Skip to main content
Global

17.1: וירוסים

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    208564

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    איש אינו יודע בדיוק מתי צצו וירוסים או מאיפה הם הגיעו, מכיוון שנגיפים אינם משאירים עקבות היסטוריות כמו מאובנים. וירוסים מודרניים נחשבים לפסיפס של פיסות וחתיכות של חומצות גרעין שנאספו ממקורות שונים לאורך הנתיבים האבולוציוניים שלהם. וירוסים הם ישויות א-תאיות וטפיליות שאינן מסווגות בשום תחום מכיוון שהן אינן נחשבות חיות. אין להם קרום פלזמה, אברונים פנימיים או תהליכים מטבוליים, והם אינם מתחלקים. במקום זאת, הם מדביקים תא מארח ומשתמשים בתהליכי השכפול של המארח כדי לייצר חלקיקי וירוס צאצאים. וירוסים מדביקים את כל צורות האורגניזמים כולל חיידקים, ארכאים, פטריות, צמחים ובעלי חיים. יצורים חיים גדלים, עוברים חילוף חומרים ומתרבים. וירוסים משתכפלים, אך לשם כך הם תלויים לחלוטין בתאי המארח שלהם. הם אינם עוברים חילוף חומרים או גדלים, אלא מורכבים בצורתם הבוגרת.

    ב- A, מיקרוגרף אלקטרונים מציג את נגיף פסיפס הטבק, המעוצב כמלבן ארוך ודק. תמונה B מציגה עלה סחלב במצבי ריקבון משתנים. תסמינים ראשוניים הם כתמים צהובים וחומים. בסופו של דבר, העלה כולו הופך צהוב עם כתמים חומים, ואז חום לחלוטין.
    איור\(\PageIndex{1}\): (א) נגיף פסיפס הטבק, שנראה על ידי מיקרוסקופ אלקטרונים שידור, היה הנגיף הראשון שהתגלה. (ב) העלים של צמח נגוע מוצגים. (אשראי א: נתוני סרגל קנה מידה מאת מאט ראסל; קרדיט ב: שינוי עבודה על ידי USDA, המחלקה לארכיון פתולוגיה של צמחים, אוניברסיטת צפון קרוליינה)

    וירוסים הם מגוונים. הם משתנים במבנה שלהם, בשיטות השכפול שלהם ובמארחי היעד שלהם או אפילו בתאי המארח שלהם. בעוד שניתן להבין את רוב המגוון הביולוגי באמצעות ההיסטוריה האבולוציונית, כגון האופן שבו מינים הסתגלו לתנאים ולסביבות, הרבה על מקורות הנגיף והאבולוציה נותר לא ידוע.

    כיצד וירוסים משתכפלים

    וירוסים התגלו לראשונה לאחר פיתוח מסנן חרסינה, הנקרא מסנן צ'מברלנד-פסטר, שיכול להסיר את כל החיידקים הנראים מתחת למיקרוסקופ מכל דגימת נוזלים. בשנת 1886 הוכיח אדולף מאייר כי ניתן להעביר מחלה של צמחי טבק, מחלת פסיפס טבק, מצמח חולה לצמח בריא באמצעות תמציות צמחים נוזליות. בשנת 1892 הראה דמיטרי איבנובסקי כי ניתן להעביר מחלה זו בדרך זו גם לאחר שמסנן צ'מברלנד-פסטר הסיר את כל החיידקים הקיימים מהתמצית. ובכל זאת, עברו שנים רבות עד שהוכח כי חומרים זיהומיים "הניתנים לסינון" אלה אינם רק חיידקים קטנים במיוחד אלא היו סוג חדש של חלקיקים זעירים הגורמים למחלות.

