتصة على الخلية ترتبط بها بروابط أقوى "لا رجوع فيها".
تغلغل فيروسات حيوانية في الخلية و "نزع ملابسها".
المرحلة التالية بعد الارتباط القوي للفيريون بسطح خلية حساسة هي تغلغل الفيروس بأكمله أو جزء منه في الخلية وبداية تخليق بروتين خاص بالفيروس أو مرنا فيروسي. يمكن لعمليات مماثلة بشكل أساسي أن تكمن وراء الارتباط الأولي لفيروسات مختلفة بالخلية. على العكس من ذلك ، يمكن أن يحدث تغلغل الفيروسات في الخلية وتفعيل الجينوم الفيروسي بشكل مختلف في الفيروسات المختلفة. من الواضح أن الفيروسات المغلفة والعارية يجب أن تدخل الخلية نتيجة لعمليات فيزيائية كيميائية مختلفة. ساد الافتراض منذ فترة طويلة أن تغلغل الفيروسات المغلفة في الخلية ربما يعتمد على عملية مشابهة إلى حد ما لعملية "انصهار الغشاء" ، أو عملية "الاندماج". بالنسبة لهياكل البروتين الكبيرة نسبيًا مثل الفيروسات المجردة ، لا يُعرف لها سوى آلية واحدة لاختراق الخلية - وهي البلعمة ، وقد افترض منذ فترة طويلة أن مثل هذه الفيروسات تدخل الخلايا نتيجة لمتغير من البلعمة يسمى "viropexis ". في السنوات الأخيرة ، تم التعرف على تفاصيل مهمة أخرى تتعلق باختراق الفيروسات في الخلايا. في الواقع ، في بعض الحالات ، يكون المكون الوحيد للفيريون المسؤول مباشرة عن تخليق المكونات الجديدة للفيروس هو حمضه النووي ، وفي حالات أخرى يكون أيضًا الحمض النووي الريبي أو بوليميراز الحمض النووي جزءًا من الفيروس.
تكاثر فيروسات الحيوانات
أحد الفروق الحادة بين الفيروسات البكتيرية والفيروسات الحيوانية هو المدة غير المتكافئة لدورة التكاثر الفردية. وهكذا ، فإن دورة تكاثر واحدة ، حتى في أسرع فيروسات الحيوانات تكاثر ، تستمر من 5 إلى 6 جم ، وفي عدد من الفيروسات الأخرى - عدة أيام. بالإضافة إلى ذلك ، تسبب العديد من الفيروسات إصابات مستمرة فقط ، لا تموت فيها الخلايا المضيفة ، على الرغم من أن الفيروس يتشكل باستمرار في كل من ذريتها وفي أحفادها. ربما تعتمد دورة التكاثر الطويلة لفيروسات الحيوانات ، مقارنة بدورة التكاثر الأقصر لمعظم العاثيات ، على الأحجام النسبية للخلايا المضيفة المعنية.
ترتبط العديد من سمات الفيروسات الحيوانية بسمات محددة لبنية الخلايا حقيقية النواة. يتم تصنيع الحمض النووي لمعظم الفيروسات المحتوية على الحمض النووي في نواة الخلية. على العكس من ذلك ، يتم تصنيع بروتينات جميع الفيروسات دون استثناء في السيتوبلازم. يمكن أن تؤدي إصابة الخلايا بالفيروسات من حيث المبدأ إلى نتيجتين. يمكن للخلية المصابة إما أن تموت ، وتنتج كمية كبيرة من الفيروسات (نوع من التفاعل بين الفيروسات والخلايا) ، أو تستمر في العيش والانقسام ، وتخليق كميات صغيرة من الفيروس. تسمى ثقافات الخلايا المتكاثرة التي تنتج الفيروس بالعدوى المستمرة. يمكن لأي فيروس حيواني تقريبًا ، في ظل الظروف المناسبة ، أن يسبب عدوى مستمرة. علاوة على ذلك ، نادرًا ما تتلاشى العديد من الفيروسات الخلايا ، وعادة ما يتم إنشاء حالة توازن مستقر في الخلايا المصابة - يتم تكوين ثقافة خلوية مصابة باستمرار.
لقد ثبت أنه أثناء الإصابة بالعدوى اللايتية الناجحة في الخلايا المصابة ، تحدث خمسة أحداث مميزة ، والتي تتحقق بواسطة بروتينات نشطة وظيفيًا خاصة بالفيروس. خلال دورة واحدة من تكاثر الفيروس ، تتطور هذه الأحداث إما بالتوازي أو بالتتابع. يتم تحديد تسلسلهم الزمني من خلال الخصائص المحددة لكل فيروس. هذه هي الأحداث التالية: 1) قمع عدد من الوظائف الخلوية بواسطة الفيروس. 2) توليف mRNAs الفيروسية ؛ 3) تكاثر الجينوم الفيروسي ؛ 4) تشكل من virions. 5) إطلاق الفيروسات من الخلية.
وفقًا لقواعد الاقتران الأساسي وفقًا لـ Watson and Crick ، لكل جزيء RNA معين ، يمكن للمرء كتابة تسلسل النوكليوتيدات التكميلي. لتسهيل تصنيف الفيروسات ، يتم تحديد mRNA الفيروسي تقليديًا على أنه خيط "زائد" ، وتسلسله التكميلي على أنه حبلا "ناقص". بناءً على العلاقة الهيكلية بين الحمض النووي للفيريون و mRNA الخاص به ، يمكن تقسيم جميع فيروسات الحيوانات إلى ست فئات. بالطبع ، يمكن أيضًا تطبيق هذا التصنيف على العاثيات والفيروسات الحشرية والنباتية ، ولكن في الوقت الحالي من المعقول للغاية قصر تطبيقه على فيروسات الحيوانات.
تشمل الفئة الأولى فيروسات تحتوي على دنا مزدوج الشريطة ، مثل فيروس اللقاح
يتم تصنيع mRNA لهذه الفيروسات بنفس طريقة mRNA الخلوية ، يعمل جينوم الفيروس - DNA مزدوج الشريطة - كقالب لتخليق mRNA. تشتمل الفئة الثانية على فيروسات تحتوي على حمض نووي أحادي الجديلة. من المحتمل أن يكون mRNA الخاص بهم متماثلًا تمامًا مع الحمض النووي للفيريون في تكوين النيوكليوتيدات. لذلك ، يجب نسخ mRNA من خيط "ناقص" من DNA ، والذي هو جزء من الفيروس المركب المتضاعف الوسيط. تشمل الفئات المتبقية الفيروسات التي يكون فيها الجينوم هو RNA. تتضمن الفئة الثالثة فيروسات تحتوي على RNA مزدوج الشريطة ، مثل الفيروسات المتكررة. هذا الحمض النووي الريبي بمثابة مقدمة للتوليف غير المتماثل من mRNAs الفيروسية. اتضح أنه في جميع فيروسات الفئة الثالثة المكتشفة حتى الآن ، يكون الجينوم مجزأًا ، أي يتكون من العديد من الكروموسومات ، كل منها يشفر عديد ببتيد واحد. تحتوي فيروسات الفئة الرابعة على الحمض النووي الريبي زائد ستراند. جينوم هذه الفيروسات له نفس قطبية mRNA الخاصة بهم. تنقسم فيروسات هذه الفئة إلى فئتين فرعيتين. في فيروسات الفئة الفرعية Iva ، التي يتسم بها فيروس شلل الأطفال ، يتم تصنيع جميع البروتينات عن طريق ترجمة جزيء mRNA واحد. يتم بعد ذلك شق البروتين الناتج عن طريق الإنزيمات المحللة للبروتين لتشكيل بروتينات نشطة وظيفيًا. جميع الرنا المرسال لهذه الفيروسات لها نفس طول جينوم الرنا. تسمى فيروسات الفئة الفرعية Ivb أيضًا باسم togaviruses. يصنعون نوعين على الأقل من mRNA الفيروسي في الخلية: mRNA من نوع واحد له نفس طول virion RNA ، و mRNA من النوع الثاني هو جزء من virion RNA.
تسمى فيروسات الفئة V أيضًا "ناقص" - فيروسات RNA. وفقًا لتسلسل النيوكليوتيدات ، فإن الرنا المرسال لهذه الفيروسات مكمل لـ virion RNA. لذلك ، تحتوي virion على قالب لتخليق mRNA ، ولكن ليس لتخليق البروتين. هناك نوعان من الفئات الفرعية من فيروسات الفئة V. جينوم الفئة الفرعية من فيروسات Va هو جزيء واحد من RNA يتم نسخ عدد من mRNAs منه ، وجميع mRNAs لهذه الفيروسات التي تمت دراستها حتى الآن هي monocistronic. تحتوي فيروسات الفئة الفرعية Vb على جينوم مجزأ. يعمل كل جزء من أجزاء الجينوم كقالب يتم من خلاله نسخ نوع واحد فقط من جزيئات الرنا المرسال. يتم ترميز أحد هذه mRNAs بواسطة polycisternal والآخر بواسطة polycisternal polyproteins. تسمى فيروسات الفئة السادسة أيضًا الفيروسات القهقرية. هذه هي الأكثر غرابة من بين جميع فيروسات الرنا المعروفة ، لأنه عندما يتم نسخ الحمض النووي الريبي الخاص بها ، لا يتم تصنيع الحمض النووي الريبي ، كالعادة ، ولكن الحمض النووي ، والذي يعمل بدوره كقالب لتخليق الرنا المرسال. لذلك ، لا تختلف mRNAs لهذه الفيروسات و RNAs من فيريوناتها في القطبية عن بعضها البعض ، وبعضها متطابق في الطول. تنبع العديد من النتائج الرائعة من الخصائص المذهلة لهذه الأنظمة الجينية.
بالإضافة إلى فيروسات RNA:
فيروسات بيكور (الفئة الرابعة أ)
تُعرف فيروسات هذه الفئة الفرعية ، والتي تمت دراسة فيروس شلل الأطفال على نطاق واسع منها ، بشكل جماعي باسم فيروسات بيكوركا. وتشمل أيضًا فيروس مينجو وفيروس التهاب عضلة القلب (فيروسات بيكور الفئران المورين) وفيروسات الأنف (الفيروسات التي تسبب أحد أنواع أمراض الجهاز التنفسي الحادة لدى البشر - ما يسمى بالبرد) وفيروس مرض الحمى القلاعية.
فيروسات الطوغرافيا (الفئة الرابعة ج)
تشمل فيروسات Tog فيروسات جميع فيروسات RNA ، حيث يتكون نوعان من mRNA ، يختلفان في الحجم. يعكس اسم "togaviruses" سمات الغلاف الخارجي لفيروساتها. تم أخذ تركيب هذه القشرة في الاعتبار في قسم آخر ، ولكن هنا سنناقش فقط آليات RNA وتخليق البروتين الذي تستخدمه فيروسات هذه الفئة. قبل الانتقال إلى دراسة البيولوجيا الجزيئية لفيروسات التوغا ، من المثير للاهتمام أن نتذكر كيف تم اكتشاف فيروسات هذه المجموعة. وجد علماء الأوبئة أن العديد من الفيروسات التي تسبب المرض في الفقاريات تنقلها القراد أو البعوض.