    ויריון, חלקיקי וירוס בודדים, קטנים מאוד, בערך 20-250 ננומטר (ננומטר אחד = 1/1,000,000 מ"מ). חלקיקי הנגיף הבודדים הללו הם הצורה הזיהומית של וירוס מחוץ לתא המארח. בניגוד לחיידקים (שהם גדולים פי 100 בערך), איננו יכולים לראות וירוסים במיקרוסקופ אור, למעט כמה וירוסים גדולים ממשפחת הפוקסווירוס (איור). \(\PageIndex{2}\)

    גדלים יחסיים בסולם לוגריתמי, בין 0.1 ננומטר ל -1 מ ', מוצגים. אובייקטים מוצגים מהקטן לגדול ביותר. האובייקט הקטן ביותר המוצג, אטום, הוא בערך .1 ננומטר בגודל. מולקולת C60, או באקיבול, היא 1 ננומטר. האובייקטים הגדולים הבאים המוצגים הם שומנים וחלבונים; מולקולות אלה הן בין 1 ל -10 ננומטר. נגיף השפעת הוא כ 100 ננומטר. חיידקים ומיטוכונדריה הם בערך 1 מיקרומטר. תאי דם אדומים אנושיים הם בערך 7 מיקרומטר. תאים צמחיים ובעלי חיים הם שניהם בין 10 ל 100 מיקרומטר. אבקה מפרח תהילת בוקר וביצה אנושית הם בין 100 מיקרומטר ל -1 מ"מ. ביצת צפרדע היא בערך 1 מ"מ.
    איור\(\PageIndex{2}\): גודלו של וירוס קטן מאוד ביחס לגודל התאים והאברונים.

    רק בהתפתחות מיקרוסקופ האלקטרונים בשנות הארבעים קיבלו המדענים את התצוגה הטובה הראשונה שלהם על מבנה נגיף פסיפס הטבק (איור\(\PageIndex{1}\)) ואחרים. ניתן לראות את מבנה פני השטח של הווירונים הן על ידי סריקה והן על ידי מיקרוסקופ אלקטרונים שידור, בעוד שניתן לראות את המבנים הפנימיים של הנגיף רק בתמונות ממיקרוסקופ אלקטרונים שידור (איור\(\PageIndex{3}\)).

    מוצגות שתי תמונות של נגיף האבולה. תמונה A היא מיקרוגרף אלקטרונים סורק. ישנם הרבה וירוסים ארוכים תלת מימדיים, עגולים, המוצגים. תמונה B היא מיקרוגרף אלקטרונים שידור משופר בצבע. הנגיפים הם באותו גודל וצורה כמו בתמונה A, אך כאן ניתן לראות מבנה פנימי כלשהו בחתך רוחב אורכי.
    איור\(\PageIndex{3}\): נגיף האבולה מוצג כאן כפי שמוצג באמצעות (א) מיקרוגרף אלקטרונים סורק ו- (ב) מיקרוגרף אלקטרונים שידור. (קרדיט א: שינוי עבודות מאת סינתיה גולדסמית ', CDC; קרדיט ב: שינוי עבודות מאת תומאס וו גייסברט, בית הספר לרפואה של אוניברסיטת בוסטון; נתוני סרגל קנה מידה מאת מאט ראסל)

    השימוש בטכנולוגיה זו אפשר גילוי של וירוסים רבים מכל סוגי האורגניזמים החיים. בתחילה הם קובצו לפי מורפולוגיה משותפת, כלומר גודלם, צורתם ומבניהם המבדילים. מאוחר יותר, קבוצות של וירוסים סווגו לפי סוג חומצת הגרעין שהכילו, DNA או RNA, והאם חומצת הגרעין שלהם הייתה חד-גדילית או כפולה. לאחרונה, ניתוח מולקולרי של מחזורי שכפול ויראליים חידד עוד יותר את סיווגם.

    ויריון מורכב מליבת חומצת גרעין, ציפוי חלבון חיצוני, ולעיתים מעטפה חיצונית העשויה מממברנות חלבון ופוספוליפידים המופקים מהתא המארח. ההבדל הבולט ביותר בין בני משפחות ויראליות הוא המורפולוגיה שלהם, שהיא מגוונת למדי. תכונה מעניינת של מורכבות ויראלית היא כי המורכבות של המארח אינו מתאם למורכבות של virion. כמה ממבני הוויריון המורכבים ביותר נצפים בבקטריופאגים, וירוסים המדביקים את האורגניזמים החיים הפשוטים ביותר, חיידקים.

    וירוסים מגיעים בצורות וגדלים רבים, אך אלה עקביים ומובחנים עבור כל משפחה ויראלית (איור\(\PageIndex{4}\)). לכל הווירונים יש גנום של חומצת גרעין המכוסה בשכבת מגן של חלבון, הנקראת קפסיד. הקפסיד עשוי מתת-יחידות חלבון הנקראות קפסומרים. כמה קפסידים ויראליים הם "כדורים" פוליהדרליים פשוטים, בעוד שאחרים מורכבים למדי במבנה. המבנה החיצוני המקיף את הקפסיד של כמה וירוסים נקרא מעטפת ויראלית. כל הנגיפים משתמשים בגליקופרוטאין כלשהו כדי להיצמד לתאי המארח שלהם במולקולות בתא הנקראות קולטנים ויראליים. הנגיף מנצל את המולקולות הללו על פני התא, בהן התא משתמש למטרה אחרת, כדרך לזהות ולהדביק סוגי תאים ספציפיים. לדוגמה, נגיף החצבת משתמש בגליקופרוטאין משטח התא בבני אדם המתפקד בדרך כלל בתגובות חיסוניות ואולי באינטראקציה של זרע-ביצית בעת ההפריה. התקשרות היא דרישה לנגיפים לחדור מאוחר יותר לקרום התא, להזריק את הגנום הנגיפי ולהשלים את שכפולם בתוך התא.

    בקטריופאג T4, המדביק את חיידק E. coli, הוא בין הוויריון המורכב ביותר הידוע; ל- T4 יש מבנה זנב חלבון שהנגיף משתמש בו כדי להיצמד לתא המארח ומבנה ראש המאכלס את ה- DNA שלו.

    Adenovirus, נגיף בעלי חיים ללא מעטפת הגורם למחלות נשימה בבני אדם, משתמש בקוצי חלבון הבולטים מהקפסומרים שלו כדי להיצמד לתא המארח. וירוסים ללא מעטפת כוללים גם את אלה הגורמים לפוליו (פוליו-וירוס), יבלות צמחיות (נגיף הפפילומה) והפטיטיס A (נגיף הפטיטיס A). וירוסים ללא מעטפת נוטים להיות חזקים יותר וסביר יותר לשרוד בתנאים קשים, כגון המעיים.

    וירונים עטופים כמו HIV (וירוס כשל חיסוני אנושי), הגורם הסיבתי באיידס (תסמונת הכשל החיסוני הנרכש), מורכבים מחומצת גרעין (RNA במקרה של HIV) וחלבוני קפסיד המוקפים במעטפת דו-שכבתית של פוספוליפידים והחלבונים הקשורים אליה (איור). \(\PageIndex{4}\) אבעבועות רוח, שפעת וחזרת הן דוגמאות למחלות הנגרמות על ידי נגיפים עם מעטפות. בגלל שבריריות המעטפה, וירוסים ללא מעטפת עמידים יותר לשינויים בטמפרטורה, ב-pH ובחומרי חיטוי מסוימים מאשר וירוסים עטופים.

    בסך הכל, צורת הוויריון והימצאות או היעדר מעטפה מספרים לנו מעט על אילו מחלות הנגיפים עלולים לגרום או אילו מינים הם עלולים להדביק, אך היא עדיין אמצעי שימושי להתחיל בסיווג ויראלי.