عادة ما تكون فيروسات التوج الممرضة للإنسان متوطنة في أنواع حيوانية مختلفة ولا تنتقل إلى البشر إلا من خلال لدغة ناقل مفصليات الأرجل. فيروسات هذه المجموعة كانت تسمى arboviruses (بمعنى "تحملها المفصليات"). بعد ذلك ، أصبح من الواضح أن هذا الاسم يجمع بين فيروسات تختلف بشدة في خصائصها الكيميائية الحيوية. ما تشترك فيه عادة هو القدرة على التكاثر في كل من خلايا حاملة الحشرات وخلايا بعض الفقاريات. الجزء الرئيسي من الفيروسات المنقولة بالمفصليات ، وفقًا لخصائصها الكيميائية الحيوية ، ينتمي إلى فيروسات التوغا. من الناحية المصلية ، تنقسم فيروسات التوجا إلى مجموعتين (أ و ب) ، يشار إليهما حاليًا باسم فيروسات ألفا والفيروسات المفلطحة ، على التوالي. تشمل فيروسات توغا نوعين على الأقل من الفيروسات التي ليست من الفيروسات المنقولة بالمفصليات - فيروس الحصبة الألمانية والفيروس الذي يزيد من محتوى نازعة هيدروجين اللاكتات في دم حيوان مصاب.
فيروس التهاب الفم الحويصلي
تنقسم فيروسات الحمض النووي الريبي الناقص إلى ثلاث فئات مورفولوجية رئيسية: فيروسات ربد ، فيروسات باراميكس وفيروسات orthomyxovirus. فيما يتعلق بالاستراتيجية البيوكيميائية ، فإن فيروسات الرابد وفيروسات الباراميكس قريبة جدًا من بعضها البعض وتشكل غالبية فيروسات فئة Va المدروسة جيدًا. في هذا القسم ، سيكون التركيز على فيروس واحد فقط ، وهو فيروس التهاب الفم الحويصلي (VSV) ، حيث تمت دراسته بأكبر قدر من التفصيل. على الرغم من أن VVS هو مرض ممرض للماشية ، إلا أن الأمراض التي يسببها خفيفة ولا تؤدي إلى خسائر اقتصادية جسيمة. في مزارع الخلايا ، يتكاثر VVS بسرعة ويصل محصوله إلى عيار مرتفع. تموت الخلايا المصابة. عندما تصاب الخلايا الحساسة بالفيروسات الربدوية الأخرى أو فيروسات البارامكسيفيروس ، عادة ما تتطور عدوى مستمرة لا تؤدي إلى موت الخلايا. لذلك ، فإن دراسة أنظمة الخلايا الفيروسية هذه أكثر صعوبة. تحتوي فيروسات أورثوميكسوفيروس ، والتي من أشهرها فيروسات الإنفلونزا البشرية ، على جينوم مجزأ يتكون من عدد من السلاسل الفردية السالبة للحمض النووي الريبي.
إن VVS virion ، مثل فيريونات جميع فيروسات التوجا الأخرى ، مغطاة بقشرة خارجية ، ولكن على عكسها ، لها شكل رصاصة مميز. يأتي اسم "الفيروسات الرمادية" نفسها من الجذر اليوناني الذي يعني "قضيب" ، ويرجع ذلك إلى عدم تناسق هذه الجسيمات. يعكس الشكل النقطي للفيريون شكل القابس النوكليوكابسيد الخاص به ، وهو عبارة عن حلزون ملفوف ويحتوي على جزيء واحد من الحمض النووي الريبي مع مول. وزن 4. 10 6. لا يحتوي هذا الحمض النووي الريبي على أي من سمات الرنا المرسال المميزة للفيروسات حقيقية النواة: لا يوجد تسلسل متعدد (A) في نهايته الثالثة ، ولا يوجد "غطاء" في نهايته الخامسة. بالإضافة إلى ذلك ، فهي ليست معدية. وتتمثل وظيفتها في أنها تعمل كقالب لتخليق mRNAs الفيروسية ، وبالتالي فهي خيط ناقص من الحمض النووي الريبي. nucleocapsid لـ VVS هو هيكل مستقر للغاية ، والحمض النووي الريبي الموجود فيه محمي تمامًا من عمل الريبونوكلياز. القابس النوكليوكابسيدية لهذا الفيروس معدية ، لكن معدل العدوى الخاص بها منخفض للغاية. يحتوي VVS virion على خمسة بروتينات مختلفة ، ولا توجد بروتينات فيروسية أخرى في الخلايا المصابة. يُطلق على البروتين الذي يمثل الجزء الأكبر من بروتينات القفصنة النووية والفيريون ككل اسم البروتين N. تحتوي النوكليوكابسيد على كمية صغيرة من بروتينين إضافيين ، يُطلق عليهما البروتينان L ورقم 9. وهما يشاركان في تخليق الحمض النووي الريبي الفيروسي. تمتلئ المسافة بين غلاف النوكليوكابسيد والبروتين الدهني للفيريون بجزيئات بروتين فيروسي آخر يسمى بروتين M. وأخيرًا ، يقع البروتين G خارج الطبقة المزدوجة من دهون الغلاف ، مما يشكل نظامًا مرتبًا من النتوءات الموجودة على السطح من الفيريون.
على عكس فيروسات rhabd ، فإن الفيروسات المخاطانية ليس لها شكل يشبه الرصاصة ، ولكنها كرات غير منتظمة ، مما يعكس التعبئة الأقل ترتيبًا من nucleocapsids.
الأصداف الخارجية للفيروسات
من السمات الشائعة لفيروسات التوغا ، ناقص فيروسات الحمض النووي الريبي ، والفيروسات القهقرية أنها تحتوي على غلاف خارجي من البروتين الدهني يحيط بنواة البروتين النووي. آلية تكوين مثل هذا الظرف هي نفسها بالنسبة لجميع الفيروسات: يرتبط البروتين النووي بالسطح الداخلي للجزء المتغير من غشاء البلازما للخلية ، وعند الخروج من الخلية ، يكون محاطًا بهذا الغشاء المتغير. تسمى هذه العملية بالتبرعم ، ويسمى الجسيم الفيروسي الناتج في الفترة التي لا يزال فيها يرتبط بغشاء البلازما بالكلية. في الصور المجهرية الإلكترونية للمقاطع فائقة الرقة من الخلايا ، تظهر هذه البراعم بوضوح شديد ، لأنها قذائف معدلة بشكل مميز لغشاء البلازما.
هيكل الفيريون
يتضمن تكوين الفيروسات ذات الغلاف الخارجي ثلاث فئات رئيسية من البروتينات الهيكلية: بروتينات الصلصال ، وبروتينات المصفوفة ، وبروتينات نوكليوكابسيد. يتم تحديد البنية الكلية للفيريون من خلال الخصائص السطحية للطبقة الدهنية الثنائية التي تحيط بالقابسيد النووي. السطح الخارجي للطبقة الدهنية الثنائية مغطى ببروتين سكري ، والسطح الداخلي ملامس لبروتينات المصفوفة أو nucleocapsid. جميع الدهون الموجودة في الغلاف الخارجي للفيريون من أصل خلوي ، حيث لم يتم العثور على أي استقلاب للدهون خاص بالفيروس. تتشابه شحوم الفيريون كثيرًا في تركيبها مع دهون غشاء البلازما الخلوية المضيفة: فهي تشمل الكوليسترول والشحميات السكرية والفوسفوليبيدات. تختلف خلايا الأنواع المختلفة اختلافًا كبيرًا عن بعضها البعض في المكونات الدهنية لأغشية البلازما. لذلك ، فإن التركيب الدهني للفيروس المتكون في خلية معينة يتوافق تمامًا مع التركيب الدهني لغشاء البلازما.
تحتوي البروتينات السكرية الموجودة في أغلفة الفيروسات المختلفة على خصائص وخصائص محددة مشتركة بين جميع البروتينات السكرية الفيروسية. تقع جميعها على السطح الخارجي للفيريون ويمكن إزالتها بواسطة البروتياز. نظرًا لأن البروتياز يشق البروتينات السكرية فقط من فيريونات سليمة ، فمن الواضح أن جزيئات البروتين الفيروسي هذه فقط تبرز من طبقة ثنائية الدهون. وتجدر الإشارة إلى أن البروتياز يزيل فقط جزءًا من جزيء البروتين السكري. من الواضح أن الجزء الآخر ، "الساق" ، الذي يتكون من بوليببتيد شديد الكراهية للماء ، مغمور في طبقة ثنائية الدهون ولا يمكن الوصول إليه بالبروتياز.
جمعية الفيريون
في المرحلة الأولى من تكوين virion ، يحدث تخليق البروتينات الفردية. يبدو أن البروتينات من كل فئة من الفئات الثلاث يتم تصنيعها بشكل مستقل عن بعضها البعض وغالبًا على جزيئات mRNA منفصلة.
تتشكل البروتينات السكرية على الرنا المرسال المرتبط بالغشاء ولا توجد أبدًا في الحالة الحرة في الخلايا. "تنضج" جزيئات البروتين أثناء انتقالها من الشبكة الإندوبلازمية الخشنة إلى الشبكة الملساء ، ثم ربما إلى جهاز جولجي وأخيراً إلى غشاء البلازما للخلية. يحدث ارتباط الكربوهيدرات بالبروتينات عندما تتحرك الأخيرة على طول الأغشية داخل الخلايا. تصل في النهاية إلى سطح الخلية ، حيث من المحتمل أن تطفو بحرية في طبقة الدهون السائلة الثنائية لغشاء البلازما.
تم العثور على فيروسات هذه الفئة في العفن والنباتات العليا والحشرات والفقاريات. لا يحتوي أي من هذه الفيروسات على دهون. تتكون كبسولاتها من طبقتين - الداخلية (الأساسية) والطبقة الخارجية ، وتشكل غلافًا حول القلب. يحتوي اللب على العديد من شرائح الحمض النووي الريبي مزدوج الشريطة وعددًا متفاوتًا من قليل النوكليوتيدات الصغيرة التي يبدو أنها لا تمتلك وظيفة وراثية. كانت الفيروسات التي تصيب الإنسان هي الأكثر دراسة على نطاق واسع ولا تسبب عمومًا أي أعراض مرضية علنية. يبدو أن الاستثناء هو العوامل الشبيهة بالفيروسات المعزولة من التهاب المعدة والأمعاء عند الأطفال. ومع ذلك ، غالبًا ما يتم عزل هذه الفيروسات عن جسم الإنسان ، وفي ظروف معملية تتكاثر بشكل جيد. تم الحصول على بعض البيانات أيضًا عن فيروسات نباتية وحشرات فردية تحتوي على الحمض النووي الريبي مزدوج الشريطة.
تكاثر فيروسات الحيوانات.
نظرًا لعدم وجود مكافئات للأنظمة الجينية لفيروسات الحمض النووي الريبي في الخلايا الطبيعية ، لا يمكن لهذه الفيروسات التكاثر إلا إذا قامت بتركيب الإنزيمات اللازمة لنسخ وتكرار الجينوم الخاص بها. في حالة الفيروسات المحتوية على الحمض النووي ، على العكس من ذلك ، يحدث تخليق mRNA بنفس طريقة mRNA للخلايا الطبيعية. كما أن تكاثر الجينوم الخاص بهم وجينوم الخلية متشابهان للغاية من الناحية الرسمية. علاوة على ذلك ، يتم نسخ وتكرار الحمض النووي لمعظم الفيروسات ، وكذلك الحمض النووي الخلوي ، في النواة. يشير تشابه العمليات الأساسية في الخلايا وفيروسات الحمض النووي إلى أنه من أجل تكاثر الأخير ، لا توجد حاجة لتحفيز أي إنزيمات خاصة غائبة في خلية غير مصابة. ويترتب على ذلك أن وجود البروتينات في قفيصته كافٍ لتكاثر فيروس DNA ، لذا فإن جينوم مثل هذا الفيروس قد يتكون فقط من الجينات التي تشفر قفيصته. ومع ذلك ، يجب التأكيد على أنه على الرغم من وجود فيروسات الحمض النووي البسيطة هذه ، فإن دورة حياة معظم فيروسات الحمض النووي أكثر تعقيدًا. تختلف فيروسات الحمض النووي المختلفة اختلافًا كبيرًا عن بعضها البعض من حيث الحجم وتعقيد بنيتها. الوزن الجزيئي للحمض النووي لأصغرهم هو فقط 1.5 × 10 6 دالتون ، والأكبر - 100 مرة أكثر. كلما كبرت الجينومات الفيروسية ، أصبحت أكثر تعقيدًا. يزداد العدد الإجمالي للجينات وتصبح آلية تكرار الحمض النووي أكثر تعقيدًا.
نظرًا لأن فيروسات الحمض النووي الصغيرة قادرة على التكاثر المكثف ، فإن حقيقة ظهور فيروسات كبيرة من الحمض النووي تبدو مفاجئة. من الفوائد التي يمكن أن يكتسبها الفيروس من خلال زيادة جينومه هو تقليل الاعتماد على الخلية.
الفيروسات الصغيرة
ينطبق هذا القيد على نوع الخلايا المصابة بهذه الفيروسات. تسبب الفيروسات الصغيرة شذوذًا في النمو في الأجنة وعيوبًا في الأنسجة النامية عند الأطفال حديثي الولادة. كما أنها تسبب اضطرابات في وظيفة الأمعاء ، والتي ربما تكون نتيجة لتكاثرها في خلايا مجففة سريعة الانقسام.
تتكاثر الفيروسات الصغيرة المعيبة فقط في الخلايا المصابة بالفيروس الغدي المساعد ولا تعتمد على مرحلة دورة الخلية. يمكن أن يكون الفيروس المساعد الخاص بهم فيروسات غدية فقط. تستطيع فيروسات الهربس أيضًا أداء بعض الوظائف الضرورية للفيروس المساعد ، ولكن في هذه الحالة لا تتشكل جزيئات معدية كاملة من فيروسات بارفو. ولهذا السبب تسمى فيروسات البارفو المعيبة أيضًا بالفيروسات المرتبطة بالغدة (AAVs).
أحد الاختلافات المميزة بين فيروسات بارفو المستقلة والمعيبة هو أن جينوم الأول يتم تمثيله بشريط واحد فريد من الحمض النووي ، بينما يتم تمثيل جينوم فيروسات البارفو المعيبة بكميات متساوية من جزيئات الحمض النووي أحادية السلسلة المكملة لبعضها البعض. أثناء التهجين ، يتم تحويل جزيئات الحمض النووي أحادية السلسلة والمعزولة من فيريونات AAV بسهولة إلى جزيئات DNA مزدوجة الشريطة. فيروسات الفيروسة الصغيرة قريبة في الحجم من الريبوسومات - قطرها 20 نانومتر. تتكون القفيصات الخالية من الدهون لهذه الفيروسات من ثلاثة ببتيدات بأطوال مختلفة. الوزن الجزيئي لأكبرهم هو 90.000 دالتون. إذا حكمنا من خلال خريطة الببتيد ، فإن عديد الببتيدات الصغيرة هي أجزاء من جزء كبير ؛ لذلك ، يُعتقد أن m RNA الفيروسي يشفر فقط عديد ببتيد مع مول. يزن 90000.
فيروسات بابوفا
تشتهر فيروسات Papovirus أكثر من غيرها بسبب فيروسات الأورام التي تنتمي إلى هذه المجموعة والتي تمت دراستها بالتفصيل - فيروس الورم المتعدد و SV40 ، والتي تتكاثر فقط في نطاق ضيق جدًا من خلايا الثدييات. عادة ، عند دراسة الخصائص المكونة للأورام لهذه الفيروسات ، فإن قدرتها على تحويل الخلايا في المختبر تعني أنها تصيب خلايا تلك الأنواع التي تحولها ، ولكنها لا تتكاثر فيها ، وبالتالي لا تسبب تحللها.
تضم مجموعة فيروسات البابوفا ، بالإضافة إلى فيروسات الورم المتعدد و SV40 ، عددًا من الفيروسات الأخرى. اسم فيروسات البابوفا - تلقت المجموعة أسماء ثلاثة فيروسات: فيروس الورم الحليمي في الأرانب ، وفيروس الورم المتعدد (po) وفيروس القرود المفرغ (va) ، من النوع 40 (SV40). في البشر ، لا تسبب هذه الفيروسات المرض ، على الرغم من أن SV40 يصيب الخلايا البشرية أحيانًا. في البشر ، تنتشر ثلاثة فيروسات بابوفا أخرى ، وفيروس JC ، وفيروس VK ، وفيروس الثؤلول. يُعتقد أن فيروس JC هو العامل المسبب للمرض التنكسي التدريجي للجهاز العصبي المركزي البشري. غالبًا ما يوجد فيروس VC في بول الأشخاص الذين يتناولون مثبطات المناعة ، ولكن لم يتم ربطه بعد بأي أمراض عند البشر. يتسبب فيروس الثؤلول البشري ، مثل فيروسات الورم الحليمي الحيوانية ، في تكاثر حميد للبشرة فقط.
لا تتكاثر فيروسات الورم الحليمي بشكل جيد في مزارع الخلايا ، لذلك تمت دراسة خصائصها الفيزيائية فقط حتى الآن. تم العثور على الحمض النووي الخاص بهم ليكون أكبر إلى حد ما من ذلك الخاص بـ SV40 وفيروسات الورم المتعدد.
الفيروسات الغدية
على الرغم من أن فيروسات الفيروس الغدي تحتوي على حمض نووي أكثر بـ 608 مرات من فيروسات البابوفا ، ويشفر جينوم الفيروس الغدي عددًا أكبر من البروتينات ، فإن دورات التكاثر لهذه الفيروسات متشابهة بشكل أساسي. وهكذا ، فإن الفيروسات الغدية ، مثل فيروسات البابوفا ، لديها آلية تتحكم في تحول تخليق الجزيئات الكبيرة المبكرة إلى تخليق الجزيئات المتأخرة ، و mRNA الخاصة بها. اقرأ أيضًا من كلا خيوط الحمض النووي الفيروسي. ومع ذلك ، فإن الحمض النووي للفيروس الغدي هو جزيء خطي ، وبالتالي يجب أن تختلف آلية تكرارها عن تلك الموجودة في دنا فيروس البابوفا. على عكس الحمض النووي لفيروسات البابوفا ، فإن تواتر إعادة تركيب الحمض النووي للفيروس الغدي مرتفع جدًا ، ونتيجة لذلك يمكن أيضًا دراسة هذا الأخير بطرق وراثية رسمية.
مجموعة متنوعة من الفيروسات الغدية
تم عزل الفيروسات الغدية من مجموعة واسعة من الأنواع الحيوانية. علاوة على ذلك ، تم عزل العديد من الفيروسات الغدية المختلفة من كل نوع من هذه الأنواع. وهكذا ، تم تحديد 31 نوعًا مصليًا بين الفيروسات الغدية البشرية. ومع ذلك ، في الجانب البيولوجي الجزيئي ، فإن الفيروسات الغدية متشابهة جدًا ، وبالتالي ، في مزيد من المناقشة ، لن نفرق بينهما. تسبب الفيروسات الغدية بشكل رئيسي التهابات الجهاز التنفسي الحادة ؛ تسبب بعض الأنماط المصلية للفيروس الغدي البشري أورامًا عند حقنها في الهامستر. جميع سلالات الفيروسات الغدية تقريبًا قادرة على إحداث تحول في الخلايا الليفية للفئران في الثقافة ، ولكن لم يتم ربط أي من هذه الفيروسات بالأورام الخبيثة في البشر. مما قيل ، من الواضح أن الفيروسات الغدية مهمة كعوامل معدية تسبب أمراض الجهاز التنفسي لدى البشر ، وكفيروسات قادرة على التسبب في الأورام ، وكأغراض للبحث البيولوجي الجزيئي.
تختلف فيروسات الفيروسات الغدية في نعمة البنية. 14 نوعًا من البروتينات تشارك في تخليق الجزيئات الفيروسية ، وربما أكثر. يتضمن هذا الرقم أيضًا البروتينات التي يتم منها بناء مكونات سطح الفيريون - الهكسونات والبنتونات والألياف.
فيروسات الهربس
فيروسات الهربس ، التي تختلف كثيرًا في طبيعة التكاثر ، ولكنها متشابهة جدًا من الناحية الشكلية ومن حيث محتوى الحمض النووي ، تشكل جزءًا من مجموعة متجانسة كيميائيًا حيويًا. تمت دراسة فيروسات الهربس ، التي تسبب تحلل الخلايا المصابة ، بأكبر قدر من التفصيل. وتشمل هذه فيروسات الهربس البسيط من النوع 1 و 2 وعدد من فيروسات الهربس الحيوانية التي تتكاثر بسرعة. من بين فيروسات هذه المجموعة التي لا تسبب التحلل ، فإن أكثر الفيروسات التي تمت دراستها هو فيروس إبشتاين بار ، الذي يسبب كثرة الوحيدات العدوائية - يتم عزل هذا الفيروس باستمرار من خلايا نوعين من الأورام البشرية - سرطان الغدد الليمفاوية في بوركيت وسرطان البلعوم الأنفي. على عكس فيروسات الهربس البسيط من النوع 1 و 2 ، والتي تتكاثر في مزارع العديد من الخلايا وتسبب التحلل ، يصيب فيروس Epstein-Barr الخلايا الليمفاوية B فقط من الرئيسيات ولا يتكاثر فيها جميعًا.
يشفر الحمض النووي لفيروس الهربس ما لا يقل عن 49 نوعًا من البروتينات المختلفة ، حيث يتم استخدام كامل قدرة الترميز للجينوم الفيروسي تقريبًا. دراسة فسيولوجيا مثل هذا النظام المعقد ليست مهمة سهلة.
فيروسات الجدري
في جميع الفيروسات المحتوية على الحمض النووي التي نوقشت أعلاه ، يتم تصنيع الحمض النووي في نواة الخلية المصابة وتنضج فيريوناتها هناك. تحدث جميع مراحل تكاثر فيروسات الجدري في السيتوبلازم فقط. وبالتالي ، يحدث تكاثر فيروسات الجدري في ظروف مختلفة تمامًا مقارنة بالفيروسات "النووية" المحتوية على الحمض النووي. مجموعة متنوعة من فيروسات الجدري معروفة. أهمها للإنسان هو فيروس الجدري. ومع ذلك ، فقد تمت دراسة فيروس اللقاح وفيروسات جدري الأرانب واللقاح ذات الصلة بأكبر قدر من التفصيل. تشترك جميع فيروسات الجدري في مستضد مشترك.