    חיבור אמנות

    איור מציג בקטריופאג T4, המאכלס את גנום ה- DNA שלו בראש משושה. זנב ארוך וישר משתרע מתחתית הראש. סיבי זנב המחוברים לבסיס הזנב כפופים, כמו רגלי עכביש. אדנו-וירוס מאכלס את גנום ה-DNA שלו בקפסיד עגול העשוי מיחידות משנה קטנות רבות של קפסומרים. גליקופרוטאינים משתרעים מהקפסומר, כמו סיכות מכרית סיכה. רטרו-וירוס ה- HIV מכיל את גנום ה- RNA שלו ואנזים הנקרא טרנסקריפטאז הפוך בקפסיד בצורת כדור. מעטפת ויראלית כדורית, מרופדת בחלבוני מטריצה, מקיפה את הקפסיד. גליקופרוטאינים משתרעים מהמעטפה הנגיפית.
    איור\(\PageIndex{4}\): וירוסים יכולים להיות מורכבים בצורתם או פשוטים יחסית. איור זה מציג שלושה וירוסים מורכבים יחסית: הבקטריופאג T4, עם קבוצת הראש המכילה DNA וסיבי הזנב המתחברים לתאי המארח; אדנווירוס, המשתמש בקוצים מהקפסיד שלו כדי להיקשר לתאים המארחים; ו- HIV, המשתמש בגליקופרוטאינים המוטבעים במעטפתו לשם כך. שימו לב כי ל- HIV יש חלבונים הנקראים חלבוני מטריצה, פנימיים למעטפה, המסייעים בייצוב צורת הוויריון. HIV הוא רטרו-וירוס, מה שאומר שהוא מתמלל הפוך את גנום ה-RNA שלו ל-DNA, אשר לאחר מכן מחובר ל-DNA של המארח. (אשראי "בקטריופאג ', אדנווירוס": שינוי העבודה על ידי NCBI, NIH; אשראי "רטרווירוס HIV": שינוי העבודה על ידי NIAID, NIH)

    איזו מהמשפטים הבאים לגבי מבנה הנגיף נכונה?

    1. כל הנגיפים עטופים בקרום ויראלי.
    2. הקפסומר מורכב מתת-יחידות חלבון קטנות הנקראות קפסידים.
    3. DNA הוא החומר הגנטי בכל הנגיפים.
    4. גליקופרוטאינים עוזרים לנגיף להיצמד לתא המארח.

    בניגוד לכל האורגניזמים החיים המשתמשים ב- DNA כחומר הגנטי שלהם, וירוסים עשויים להשתמש ב- DNA או ב- RNA כשלהם. ליבת הנגיף מכילה את הגנום או את התוכן הגנטי הכולל של הנגיף. הגנום הנגיפי נוטה להיות קטן בהשוואה לחיידקים או אוקריוטים, המכיל רק את הגנים המקודדים לחלבונים שהנגיף אינו יכול לקבל מהתא המארח. חומר גנטי זה עשוי להיות חד-גדילי או דו-גדילי. זה יכול להיות גם ליניארי או מעגלי. בעוד שרוב הנגיפים מכילים קטע בודד של חומצת גרעין, לאחרים יש גנום המורכב ממספר מקטעים.

    לנגיפי DNA יש ליבת DNA. ה-DNA הנגיפי מכוון את חלבוני השכפול של התא המארח לסנתז עותקים חדשים של הגנום הנגיפי ולתמלל ולתרגם את הגנום הזה לחלבונים ויראליים. נגיפי DNA גורמים למחלות אנושיות כמו אבעבועות רוח, הפטיטיס B וכמה מחלות מין כמו הרפס ויבלות באברי המין.

    נגיפי RNA מכילים רק RNA בליבותיהם. כדי לשכפל את הגנום שלהם בתא המארח, הגנום של נגיפי RNA מקודד לאנזימים שאינם נמצאים בתאי המארח. אנזימי RNA פולימראז אינם יציבים כמו פולימראזות DNA ולעתים קרובות עושים טעויות במהלך השעתוק. מסיבה זו, מוטציות, שינויים ברצף הנוקלאוטידים, בנגיפי RNA מתרחשים בתדירות גבוהה יותר מאשר בנגיפי DNA. זה מוביל להתפתחות מהירה יותר ולשינוי בנגיפי RNA. לדוגמה, העובדה ששפעת היא נגיף RNA היא אחת הסיבות לכך שיש צורך בחיסון חדש נגד שפעת מדי שנה. מחלות אנושיות הנגרמות על ידי נגיפי RNA כוללות הפטיטיס C, חצבת וכלבת.

    ניתן לראות בנגיפים טפילים תוך תאיים מחייבים. הנגיף חייב להיצמד לתא חי, להילקח פנימה, לייצר את החלבונים שלו ולהעתיק את הגנום שלו, ולמצוא דרך לברוח מהתא כדי שהנגיף יוכל להדביק תאים אחרים ובסופו של דבר אנשים אחרים. וירוסים יכולים להדביק רק מינים מסוימים של מארחים ורק תאים מסוימים בתוך המארח הזה. הבסיס המולקולרי לספציפיות זו הוא שמולקולת משטח מסוימת, המכונה הקולטן הנגיפי, חייבת להימצא על פני התא המארח כדי שהנגיף יתחבר. כמו כן, הבדלים מטבוליים הנראים בסוגי תאים שונים המבוססים על ביטוי גנים דיפרנציאלי הם גורם סביר שבו תאים שנגיף עשוי להשתמש בהם כדי לשכפל. התא חייב לייצר את החומרים שהנגיף זקוק להם, כגון אנזימים שלגנום הנגיף עצמו אין גנים עבורם, או שהנגיף לא יוכל לשכפל באמצעות התא הזה.

    שלבים של זיהומי וירוסים

    וירוס חייב "להשתלט" על תא כדי לשכפל. מחזור השכפול הנגיפי יכול לייצר שינויים ביוכימיים ומבניים דרמטיים בתא המארח, העלולים לגרום לנזק לתאים. שינויים אלה, הנקראים השפעות ציטופתיות, יכולים לשנות את תפקודי התא או אפילו להרוס את התא. חלק מהתאים הנגועים, כמו אלה שנדבקו בנגיף ההצטננות (rhinovirus), מתים כתוצאה מתמוגה (התפרצות) או אפופטוזיס (מוות תאי מתוכנת או "התאבדות תאים"), ומשחררים את כל נגיפי הצאצאים בבת אחת. הסימפטומים של מחלות נגיפיות נובעים מהתגובה החיסונית לנגיף, המנסה לשלוט ולחסל את הנגיף מהגוף, ומנזק לתאים שנגרם על ידי הנגיף. וירוסים רבים של בעלי חיים, כגון HIV (נגיף כשל חיסוני אנושי), עוזבים את התאים הנגועים של מערכת החיסון בתהליך המכונה ניצנים, שבו נגיפים עוזבים את התא בנפרד. במהלך תהליך הנביטה, התא אינו עובר תמוגה ואינו נהרג מיד. עם זאת, הנזק לתאים ש- HIV מדביק עלול להפוך את התאים לבלתי אפשריים לתפקד כמתווכים של חסינות, למרות שהתאים נשארים בחיים לתקופה מסוימת. רוב הזיהומים הנגיפיים היצרניים עוקבים אחר שלבים דומים במחזור שכפול הנגיף: התקשרות, חדירה, ביטול ציפוי, שכפול, הרכבה ושחרור.

    וירוס מתחבר לאתר קולטן ספציפי בקרום התא המארח באמצעות חלבוני התקשרות בקפסיד או חלבונים המוטבעים במעטפת שלו. ההתקשרות היא ספציפית, ובדרך כלל וירוס יתחבר רק לתאים של מין אחד או כמה ורק סוגי תאים מסוימים בתוך אותם מינים עם הקולטנים המתאימים.