استقلالية تكاثر فيروسات الجدري
يظهر الفحص المجهري الإلكتروني للخلايا المصابة أن عملية تكاثر فيروسات الجدري تقتصر على السيتوبلازم. يتضح هذا بشكل مقنع من حقيقة أن الدورة الكاملة تقريبًا لتكاثر فيروسات هذه المجموعة يمكن أن تتحقق في الخلايا التي تفتقر إلى النواة نتيجة للتعرض للخلية الخلوية B. تؤدي إصابة هذه الشظايا إلى تخليق الحمض النووي الفيروسي والعديد من البروتينات الفيروسية فيها: لا يتم تصنيع الفيروسات في خلايا خالية من الأسلحة النووية. وبالتالي ، فإن فيروسات الجدري تنقل مركز النشاط الوظيفي للخلية من النواة إلى السيتوبلازم. من المتوقع أن يكون لدى الفيروس معلومات محددة واسعة النطاق لهذا الغرض ، وأن فيروسات الجدري لديها مثل هذه المعلومات ، والتي يتم التعبير عنها في عدد البروتينات المشفرة والمُصنعة بواسطتها. بما يتفق تمامًا مع هذا ، فإن الوزن الجزيئي للحمض النووي لمثل هذه الفيروسات أكبر من وزن أي فيروس حيواني آخر ، وأن تكاثر هذا الفيروس مرتبط ببدء نشاط مجموعة واسعة من الإنزيمات. تتكاثر فيروسات الجدري في السيتوبلازم ، وهي أقرب بكثير إلى فيروسات الحمض النووي الريبي من فيروسات الحمض النووي "النووية". في الواقع ، مثل بعض فيروسات RNA ، يبدأ تكاثر فيروسات الجدري على هذا النحو بنسخ DNA virion بواسطة بوليميراز RNA الموجود في الفيروس نفسه ، تحتوي virion على جميع الإنزيمات اللازمة لتحويل السلائف RNA إلى mRNAs نشطة وظيفيًا.
الفيروسات القهقرية
تمتلك الفيروسات القهقرية خصائص كل من الفيروسات المحتوية على الحمض النووي الريبي (RNA) والحمض النووي (DNA). تحتوي فيروسات الفيروسات القهقرية على الحمض النووي الريبي ، ولكنها موجودة داخل الخلية كدنا مدمج مع جينوم الخلية المضيفة. بشكل أساسي ، يتحول الحمض النووي الريبي لهذه الفيروسات ، الذي يخترق الخلية ، إلى جيناتها ، والتي يمكن أن تنتقل إلى أحفادها في شكل جزيئات DNA متكاملة مستقرة. لم يتم العثور على فيروسات DNA ترث بهذه الطريقة ، لأن جميع فيروسات الحمض النووي تسبب عدوى منتجة وتقتل الخلايا التي تتكاثر فيها. يمكن تضمين الفيروسات المحتوية على الحمض النووي في جينوم الخلية المضيفة فقط في حالات العدوى الفيروسية "غير المنتجة". من ناحية أخرى ، تتكاثر الفيروسات القهقرية عن طريق التبرعم ، مثل العديد من فيروسات الحمض النووي الريبي الأخرى ، وتحافظ على العدوى المنتجة دون التسبب في موت الخلية المضيفة. مما قيل ، يتضح أن المشكلة المركزية ، والتي بدون حلها يستحيل فهم آلية تكاثر هذه الفيروسات ، هي كيف تتحول من فيروسات RNA إلى جينات DNA. كانت هذه العملية تسمى النسخ العكسي ، لأنه هنا ينعكس اتجاه تدفق المعلومات البيولوجية.
تم العثور على مجموعة متنوعة من الفيروسات القهقرية. يمكن أن يسبب بعضها أورامًا خبيثة. تمت دراسة فيروس ساركوما روس والفيروسات التي تسبب اللوكيميا في الدجاج والفئران بشكل أفضل من غيرها. من بين جميع فيروسات الحمض النووي الريبي المعروفة ، فقط الفيروسات القهقرية يمكن أن تسبب الأورام الخبيثة. هذا هو سبب تسميتها بالمصطلح العام "فيروسات RNA الورمية" ، على الرغم من أن العديد من الفيروسات القهقرية لا تسبب أي أمراض خبيثة أو أي أمراض أخرى مهمة سريريًا. لذلك ، فقط طريقة الاستنساخ توحدهم في مجموعة تصنيف واحدة. مثل مجموعة الفيروسات الأخرى ، أنواع مختلفةتختلف الفيروسات القهقرية أيضًا عن بعضها البعض في الحجم والسمات المورفولوجية للفيريونات ، وعدد البروتينات ، وكذلك في دائرة المضيفات الحساسة.
تأثير العدوى الفيروسية على المستوى الخلوي
هناك ثلاثة أنواع من التأثيرات التي تمارسها الفيروسات الحيوانية على الخلايا. التأثير الأكثر تدميراً أو حالاً للخلايا يتم اكتشافه بسهولة ، والذي يتميز بأضرار جسيمة للعديد من عضيات الخلية المختلفة. من المحتمل أن تسبب الجزيئات الكبيرة الخاصة بالفيروس ضررًا أوليًا ، والذي يستلزم سلسلة من العمليات التدميرية الثانوية ، والتي تشارك فيها بالفعل المنتجات الأيضية للخلية نفسها. في الطرف الآخر من طيف العواقب المحتملة ، توجد ظاهرة التحول ، عندما تكتسب الخلية المصابة بالفيروس القدرة على الانقسام إلى أجل غير مسمى. على ما يبدو ، هذا هو نتيجة التكامل المستقر للجينوم الفيروسي أو جزء منه مع جينوم الخلية ، والذي لا يؤدي إلى موت الخلية. غالبًا ما تكون الخلية المحولة خارج نطاق سيطرة الآليات التي تنظم انقسام الخلية. يحتل عمل بعض الفيروسات ، التي لا يتم تضمين جينومها في كروموسومات الخلايا ، موقعًا وسيطًا بين التأثير المدمر الواضح والتأثير التحويلي. في هذه الحالات ، تعمل الخلايا المصابة لبعض الوقت ، وفي حالة واحدة على الأقل ، عندما تُصاب بالفيروسات المخاطانية ، تستمر في النمو والانقسام ، وتنتج الفيروس في وقت واحد ("العدوى المستمرة"). فئة أخرى من تفاعل الخلية ممكنة ، حيث يمكن للمرء أن يتحدث عن الفعل الاستقرائي للفيروس. العديد من الفيروسات قادرة على تحفيز تكوين البروتينات في الخلية المصابة بالعدوى ليس بواسطة الجينوم الفيروسي ، ولكن بواسطة الجينوم الخلوي ، ولكن يبدو أنه يتم تصنيعها بواسطة الخلايا استجابة لعدوى فيروسية. لا يرتبط هذا النوع من التفاعل بالضرورة بنتيجة نهائية أو أخرى لتفاعل الفيروس مع الخلية.
العمل الخلوي للفيروسات: البيانات البيوكيميائية.
مع العلم أن العديد من الفيروسات تسبب تغيرات مدمرة جذرية في الخلايا المضيفة ، أصبح علماء الكيمياء الحيوية مهتمين بمسألة ما إذا كان تخليق جميع البروتينات الخلوية RNA و DNA يتوقف ، وإذا كان الأمر كذلك ، في أي تسلسل. تتلخص الإجابات في الآتي:
- على الأرجح ، تمنع الفيروسات المختلفة تخليق البروتينات الخلوية باستخدام آليات مختلفة. درجة ووقت هذا القمع ليس هو نفسه أيضًا.
- في كثير من الأحيان ، يمنع الفيروس تراكم الحمض النووي الريبي الخلوي ، ويوقف معالجة ما قبل RNA ، ولكن دون التأثير على تركيبه. غالبًا ما لا يتم تقليل إنتاج الحمض النووي الريبي الخلوي. في كثير من الحالات ، يتم تعطيل توليف mRNAs الخلوية ، لكن آلية هذا الاضطراب غير واضحة تمامًا.
- غالبًا ما يتم قمع بدء تخليق الحمض النووي الخلوي ، ومع ذلك ، في بعض حالات العدوى الفيروسية ، يمكن للخلايا التي دخلت بالفعل المرحلة S أن تكمل دورة تخليق الحمض النووي ، ويمكن أيضًا أن تمر الخلايا التي مرت خلال المرحلة S عبر الانقسام. من المحتمل أن يكون تثبيط تخليق الحمض النووي الخلوي نتيجة ثانوية لوقف تخليق البروتين ، حيث لا يحدث تخليق الحمض النووي إلا إذا استمر تخليق البروتين في نفس الوقت.
الانترفيرون
بالنظر إلى الإنترفيرون هنا فقط كبروتين يتم تصنيعه بواسطة خلية استجابة لعدوى فيروسية ومنح مقاومة للعدوى للخلايا الأخرى ، فإن هذا يعني تجاهل تاريخ اكتشاف الإنترفيرون وعلاقته بظاهرة التداخل الفيروسي المعروفة منذ زمن طويل.
من المعروف منذ فترة طويلة أن الحيوان غالبًا ما يكتسب الحماية من التأثير الضار لفيروس واحد نتيجة الإصابة المتزامنة أو السابقة بسلالة أقل ضراوة من نفس الفيروس أو بعض الفيروسات الأخرى غير ذات الصلة. لأول مرة ، خضعت هذه الظاهرة لتحليل كمي عند دراسة التأثير التثبيطي للسلالات غير العصبية لفيروس الأنفلونزا على تكاثر سلالة عصبية. ليس فقط فيروس حي له هذا التأثير: تكوين فيروس إنفلونزا معدي في أجنة الدجاج بواسطة فيروس إنفلونزا مشع بالأشعة فوق البنفسجية.
وجد إسحاق وليندمان أن السائل السقائي لأجنة الدجاج المحقون بالفيروس المشع كان له أيضًا نشاط متداخل. تم تسمية المادة المسؤولة عن هذا النشاط بالإنترفيرون. يمنع تكاثر مجموعة واسعة من فيروسات الحمض النووي الريبي والحمض النووي في كل من أجنة الدجاج وفي مزارع الخلايا. يتكون الإنترفيرون أيضًا في جسم العديد من الحيوانات. كما أنه يصنع في المختبر مجموعة متنوعة من أنواع الخلايا ، الطبيعية منها والخبيثة ، وإن كانت بأعداد مختلفة جدًا. يمكن أن تعمل خلايا الفئران L والخط الذي تم تربيته خصيصًا من الخلايا الليفية البشرية كمنتجين جيدين للإنترفيرون بشكل خاص. يتم أيضًا إنتاج كميات كبيرة من الإنترفيرون عن طريق تعميم الكريات البيض. أخيرًا ، يبدو أن بعض الأنسجة تتراكم الإنترفيرون ، نظرًا لأن إدخال العديد من المواد السامة غير النوعية في الجسم ، مثل الذيفان الداخلي البكتيري ، يؤدي بسرعة إلى ظهور كميات كبيرة في مصل الدم من مادة تمنع تكاثر الفيروسات - على الأرجح مضاد للفيروسات.
في وقت من الأوقات كان يعتقد أن الإنترفيرونات خاصة بالماء بدقة ، لكن هذا ليس صحيحًا. على سبيل المثال ، تحمي الإنترفيرونات البشرية والقرد خلايا الإنسان والقرد من الفيروسات ، ووجد لاحقًا أن هذا ينطبق أيضًا على الإنترفيرون من الأنواع الأبعد ، مثل البشر والقوارض المختلفة. ومع ذلك ، فإن فعالية الإنترفيرون غير المتجانسة تختلف اختلافًا كبيرًا.
يتم تحديد درجة الحماية لفيروس معين حسب نوع الخلايا وليس الإنترفيرون. يحمي الإنترفيرون البشري الخلايا البشرية من فيروس التهاب الفم الحويصلي بشكل أفضل من فيروس غابة سيمليكي ، ويتم ملاحظة نفس النسبة عند حماية الخلايا البشرية بمرض إنترفيرون القرد. على العكس من ذلك ، تتلقى خلايا القرود حماية من ثاني هذه الفيروسات أكثر من الأولى ، بغض النظر عن أي من الإنترفيرون يضاف إليها.
الإنترفيرون هو بروتين نشط للغاية. يمنع الإنترفيرون البشري بالفعل بتركيز 10-11 م تكاثر فيروس التهاب الفم الحويصلي في الخلايا الليفية البشرية. للمقارنة ، نتذكر أن هرمونات البولي ببتيد ، مثل الأنسولين والجلوكاجون وغيرها ، نشطة من الناحية الفسيولوجية بتركيزات من 5x10 -10 إلى 1x10 -8 M.
حتى بدون التنقية الكاملة للإنترفيرون ، يمكن إثبات عدم تجانسه. يمكن للإنترفيرون التي تنتجها خلايا أحد الأنواع ، مثل البشر ، أن تحمي خلايا الأنواع الأخرى البعيدة جدًا ، مثل الأرانب ، من الفيروسات. حدد ستيوارت وديزميتر الوزن الجزيئي لإنترفيرون كريات الدم البيضاء البشرية ، التي تحمي الخلايا البشرية والأرانب من الفيروسات. في المستحضرات الخام ، وجدوا نوعين من الجزيئات النشطة مع جزيء. يزن حوالي 21000 و 15000 على التوالي. كان نشاط الجزيئات الأصغر فيما يتعلق بالخلايا البشرية أكبر 20 مرة من نشاط خلايا الأرانب ، بينما كانت الجزيئات الأكبر نشطة بالتساوي في كلتا الحالتين. الى جانب ذلك ، مضاد للفيروسات مع رصيف. يزن 15000 ، وقد تم تعطيله تمامًا تحت تأثير B-mercaptoethanol ، الذي يكسر جسور ثاني كبريتيد ، ونشاط الإنترفيرون مع جزيء. لم يتغير الوزن 21000. وبالتالي ، فإن العديد من الخلايا (إن لم يكن معظمها) تنتج نوعين من عديد الببتيدات التي لها نشاط مضاد للفيروسات. إن تحريض تخليق الإنترفيرون وتحريض الحالة "المضادة للفيروسات" للخلية عن طريق الإنترفيرون هما ظاهرتان مترابطتان بشكل وثيق ، ولكنهما على الأرجح ظاهرتان مختلفتان. يمكن للخلايا التي تكتسب مقاومة للفيروسات أن تنتج الإنترفيرون. ومع ذلك ، فمن شبه المؤكد أنه ليس الإنترفيرون نفسه هو المسؤول عن مقاومة الخلايا ، ولكن بعض البروتينات الأخرى ، حيث تمر عدة ساعات من لحظة إضافة الإنترفيرون إلى التطور الكامل لمقاومة الفيروسات ، وبعد ذلك قد لا تنتج الخلايا كميات قابلة للاكتشاف من الإنترفيرون. ومع ذلك ، فإن إضافة الفيروس إلى الخلايا المحمية من مضاد للفيروسات قد يؤدي إلى إنتاج إضافي للإنترفيرون بواسطة هذه الخلايا.
تحريض مقاومة الخلايا للفيروسات عن طريق الإنترفيرون
الخلايا في المختبر التي يتم فيها تحفيز تخليق الإنترفيرون عن طريق الفيروس المقتول أو عديد النيوكليوتيدات تصبح أيضًا مقاومة للفيروسات. بالإضافة إلى ذلك ، فإن العديد من الخلايا التي تتعرض للإنترفيرون ، عند إصابتها بفيروس ، تنتج كميات إضافية كبيرة جدًا من هذه المادة. ومع ذلك ، فإن بعض خلايا القرود ، على الرغم من أنها أصبحت مقاومة للفيروسات بعد التعرض للإنترفيرون القرد ، لا يمكنها إنتاج كميات يمكن اكتشافها من الإنترفيرون ولا تصبح مقاومة للفيروسات بعد التعرض لـ poly (e) poly (c) وغيره من الحمض النووي الريبي مزدوج الشريطة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن خلايا هذا الخط ، على عكس معظم خلايا الكلى القرد الأخرى ، لا تصبح مقاومة للعديد من الفيروسات الأخرى بعد الإصابة بفيروس الحصبة الألمانية. وقد ثبت أيضًا أنه في الحالات التي يتم فيها دمج تحريض الإنترفيرون مع poly (e) poly (c) مع إضافة الأجسام المضادة المضادة للفيروسات إلى المستنبت ، لا تصبح الخلايا مقاومة للعدوى الفيروسية.
تشير كل هذه البيانات إلى أنه من أجل خلق مقاومة للفيروسات ، من الضروري وجود كميات صغيرة من الإنترفيرون على سطح الخلية. من الممكن أنه أثناء تحريض المقاومة بمساعدة poly (e) poly (c) ، يتشكل interferon أولاً ، ثم يؤدي هذا interferon إلى حالة مقاومة. ومع ذلك ، بعد أن تتشكل هذه الحالة بالكامل ، لا يمكن اكتشاف تكوين الإنترفيرون بواسطة الخلايا ، وإذا لم تتم إضافة الإنترفيرون مرة أخرى ، تختفي المقاومة. تدعم نتائج عدد من التجارب الأخرى أيضًا الفرضية القائلة بأن الإنترفيرون يحث الخلايا على مقاومة الفيروسات من خلال التفاعل مع غشاء الخلية.
الأساس الجزيئي لمقاومة الخلية للفيروسات.
على الرغم من أن المقاومة التي يسببها الإنترفيرون تحمي الخلايا من مجموعة واسعة من فيروسات الحمض النووي الريبي ، تختلف درجة الحماية ضد الفيروسات المختلفة. بالإضافة إلى ذلك ، لتحقيق درجة مماثلة من الحماية لخلايا نفس المستنبت من فيروسات مختلفة ، هناك حاجة إلى كميات مختلفة من الإنترفيرون. تعد فيروسات المخاطية وفيروسات التوجا وفيروس اللقاح ، التي تحتوي على مظروف يحتوي على دهون ، أكثر حساسية لعمل الإنترفيرون من الفيروسات الغدية والفيروسات المعوية. ومع ذلك ، فإن عددًا من الفيروسات المغلفة ، بما في ذلك فيروسات الهربس ومرض نيوكاسل ، أكثر مقاومة للإنترفيرون. أكثر فيروسات عشرينية الوجوه الصغيرة التي تحتوي على الحمض النووي الريبي استقرارًا. يمنع الإنترفيرون العدوى الفيروسية بعد امتصاص الفيروس واختراقه للخلية. نظرًا لأن الإنترفيرون يمكن أن يمنع تكاثر كل من فيروسات الحمض النووي الريبي والحمض النووي ، فمن المنطقي الافتراض أنه يمنع ترجمة mRNAs الفيروسية على ريبوسومات الخلية ، وهي عملية مشتركة بين جميع الفيروسات. يمكن تحقيق هذا التأثير بمشاركة بروتين مضاد للفيروسات قادر على تمييز mRNAs الخلوية من الفيروسية. ومع ذلك ، عند دراسة تخليق البروتين في مستخلصات الخلايا المعالجة بالإنترفيرون ، لم يتم الحصول على دليل مقنع على أن هذه الأنظمة عادةً ما تترجم mRNAs الخلوية ، ولكنها لا تترجم mRNAs الفيروسية. وبالتالي ، على الرغم من جاذبية أبسط فرضية تشرح تأثير الإنترفيرون عن طريق القمع الانتقائي لترجمة الرنا المرسال الفيروسي ، يجب الاعتراف بأنه لا توجد آلية بسيطة تتوافق مع جميع البيانات المعروفة حول مقاومة الخلية للعدوى الفيروسية.
في الخلايا المعرضة للإنترفيرون ثم المصابة بفيروس اللقاح ، لا يتم قمع تخليق الرنا المرسال "المبكر" بواسطة بوليميراز الحمض النووي الريبي المعتمد على الحمض النووي ، ولكن لا يتم ترجمة mRNAs ولا يحدث تخليق البروتينات الفيروسية المبكرة. عندما تصاب الخلايا بفيروسات ريوفيرون ، فإن الكميات الكبيرة من الإنترفيرون تثبط بشكل طفيف جدًا تخليق الرنا المرسال الفيروسي وتثبط ترجمتها بقوة أكبر. تمت إضافة "غطاء" أو (في حالة فيروس اللقاح) إلى سلسلة بولي (أ) إلى 3-نهاية. لذلك ، من الممكن أن تكون المقاومة المستحثة للفيروسات غير مرتبطة بتغيير في جهاز الترجمة ، ولكن بتكوين mRNAs الفيروسية المعيبة.
تدخل الفيروسات دون مشاركة الإنترفيرون
تستبعد بعض أنواع العدوى الفيروسية إمكانية التكاثر اللاحق في نفس الخلايا لفيروسات أخرى غير ذات صلة ، وفي بعض الحالات ذات الصلة. هذه الظاهرة كانت تسمى التدخل. على عكس عمل الإنترفيرون ، لا يرتبط بتفاعل جينوم الخلية مع العدوى الفيروسية ، ولكن بحقيقة أن الفيروس الأول يشكل منتجات معينة في الخلية تمنع فيروسًا آخر من التكاثر في نفس الخلية. تمت دراسة العديد من التوليفات الزوجية من فيروسات مختلفة: ربما ، في معظم الحالات ، يكون التداخل بسبب الحصار المفروض على ترجمة mRNA للفيروس الثاني. ومع ذلك ، في بعض الحالات ، يمنع الفيروس الأول قدرة الفيروس الثاني على عبور غشاء البلازما للخلية بشكل صحيح.
مجموعة متنوعة من مسببات الأمراض والأمراض التي تسببها
لا شيء من محاولات البناء نظام بسيطتصنيف الفيروسات المسببة للأمراض لم ينجح بعد. لا توجد متلازمة إكلينيكية يمكن أن تنتج عن نوع واحد فقط من الفيروسات ، ولا توجد مجموعة من الفيروسات تؤثر على نسيج واحد فقط. على سبيل المثال ، يمكن أن تحدث أمراض خفيفة في الجهاز التنفسي العلوي بسبب فيروسات البيكورنا (فيروسات الأنف التي تسبب ما يسمى بالزكام) ، والفيروسات الغدية ، والفيروسات المخاطية (فيروس الأنفلونزا) ، والفيروسات المخاطانية (الفيروس المخلوي التنفسي) ، وربما أخرى ، مثل فيروسات الإنفلونزا التي لديها مغلف - فيروسات كورون. يمكن أن يتأثر الكبد بفيروس التوغا (على سبيل المثال ، فيروس الحمى الصفراء) وفيروس التهاب الكبد (ربما يحتوي على الحمض النووي والدهون). يمكن أن تحدث أمراض الجهاز العصبي المؤدية إلى الشلل والوفاة بسبب فيروسات التوغا - تضم هذه المجموعة العشرات من مسببات الأمراض المختلفة لالتهاب الدماغ) وفيروسات الربد (على سبيل المثال ، فيروس داء الكلب) وفيروسات البيكورنا (فيروس شلل الأطفال) وعدد آخر. تشمل الأمراض الفيروسية الجهازية المصحوبة بطفح جلدي غزير الجدري ، الذي ربما يكون أكثر أنواع العدوى الفيروسية شدة ، والأمراض الشائعة والخفيفة مثل الحصبة والجدري المائي والحصبة الألمانية. إن فيروس الجدري ، الذي قتل حتى وقت قريب العديد من الأشخاص في البلدان النامية ، هو عضو نموذجي في مجموعة فيروس الجدري.