    מושג בפעולה

    צפה בסרטון זה לקבלת הסבר חזותי כיצד שפעת תוקפת את הגוף.

    שלא כמו וירוסים של בעלי חיים, חומצת הגרעין של בקטריופאגים מוזרקת לתא המארח עירומה, ומשאירה את הקפסיד מחוץ לתא. וירוסים צמחיים ובעלי חיים יכולים להיכנס לתאים שלהם באמצעות אנדוציטוזה, שבה קרום התא מקיף ובולע את הנגיף כולו. כמה וירוסים עטופים נכנסים לתא כאשר המעטפת הנגיפית מתמזגת ישירות עם קרום התא. ברגע שנכנס לתא, הקפסיד הנגיפי מתפרק ומשתחררת חומצת הגרעין הנגיפית, אשר לאחר מכן הופכת לזמינה לשכפול ותעתוק.

    מנגנון השכפול תלוי בגנום הנגיפי. נגיפי DNA משתמשים בדרך כלל בחלבונים ובאנזימים של התא המארח כדי ליצור DNA נוסף המשמש להעתקת הגנום או לתמלל ל- RNA שליח (mRNA), המשמש לאחר מכן בסינתזת חלבונים. נגיפי RNA, כגון נגיף השפעת, משתמשים בדרך כלל בליבת ה-RNA כתבנית לסינתזה של RNA גנומי ויראלי ו-mRNA. ה-mRNA הנגיפי מתורגם לאנזימים ויראליים וחלבוני קפסיד כדי להרכיב וירונים חדשים (איור). \(\PageIndex{5}\) כמובן, ישנם יוצאים מן הכלל לדפוס זה. אם תא מארח אינו מספק את האנזימים הדרושים לשכפול ויראלי, גנים ויראליים מספקים את המידע לסינתזה ישירה של החלבונים החסרים. לרטרו-וירוסים, כגון HIV, יש גנום RNA שיש לתמלל הפוך כדי ליצור DNA, אשר לאחר מכן מוכנס ל- DNA של המארח. כדי להמיר RNA ל-DNA, רטרו-וירוסים מכילים גנים המקודדים לאנזים הספציפי לנגיף טרנסקריפטאז הפוך שמתמלל תבנית RNA ל-DNA. העובדה ש- HIV מייצר חלק מהאנזימים שלו, שאינם נמצאים במארח, אפשרה לחוקרים לפתח תרופות המעכבות אנזימים אלה. תרופות אלו, כולל מעכב הטרנסקריפטאז ההפוך AZT, מעכבות את שכפול ה- HIV על ידי הפחתת פעילות האנזים מבלי להשפיע על חילוף החומרים של המארח.

    השלב האחרון של שכפול ויראלי הוא שחרור הנגיפים החדשים לאורגניזם המארח, שם הם מסוגלים להדביק תאים סמוכים ולחזור על מחזור השכפול. וירוסים מסוימים משתחררים כאשר התא המארח מת ווירוסים אחרים יכולים לעזוב תאים נגועים על ידי ניצנים דרך הממברנה מבלי להרוג ישירות את התא.

    חיבור אמנות

    האיור מציג את השלבים של זיהום בנגיף שפעת. בשלב 1, נגיף השפעת נקשר לקולטן בתא אפיתל מטרה. בשלב 2, התא בולע את הנגיף על ידי אנדוציטוזיס, והנגיף עטוף בקרום הפלזמה של התא. בשלב 3, הממברנה מתמוססת, והתוכן הנגיפי משתחרר לתוך הציטופלזמה. mRNA ויראלי נכנס לגרעין, שם הוא משוכפל על ידי פולימראז RNA ויראלי. בשלב 4, mRNA ויראלי יוצא לציטופלזמה, שם הוא משמש לייצור חלבונים ויראליים. בשלב 5, חלקיקים ויראליים חדשים משתחררים לנוזל החוץ תאי. התא, אשר לא נהרג בתהליך, ממשיך לעשות וירוס חדש.
    איור\(\PageIndex{5}\): בזיהום בנגיף שפעת, גליקופרוטאינים מתחברים לתא אפיתל מארח. כתוצאה מכך, הנגיף נבלע. RNA וחלבונים מיוצרים ומורכבים לווירונים חדשים.