فيروس الحصبة ، العامل المسبب لمرض يمر بسرعة ، ومع ذلك ، يتأثر الجهاز العصبي المركزي في بعض الأحيان ، هو فيروس توغا . يحدث المرض المسمى "جدري الماء" في الواقع بسبب فيروس الهربس ، ولا يرتبط على الإطلاق بفيروس الجدري. الأيتول هو فيروس شديد العدوى ، يتسبب بشكل شبه دائم في مرض واضح سريريًا.
التهابات مستمرة
تؤدي معظم الالتهابات الفيروسية المذكورة أعلاه إلى ظهور الأعراض المقابلة في غضون أيام قليلة أو بحد أقصى أسبوعين إلى ثلاثة أسابيع. هذه الأمراض حادة ، أي تبدأ بشكل مفاجئ إلى حد ما وتستمر لفترة كافية ومحددة وقت قصير. ومع ذلك ، في كثير من الحالات الأخرى ، تتفاعل الفيروسات مع الحيوان أو جسم الإنسان لفترة طويلة جدًا. هناك الأشكال التالية من هذه العدوى:
- الالتهابات الكامنة ، حيث يتسبب الفيروس الموجود في الجسم أحيانًا فقط في حدوث آفات مميزة ، والتي سرعان ما تختفي من تلقاء نفسها. يمكن عزل الفيروس من المناطق المصابة ، ولكن بعد ذلك يصبح "كامنًا" ، أي لم يعد من الممكن التعرف عليه.
- الالتهابات المزمنة هي أمراض طويلة الأمد يتواجد فيها الفيروس باستمرار. قد تكون الأعراض غائبة تمامًا أو قد تكون ناجمة عن معقدات الأجسام المضادة للفيروسات أو بسبب تفاعل الأجسام المضادة للفيروسات مع الخلايا المصابة ، على الأرجح مع أغشيتها.
- التهابات بطيئة - تتطور ببطء الأمراض المعدية مع فترة كامنة طويلة بشكل استثنائي.
ردود الفعل المناعية
إن الاستجابة الأكثر تحديدًا للعدوى الفيروسية هي ، بالطبع ، إنتاج الأجسام المضادة. يبدو أن الأجسام المضادة المنتشرة تلعب دورًا مهمًا في منع بعض أنواع العدوى الفيروسية. على سبيل المثال ، بعد الأمراض التي تسببها العديد من الفيروسات وبعد التطعيم ، لوحظ وجود مناعة طويلة الأمد واكتشاف أجسام مضادة محددة في مصل الدم. ربما تعمل الأجسام المضادة المنتشرة في عدد من العدوى الفيروسية كحاجز أمام انتشار الفيروس في جميع أنحاء الجسم. يُشار إلى ذلك من خلال حقيقة أنه في الحصبة والنكاف ، يؤدي التناول المبكر للجلوبيولين إلى منع زيادة تطور المرض. على الأرجح ، في الأمراض التي تحدث بشكل طبيعي ، يمكن للظهور السريع للأجسام المضادة في الدم أن يمنع انتشار الفيروس من البؤرة الأساسية للعدوى. بعد حقن فيروس شلل الأطفال في الأرانب ، يمكن اكتشاف الأجسام المضادة لهذا الفيروس في المصل خلال 24 ساعة باستخدام طريقة حساسة بدرجة كافية. لذلك ، من الممكن تمامًا أن تكون هذه الأجسام المضادة المبكرة هي المسؤولة عن حقيقة أن تكاثر هذا الفيروس في الحلق والأمعاء في البشر في معظم الحالات لا يؤدي إلى انتشاره في جميع أنحاء الجسم. للسبب نفسه ، يُعتقد أن التطعيم الفوري لشخص لدغه حيوان مريض يحمي جهازه العصبي المركزي من الإصابة بفيروس داء الكلب.
فيروسات الورم
على مدى السنوات التي مرت منذ ظهور حقيقة حدوث الأورام اللحمية الفيروسية في الدجاج لأول مرة ، وجد العديد من الباحثين فيروسات مسرطنة تنتمي إلى مجموعتين في أنواع مختلفة من الفقاريات: الفيروسات المحتوية على الحمض النووي والفيروسات القهقرية. من بين فيروسات الحمض النووي المسرطنة فيروسات باكوفيروس ، وفيروسات أديكو ، وفيروسات الهربس. من فيروسات الحمض النووي الريبي ، الفيروسات القهقرية فقط هي التي تسبب الأورام.
نطاق الأورام التي تسببها الفيروسات المسببة للأورام واسع بشكل غير عادي. على الرغم من أن فيروس الورم المتعدد يسبب بشكل رئيسي أورام الغدد اللعابية ، إلا أن اسمه نفسه يشير إلى أنه يمكن أن يسبب العديد من الأورام الأخرى. تسبب الفيروسات القهقرية بشكل رئيسي اللوكيميا والساركوما ، والتي غالبًا ما تكون سببًا لأورام الثدي وعدد من الأعضاء الأخرى. على الرغم من أن السرطان مرض يصيب الكائن الحي بأكمله ، فإن ظاهرة مماثلة ، تسمى التحول ، تُلاحظ أيضًا في مزارع الخلايا. تستخدم هذه الأنظمة كنماذج لدراسة الفيروسات المسببة للأورام. تشكل القدرة على تحويل الخلايا في المختبر أساس طرق التحديد الكمي للعديد من فيروسات الأورام. تُستخدم نفس الأنظمة أيضًا للدراسة المقارنة لفسيولوجيا الخلايا الطبيعية والورم.
ما هي الخلية المحولة؟
تتمثل إحدى طرق الحصول على مجموعة من الخلايا المحولة في إصابة الخلايا الطبيعية بفيروس الورم ، مثل فيروس ساركوما روس أو فيروس الورم المتعدد ، ثم عزل مستعمرات الخلايا المعدلة. قد تتعلق التغييرات بمورفولوجيا الخلية (على سبيل المثال ، تقريبها) وأنماط النمو ("الزحف" للخلايا فوق بعضها البعض ، على عكس النمو الطبيعي في شكل ثقافة أحادية الطبقة ، أو اكتساب القدرة على التكاثر في وسط شبه سائل لا تتكاثر فيه الخلايا الطبيعية).
هناك معايير أخرى لاختيار الخلايا المحولة. كقاعدة عامة ، الخلايا المحددة وفقًا لأحد المعايير تفي بمعظم المعايير الأخرى. تمتلك معظم فيروسات الحمض النووي الورمية والفيروسات القهقرية التي تسبب الأورام اللحمية القدرة على تحويل الخلايا في المختبر. على العكس من ذلك ، تتكاثر الفيروسات القهقرية التي تسبب سرطان الدم في الخلايا دون التسبب في تحولها. بعد تلقي ثقافة الخلايا المعترف بها على أنها محولة وفقًا لأحد المعايير المذكورة أعلاه ، يجب مقارنتها بالخلايا الطبيعية في عدد من المعلمات الأخرى. العديد من الكتب من هذا النوع تسرد تلك التغييرات في خصائص الخلايا التي تحدث أثناء عملية التحول. هناك مجموعتان كبيرتان من التغييرات معروفة:
1) التغييرات في تنظيم النمو والعمر ، و
- التغيرات في سطح الخلية (غشاء البلازما).
التغييرات في خصائص الخلية التي تحدد النمو والتكاثر.
غالبية الخلايا الطبيعية ، تتكاثر ، تلتصق بالركيزة (بالجدار الزجاجي أو البلاستيكي للوعاء). تتوقف الخلايا الطبيعية عن الانقسام حتى قبل استنفاد وسط المغذيات. تظل متصلة بالركيزة كخلايا مريحة قابلة للحياة. إذا تمت إزالة هذه الخلايا من الركيزة ووضعها في ظروف ذات كثافة سكانية منخفضة ، فإنها ستبدأ في الانقسام مرة أخرى. للوهلة الأولى ، يبدو أن خلايا الثقافة الطبيعية ، التي توقف نموها ، مرتبة في طبقة أحادية. ومع ذلك ، في الواقع ، في مثل هذه الثقافات ، فقط الأجزاء الأكثر وضوحًا من الخلايا - نواتها - لا تتداخل ، بينما يتداخل السيتوبلازم ، على العكس من ذلك ، على مساحة كبيرة جدًا ؛ ومع ذلك ، عادة ما تسمى هذه الثقافات أحادية الطبقة.
على عكس الخلايا الطبيعية ، لا تدخل معظم الخلايا المحولة مرحلة السكون ، ولكنها تستمر في الانقسام باستمرار. يبدو أن هذه هي السمة الأكثر تميزًا للخلايا المحولة. لا تتفاعل الخلايا المنقسمة باستمرار للتلامس مع الخلايا المجاورة: بعد اصطدامها بخلية أخرى في طريقها ، فإنها لا تتوقف عن الانقسام: فهي تنمو بشكل عشوائي ، أو تزحف تحت خلايا أخرى أو تزحف عليها ، ونتيجة لذلك تتشكل كتل متعددة الطبقات عديمة الشكل .
تعرفت البشرية على الفيروسات في نهاية القرن التسعين ، بعد أعمال ديمتري إيفانوفسكي ومارتن بيجيرينك. بدراسة الآفات غير البكتيرية لنباتات التبغ ، قام العلماء لأول مرة بتحليل ووصف 5 آلاف نوع من الفيروسات. يُفترض اليوم أن هناك الملايين منهم ويعيشون في كل مكان.
حي أم لا؟
تتكون الفيروسات من جزيئات DNA و RNA التي تنقل المعلومات الجينية في مجموعات مختلفة ، وهي غلاف يحمي الجزيء ، وحماية إضافية للدهون.
يسمح لنا وجود الجينات والقدرة على التكاثر بتصنيف الفيروسات على أنها حية ، ونقص تخليق البروتين واستحالة التطور المستقل يصنفها على أنها كائنات بيولوجية غير حية.
الفيروسات أيضًا قادرة على التحالف مع البكتيريا و. يمكنهم نقل المعلومات من خلال تبادل الحمض النووي الريبي والتهرب من الاستجابة المناعية عن طريق تجاهل الأدوية واللقاحات. لا تزال مسألة ما إذا كان الفيروس على قيد الحياة مفتوحة.
أخطر عدو
اليوم ، الفيروس الذي لا يستجيب للمضادات الحيوية هو أفظع عدو للإنسان. أدى اكتشاف الأدوية المضادة للفيروسات إلى تخفيف حدة الوضع قليلاً ، لكن لم يتم التغلب على الإيدز والتهاب الكبد بعد.
توفر اللقاحات الحماية فقط ضد بعض السلالات الموسمية من الفيروسات ، لكن قدرتها على التحور بسرعة تجعل اللقاحات غير فعالة في العام المقبل. قد يكون أخطر تهديد لسكان العالم هو عدم القدرة على التعامل مع وباء فيروسي آخر في الوقت المناسب.
الإنفلونزا ليست سوى جزء صغير من "جبل الجليد الفيروسي". أدت عدوى فيروس الإيبولا التي تجوب إفريقيا إلى إدخال إجراءات الحجر الصحي في جميع أنحاء العالم. لسوء الحظ ، من الصعب للغاية علاج المرض ، ولا تزال نسبة الوفيات مرتفعة.
كانت إحدى سمات الفيروسات قدرتها السريعة بشكل لا يصدق على التكاثر. يمكن لفيروس العاثيات أن يتفوق على البكتيريا بمقدار 100000 مرة. لذلك ، يحاول علماء الفيروسات من جميع أنحاء العالم إنقاذ البشرية من تهديد مميت.
التدابير الرئيسية للوقاية من العدوى الفيروسية هي: التطعيمات ، والنظافة الشخصية والوصول في الوقت المناسب إلى الطبيب في حالة الإصابة. كان من بين الأعراض ارتفاع درجة الحرارة ، والتي لا يمكن التخلص منها من تلقاء نفسها.
لا يستحق الذعر من مرض فيروسي ، ولكن توخي الحذر يمكن أن ينقذ حياتك حرفيًا. يقول الأطباء إن العدوى ستتطور لدرجة أن الحضارة البشرية ستوجد ، ولا يزال لدى العلماء العديد من الاكتشافات المهمة في أصل وسلوك الفيروسات ، وكذلك في مكافحتها.
الفيروسات - مخلوق أم مادة؟
على مدى المائة عام الماضية ، غيّر العلماء مرارًا وتكرارًا فهمهم لطبيعة الفيروسات ، الناقلات المجهرية للأمراض.
في البداية ، كانت الفيروسات تعتبر مواد سامة ، ثم - أحد أشكال الحياة ، ثم - مركبات كيميائية حيوية. يُفترض اليوم أنهم موجودون بين العالمين الحي وغير الحي وهم المشاركون الرئيسيون في التطور.
في نهاية القرن التاسع عشر ، وجد أن بعض الأمراض ، بما في ذلك داء الكلب ومرض الحمى القلاعية ، تسبب جزيئات تشبه البكتيريا ، ولكنها أصغر بكثير. نظرًا لأنها بيولوجية بطبيعتها وتنتقل من ضحية إلى أخرى ، وتسبب نفس الأعراض ، فقد بدأ اعتبار الفيروسات أصغر الكائنات الحية التي تحمل المعلومات الجينية.
حدث انخفاض الفيروسات إلى مستوى الكيانات الكيميائية المهملة بعد عام 1935 ، عندما بلور وندل ستانلي لأول مرة فيروس تبرقش التبغ. وجد أن البلورات تتكون من مكونات كيميائية حيوية معقدة ولا تمتلك الخاصية اللازمة للأنظمة البيولوجية - النشاط الأيضي. في عام 1946 ، حصل العالم على جائزة نوبل عن هذا العمل في الكيمياء ، وليس في علم وظائف الأعضاء أو الطب.
أظهرت الأبحاث الإضافية التي أجراها ستانلي بوضوح أن أي فيروس يتكون من حمض نووي (DNA أو RNA) معبأ في غلاف بروتيني. بالإضافة إلى البروتينات الواقية ، يحتوي بعضها على بروتينات فيروسية محددة تشارك في عدوى الخلايا. إذا حكمنا على الفيروسات من خلال هذا الوصف فقط ، فإنها في الحقيقة تشبه المواد الكيميائية أكثر من كونها كائنًا حيًا. ولكن عندما يدخل الفيروس الخلية (وبعد ذلك يطلق عليه اسم الخلية المضيفة) ، تتغير الصورة. إنه يلقي غلاف البروتين ويخضع الجهاز الخلوي بأكمله ، مما يجبره على تخليق الحمض النووي الفيروسي أو الحمض النووي الريبي والبروتينات الفيروسية وفقًا للتعليمات المسجلة في الجينوم الخاص به.ثم يتجمع الفيروس ذاتيًا من هذه المكونات ويظهر جسيم فيروسي جديد ، على استعداد لإصابة الخلايا الأخرى.
أجبر هذا المخطط العديد من العلماء على إلقاء نظرة جديدة على الفيروسات. بدأ اعتبارهم كائنات تقع على الحدود بين العالمين الحي وغير الحي. وفقًا لعلماء الفيروسات مارك فان ريجنمورتل (M.H.V. van Regenmortel) من جامعة ستراسبورغ في فرنسا وبريان ماهي (BW Mahy) من مراكز الوقاية من الأمراض ومكافحتها ، يمكن تسمية طريقة الوجود هذه بـ "الحياة على سبيل الإعارة". حقيقة مثيرة للاهتمام هي أنه بينما نظر علماء الأحياء لفترة طويلة إلى الفيروس على أنه "صندوق بروتين" مليء بالتفاصيل الكيميائية ، فقد استخدموا قدرته على التكاثر في الخلية المضيفة لدراسة آلية تشفير البروتين. تدين البيولوجيا الجزيئية الحديثة بالكثير من نجاحها إلى المعلومات المكتسبة من دراسة الفيروسات.
لقد بلور العلماء معظم المكونات الخلوية (الريبوسومات والميتوكوندريا وتركيبات الأغشية والحمض النووي والبروتينات) واليوم ينظرون إليها إما على أنها "آلات كيميائية" أو على أنها مادة تستخدمها أو تنتجها هذه الآلات. إن مثل هذه النظرة للتركيبات الكيميائية المعقدة التي تضمن النشاط الحيوي للخلية قد تسبب القليل من القلق لعلماء الأحياء الجزيئية بشأن حالة الفيروسات. كان الباحثون مهتمين بها فقط كعوامل قادرة على استخدام الخلايا لأغراضها الخاصة أو العمل كمصدر للعدوى. تظل المشكلة الأكثر تعقيدًا المتمثلة في مساهمة الفيروسات في التطور غير مهمة لمعظم العلماء.
أكون أو لا أكون؟
ماذا تعني كلمة "يعيش"؟ يتفق معظم العلماء على أنه بالإضافة إلى القدرة على التكاثر ، يجب أن يكون للكائنات الحية أيضًا خصائص أخرى. على سبيل المثال ، تكون حياة أي مخلوق دائمًا محدودة في الوقت - فهي تولد وتموت. بالإضافة إلى ذلك ، تتمتع الكائنات الحية بدرجة معينة من الاستقلالية بالمعنى البيوكيميائي e ، أي تعتمد إلى حد ما على عمليات التمثيل الغذائي الخاصة بها لتزويدها بالمواد والطاقة التي تحافظ عليها.
الحجر ، وكذلك قطرة السائل التي تحدث فيها عمليات التمثيل الغذائي ، ولكنها لا تحتوي على مادة وراثية وغير قادرة على التكاثر الذاتي ، هي بلا شك كائن غير حي. من ناحية أخرى ، تعد البكتيريا كائنًا حيًا ، وعلى الرغم من أنها تتكون من خلية واحدة فقط ، إلا أنها تستطيع إنتاج الطاقة وتصنيع المواد التي تضمن وجودها وتكاثرها. ماذا يمكن أن يقال في هذا السياق عن البذرة؟ ليس كل بذرة تظهر عليها علامات الحياة. ومع ذلك ، كونها في حالة راحة ، فإنها تحتوي على الإمكانات التي تلقتها من مادة حية بلا شك والتي ، في ظل ظروف معينة ، يمكن تحقيقها. في الوقت نفسه ، يمكن تدمير البذرة بشكل لا رجعة فيه ، وبعد ذلك ستظل الإمكانات غير محققة. في هذا الصدد ، يشبه الفيروس بذرة أكثر منه خلية حية: لديه بعض الاحتمالات التي قد لا تتحقق ، لكن لا توجد قدرة على الوجود المستقل.
من الممكن أيضًا اعتبار الحياة كدولة يمر إليها ، في ظل ظروف معينة ، نظام يتكون من مكونات غير حية ذات خصائص معينة. يمكن الاستشهاد بالحياة والوعي كمثال على هذه الأنظمة المعقدة (الناشئة). للوصول إلى الوضع المناسب ، يجب أن يكون لديهم مستوى معين من الصعوبة. وبالتالي ، فإن العصبون (بمفرده أو حتى كجزء من شبكة عصبية) ليس لديه وعي ؛ وهذا يتطلب دماغًا. لكن الدماغ السليم يمكن أن يكون حيا بيولوجيا وفي نفس الوقت لا يوفر الوعي. بالطريقة نفسها ، لا تعمل الجينات أو البروتينات الخلوية أو الفيروسية في حد ذاتها كمواد حية ، والخلية التي تفتقر إلى النواة تشبه الشخص مقطوع الرأس ، حيث لا تحتوي على مستوى حرج من التعقيد. كما أن الفيروس غير قادر على الوصول إلى هذا المستوى. لذلك يمكن تعريف الحياة على أنها نوع من الحالات الناشئة المعقدة التي تتضمن نفس "لبنات البناء" الأساسية التي يمتلكها الفيروس. إذا اتبعنا هذا المنطق ، فإن الفيروسات ، رغم أنها ليست كائنات حية بالمعنى الدقيق للكلمة ، لا يزال من غير الممكن تصنيفها على أنها أنظمة خاملة: فهي تقع على الحدود بين الأحياء وغير الحية.
| التكاثر الفيروسي |
الفيروسات والتطور
للفيروسات تاريخ تطوري طويل جدًا يعود إلى أصول الكائنات وحيدة الخلية. وبالتالي ، فإن بعض أنظمة الإصلاح الفيروسي التي تضمن استئصال القواعد غير الصحيحة من الحمض النووي والقضاء على الضرر الناجم عن عمل جذور الأكسجين ، وما إلى ذلك ، توجد فقط في الفيروسات الفردية وتوجد دون تغيير لمليارات السنين.
لا ينكر الباحثون أن الفيروسات لعبت دورًا ما في التطور. ولكن ، معتبرين أنها مادة غير حية ، فإنها تضعها على قدم المساواة مع عوامل مثل الظروف المناخية. أثر هذا العامل على الكائنات الحية التي لها سمات متغيرة ومحددة وراثيًا من الخارج. نجحت الكائنات الحية الأكثر مقاومة لهذا التأثير في البقاء على قيد الحياة وتكاثرت ونقل جيناتها إلى الأجيال القادمة.
ومع ذلك ، في الواقع ، عملت الفيروسات على المادة الجينية كائنات حيةليس بشكل غير مباشر ، ولكن بالطريقة الأكثر مباشرة - تبادلوا معه DNA و RNA ، أي كانوا لاعبين بيولوجيين. كانت المفاجأة الكبرى للأطباء وعلماء الأحياء التطورية هي أن معظم الفيروسات كانت كائنات غير ضارة تمامًا ، وليست مرتبطة بأي أمراض. إنهم يغفوون بهدوء داخل الخلايا المضيفة أو يستخدمون أجهزتهم للتكاثر السريع دون أي ضرر للخلية. تمتلك هذه الفيروسات الكثير من الحيل التي تسمح لها بتجنب العين الساهرة لنظام المناعة في الخلية - لكل مرحلة من مراحل الاستجابة المناعية ، لديها جين مُعد يتحكم في هذه المرحلة أو يعدلها لصالحها.
علاوة على ذلك ، في عملية التعايش بين الخلية والفيروس ، فإن الجينوم الفيروسي (DNA أو RNA) "يستعمر" جينوم الخلية المضيفة ، ويزودها بالمزيد والمزيد من الجينات الجديدة ، والتي تصبح في النهاية جزءًا لا يتجزأ من الجينوم من نوع معين من الكائنات الحية. للفيروسات تأثير أسرع وأكثر مباشرة على الكائنات الحية من العوامل الخارجية التي تختار المتغيرات الجينية. إن التجمعات السكانية الكبيرة للفيروسات ، إلى جانب معدل تكرارها العالي ومعدل تحورها العالي ، تجعلها مصدرًا رئيسيًا للابتكار الجيني ، مما يؤدي باستمرار إلى إنشاء جينات جديدة. أي جين فريد من أصل فيروسي ، يسافر ، ينتقل من كائن حي إلى آخر ويساهم في العملية التطورية.