    נגיף השפעת ארוז במעטפה ויראלית, המתמזגת עם קרום הפלזמה. בדרך זו, הנגיף יכול לצאת מהתא המארח מבלי להרוג אותו. איזה יתרון מרוויח הנגיף בכך שהוא שומר על התא המארח בחיים?

    מושג בפעולה

    לחץ על מדריך זה בנושא וירוסים כדי לזהות מבנים, אופני שידור, שכפול ועוד.

    וירוסים ומחלות

    וירוסים גורמים למגוון מחלות בבעלי חיים, כולל בני אדם, החל מהצטננות ועד למחלות שעלולות להיות קטלניות כמו דלקת קרום המוח (איור\(\PageIndex{6}\)). ניתן לטפל במחלות אלו על ידי תרופות אנטי-ויראליות או על ידי חיסונים, אך נגיפים מסוימים, כמו HIV, מסוגלים להימנע מהתגובה החיסונית ולהשתנות כדי להיות עמידים לתרופות אנטי-ויראליות.

    האיור מציג סקירה כללית של מחלות ויראליות אנושיות. וירוסים הגורמים לדלקת המוח או דלקת קרום המוח, או דלקת במוח וברקמות הסובבות, כוללים חצבת, ארבווירוס, כלבת, נגיף JC ונגיף LCM. הצטננות נגרמת על ידי נגיף רינו, נגיף parainfluenza ונגיף סינציאליאלי נשימתי. דלקות עיניים נגרמות על ידי הרפס ווירוס, אדנווירוס וציטומגלווירוס. דלקת הלוע, או דלקת של הלוע, נגרמת על ידי אדנווירוס, וירוס אפשטיין-בר, ו cytomegalovirus. Parotitis, או דלקת של בלוטות הפרוטיד, נגרמת על ידי וירוס חזרת. דלקת חניכיים, או דלקת ברירית הפה, נגרמת על ידי נגיף הרפס סימפלקס מסוג I. דלקת ריאות נגרמת על ידי נגיפי שפעת מסוג A ו- B, נגיף parainfluenza, נגיף סינסיטיאלי בדרכי הנשימה, אדנווירוס ונגיף SARS. בעיות לב וכלי דם נגרמות על ידי וירוס coxsackie B. הפטיטיס נגרמת על ידי נגיף הפטיטיס מסוג A, B, C, D ו- E. מיאליטיס נגרמת על ידי פוליו-וירוס ו- HLTV-1. דלקות עור נגרמות על ידי נגיף אבעבועות רוח, נגיף הרפס אנושי 6, אבעבועות שחורות, מולוסקום קונטגיאוסום, נגיף הפפילומה האנושי, פרבווירוס B19, אדמת, חצבת ונגיף קוקסאקי A. גסטרואנטריטיס, או מחלת עיכול, נגרמת על ידי אדנווירוס, נגיף רוטה, נורובירוס, אסטרווירוס וקורונה. מחלות המועברות במגע מיני נגרמות על ידי הרפס סימפלקס מסוג 2, וירוס הפפילומה האנושי ו- HIV. דלקת הלבלב B נגרמת על ידי נגיף קוקסאקי B.
    איור\(\PageIndex{6}\): וירוסים הם הגורם לעשרות מחלות בבני אדם, החל ממחלות קלות ועד מחלות קשות. (אשראי: שינוי העבודה על ידי מיקאל האגסטרום)