الخلية التي تم تدمير حمضها النووي هي "رجل ميت" حقيقي: فهي محرومة من المادة الوراثية مع تعليمات حول كيفية عملها. لكن يمكن للفيروس استخدام مكونات الخلية السليمة المتبقية والسيتوبلازم لتكرارها. يقوم بإخضاع الجهاز الخلوي وإجباره على استخدام الجينات الفيروسية كمصدر للتعليمات لتخليق البروتينات الفيروسية وتكرار الجينوم الفيروسي. تظهر القدرة الفريدة للفيروسات على التطور في الخلايا الميتة أكثر وضوحًا عندما يكون المضيفون كائنات وحيدة الخلية ، تسكن المحيطات بشكل أساسي. (تعيش الغالبية العظمى من الفيروسات على اليابسة. وفقًا للخبراء ، لا يوجد أكثر من 1030 جسيمًا من الفيروسات في المحيطات).
غالبًا ما يتم قتل البكتيريا والبكتيريا الزرقاء والطحالب ، وهي مضيفات محتملة للفيروسات البحرية ، بواسطة الأشعة فوق البنفسجية التي تدمر الحمض النووي. في الوقت نفسه ، تشتمل بعض الفيروسات ("ضيوف" الكائنات الحية) على آلية لتخليق الإنزيمات التي تعيد الجزيئات التالفة للخلية المضيفة وتعيدها إلى الحياة. على سبيل المثال ، تحتوي البكتيريا الزرقاء على إنزيم يشارك في عملية التمثيل الضوئي ، وفي بعض الأحيان يتم تدميره تحت تأثير الضوء الزائد ، مما يؤدي إلى موت الخلايا. وبعد ذلك ، تقوم الفيروسات التي تُدعى cyanophages "بتشغيل" تركيب نظير من إنزيم التمثيل الضوئي البكتيري الأكثر مقاومة للأشعة فوق البنفسجية. إذا أصاب مثل هذا الفيروس خلية ماتت للتو ، فإن إنزيم التمثيل الضوئي يمكن أن يعيدها إلى الحياة. وهكذا ، فإن الفيروس يلعب دور "الإنعاش الجيني".
يمكن أن تؤدي الجرعات المفرطة من الأشعة فوق البنفسجية أيضًا إلى موت الحشرة الزرقاء ، ولكنها في بعض الأحيان تتمكن من العودة إلى الحياة بمساعدة إصلاحات متعددة. عادة ، هناك عدة فيروسات في كل خلية مضيفة ، وفي حالة تلفها ، يمكنها تجميع الجينوم الفيروسي قطعة قطعة. يمكن لأجزاء مختلفة من الجينوم أن تعمل كمورد للجينات الفردية ، والتي ، مع الجينات الأخرى ، ستعيد وظائف الجينوم بالكامل دون تكوين فيروس كامل. الفيروسات هي الوحيدة من بين جميع الكائنات الحية التي يمكن ، مثل طائر العنقاء ، أن تولد من جديد من الرماد.
وفقًا للاتحاد الدولي لتسلسل الجينوم البشري ، فإن ما بين 113 و 223 جينة موجودة في البكتيريا والبشر مفقودة من الكائنات الحية المدروسة جيدًا مثل خميرة Sacharomyces cerevisiae ، وذبابة الفاكهة Drosophila melanogaster ، والدودة المستديرة Caenorhabditis elegans ، والتي تقع بين الاثنين. التطرف. الكائنات الحية. يعتقد بعض العلماء أن الخميرة ، وذبابة الفاكهة ، والدودة المستديرة ، التي ظهرت بعد البكتيريا ولكن قبل الفقاريات ، فقدت ببساطة الجينات المقابلة في مرحلة ما من تطورها التطوري. يعتقد البعض الآخر أن الجينات انتقلت إلى الإنسان عن طريق البكتيريا التي دخلت جسده.
جنبًا إلى جنب مع زملائنا في معهد اللقاحات والعلاج الجيني بجامعة أوريغون للصحة العامة ، نفترض أن هناك طريقًا ثالثًا: كانت الجينات في الأصل فيروسية الأصل ، ولكن تم استعمارها بعد ذلك من قبل ممثلين لخطين مختلفين من الكائنات الحية ، مثل البكتيريا والفقاريات. يمكن أن ينتقل الجين الذي منحته البكتيريا للإنسان إلى الخطين اللذين ذكرهما الفيروس.
علاوة على ذلك ، نحن على يقين من أن نواة الخلية نفسها من أصل فيروسي. لا يمكن تفسير ظهور النواة (هيكل موجود فقط في حقيقيات النوى ، بما في ذلك البشر ، وغائب في بدائيات النوى ، مثل البكتيريا) من خلال التكيف التدريجي للكائنات بدائية النواة مع الظروف المتغيرة. يمكن أن تكون قد تشكلت على أساس الحمض النووي الفيروسي الجزيئي العالي الموجود مسبقًا ، والذي بنى لنفسه "موطنًا" دائمًا داخل خلية بدائية النواة. يتم تأكيد ذلك من خلال حقيقة أن جين بوليميريز الحمض النووي (إنزيم مشارك في تكرار الحمض النووي) لعاثية T4 (تسمى العاثيات الفيروسات التي تصيب البكتيريا) قريبة في تسلسل النوكليوتيدات من جينات بوليميراز الحمض النووي لكل من حقيقيات النوى والفيروسات التي تصيبهم. بالإضافة إلى ذلك ، توصل باتريك فورتيري من جامعة جنوب باريس ، الذي درس الإنزيمات المشاركة في تكرار الحمض النووي ، إلى استنتاج مفاده أن الجينات التي تحدد تركيبها في حقيقيات النوى هي من أصل فيروسي.
 |
| فيروس اللسان الأزرق |
تؤثر الفيروسات تمامًا على جميع أشكال الحياة على الأرض ، وغالبًا ما تحدد مصيرها. في الوقت نفسه ، تتطور أيضًا. إن ظهور فيروسات جديدة ، مثل فيروس نقص المناعة البشرية (HIV) ، المسبب لمرض الإيدز ، هو دليل مباشر.
تعمل الفيروسات باستمرار على تغيير الحدود بين العالمين البيولوجي والكيميائي الحيوي. كلما تقدمنا في دراسة جينومات الكائنات الحية المختلفة ، كلما وجدنا دليلًا على وجود جينات فيها من مجموعة ديناميكية قديمة جدًا. قال سلفادور لوريا الحائز على جائزة نوبل في عام 1969 هذا عن تأثير الفيروسات على التطور: "ربما كانت الفيروسات ، بقدرتها على الاندماج في الجينوم الخلوي وتركه ، مشاركين نشطين في عملية تحسين المادة الجينية لجميع الكائنات الحية في مسار التطور. ببساطة لم نلاحظه ". بغض النظر عن العالم - سواء أكان حيًا أم غير حي - سننسب إليه الفيروسات ، فقد حان الوقت للنظر فيها ليس بمعزل عن غيرها ، ولكن مع مراعاة الارتباط المستمر مع الكائنات الحية.
عن المؤلف:
لويس فيلاريال(Luis P. Villarreal) - مدير مركز دراسة الفيروسات في جامعة كاليفورنيا ، إيرفين. حصل على درجة الدكتوراه في علم الأحياء من جامعة كاليفورنيا ، سان دييغو ، ثم عمل في جامعة ستانفورد في مختبر الحائز على جائزة نوبل بول بيرج. يشارك بنشاط في التدريس ، ويشارك حاليًا في تطوير برامج لمكافحة تهديد الإرهاب البيولوجي.
تقريبا كل ما قيل هنا ليس له علاقة مباشرة بالقضية.
إن الفيروس ليس مجرد كائن حي ، ناهيك عن كونه كائنًا حيًا.
الكائن الحي هو نظام بيولوجي معقد قادر على التكاثر الذاتي والحفاظ على نشاطه الحيوي (التنفس ، واستهلاك العناصر الغذائية ، وما إلى ذلك). يمكن أن يكون أحادي الخلية (مثل البكتيريا) أو متعدد الخلايا. الفيروس عبارة عن قالب من جزيئات وبروتينات الحمض النووي أو الرنا ، وهو مجرد جزء من الكود الجيني لا يُظهر العلامات الرئيسية للحياة.
إذا قدمنا تشبيهًا من عالم الآليات ، فيمكن تمثيل الخلية ، على سبيل المثال ، على أنها آلة نسخ (وهذه آلية) ، والفيروس عبارة عن ورقة بها نص (لم تعد هذه آلية) . لذا ، فإن دخول ورقة إلى آلة التصوير يؤدي إلى حقيقة أن آلة التصوير تبدأ في إصدار نسخ من هذه الورقة مع النص ، وسوف تفعل ذلك حتى يتم إخراج هذه الورقة من آلة النسخ ، أو حتى يتم إخراج آلة النسخ. ثمل.
تنشأ العلاقة نفسها تقريبًا بين خلية (نظام حي) وفيروس (كائن غير حي).
إذا عبرت عن موافقتك أو عدم موافقتك على القياس الخاص بك مع الروبوت ، فإن المقارنة مناسبة تمامًا. قليلا من النظرية: فيروس من اللات. "الفيروس" - السم
تتكون الغالبية العظمى من الكائنات الحية التي تعيش على الأرض اليوم من خلايا ، والفيروسات فقط ليس لديها بنية خلوية.
وفقًا لهذه الميزة الأكثر أهمية ، يقسم العلماء حاليًا جميع الكائنات الحية إلى إمبراطوريتين:
- ما قبل الخلوية (الفيروسات والعاقمات) ،
- خلوية (جميع الكائنات الحية الأخرى: البكتيريا والمجموعات القريبة منها ، والفطريات ، والنباتات الخضراء ، والحيوانات ، والإنسان).
يتكون الفيروس (أو الجسيم الفيروسي) من جزيء واحد أو أكثر من جزيئات الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي المحاطة بقشرة بروتينية (قفيصة) ، تحتوي أحيانًا أيضًا على مكونات دهنية وكربوهيدرات.
قطر الجزيئات الفيروسية (وتسمى أيضًا virions) هو 20-300 نانومتر. أي أنها أصغر بكثير من أصغر الخلايا بدائية النواة. نظرًا لأن أحجام البروتينات وبعض الأحماض الأمينية في حدود 2-50 نانومتر ، يمكن اعتبار الجسيم الفيروسي مجرد مركب من الجزيئات الكبيرة. نظرًا لصغر حجمها وعدم قدرتها على التكاثر ، غالبًا ما يتم تصنيف الفيروسات على أنها "غير حية".
يقولون: "الفيروس هو شكل وسيط من أشكال الحياة ، أو غير الحياة" ، لأنه خارج الخلية المضيفة يتحول إلى بلورة.
يُعتقد أن الفيروس هو الانتقال من الكيمياء إلى الحياة.
الأكثر أهمية السمات المميزةالفيروسات كالتالي:
2. ليس لديهم التمثيل الغذائي الخاص بهم ، لديهم عدد محدود للغاية من الإنزيمات. للتكاثر ، يتم استخدام التمثيل الغذائي للخلية المضيفة والإنزيمات والطاقة.
3 سنواتخلف من الكسندر زموركو