    חיסונים למניעה

    אמנם יש לנו מספר מוגבל של תרופות אנטי-ויראליות יעילות, כגון אלו המשמשות לטיפול ב- HIV ושפעת, אך השיטה העיקרית לשליטה במחלות ויראליות היא באמצעות חיסון, שנועד למנוע התפרצויות על ידי בניית חסינות למשפחת וירוסים או וירוסים. ניתן להכין חיסון באמצעות וירוסים חיים מוחלשים, וירוסים מומתים או יחידות משנה מולקולריות של הנגיף. באופן כללי, וירוסים חיים מובילים לחסינות טובה יותר, אך יש להם אפשרות לגרום למחלות בתדירות נמוכה כלשהי. חיסון ויראלי שנהרג ונגיפי יחידת המשנה אינם מסוגלים לגרום למחלות, אך באופן כללי מובילים לחסינות פחות יעילה או ארוכת טווח.

    חיסונים נגיפיים חיים מוחלשים מתוכננים במעבדה לגרום לתסמינים מעטים אצל הנמענים תוך מתן חסינות מפני זיהומים עתידיים. פוליו הייתה מחלה אחת שייצגה אבן דרך בשימוש בחיסונים. קמפיינים לחיסונים המוניים בארה"ב בשנות החמישים (חיסון נהרג) ו-1960 (חיסון חי) חיסלו למעשה את המחלה, שגרמה לשיתוק שרירים אצל ילדים ויצרה פחד באוכלוסייה הכללית כאשר התרחשו מגיפות אזוריות. הצלחת חיסון הפוליו סללה את הדרך לחלוקה שגרתית של חיסוני ילדות נגד חצבת, חזרת, אדמת, אבעבועות רוח ומחלות אחרות.

    חיסונים חיים נעשים בדרך כלל על ידי הנחתה (היחלשות) של הנגיף "מסוג הבר" (הגורם למחלות) על ידי גידולו במעבדה ברקמות או בטמפרטורות שונות ממה שהנגיף רגיל למארח. לדוגמה, ניתן לגדל את הנגיף בתאים במבחנה, בעוברי ציפורים או בבעלי חיים חיים. ההסתגלות לתאים או לטמפרטורה החדשים הללו גורמת למוטציות בגנום הנגיף, ומאפשרת להם לצמוח טוב יותר במעבדה תוך עיכוב יכולתם לגרום למחלות כאשר הם מוחדרים מחדש לתנאים המצויים במארח. וירוסים מוחלשים אלה עדיין גורמים לזיהום, אך הם אינם גדלים היטב, ומאפשרים לתגובה החיסונית להתפתח בזמן כדי למנוע מחלות קשות. הסכנה בשימוש בחיסונים חיים, שהם בדרך כלל יעילים יותר מחיסונים מומתים, היא הסיכון הנמוך אך המשמעותי לכך שנגיפים אלה יחזרו לצורתם הגורמת למחלות על ידי מוטציות גב. מוטציות גב מתרחשות כאשר החיסון עובר מוטציות במארח כך שהוא מסתגל מחדש למארח ויכול לגרום שוב למחלות, אשר לאחר מכן יכולות להתפשט לבני אדם אחרים במגיפה. זה קרה לאחרונה בשנת 2007 בניגריה, שם מוטציות בחיסון נגד פוליו הובילו למגיפה של פוליו במדינה זו.

    חלק מהחיסונים נמצאים בפיתוח מתמשך מכיוון שלוירוסים מסוימים, כגון שפעת ו- HIV, יש שיעור מוטציות גבוה בהשוואה לנגיפים אחרים או לתאי מארח. עם שפעת, מוטציה בגנים של מולקולות פני השטח מסייעת לנגיף להתחמק מהחסינות המגנה שאולי הושגה בעונת שפעת קודמת, מה שהופך את זה הכרחי לאנשים להתחסן מדי שנה. נגיפים אחרים, כמו אלה הגורמים למחלות הילדות חצבת, חזרת ואדמת, משתנים כל כך מעט עד שמשתמשים באותו חיסון שנה אחר שנה.

    חיסונים ותרופות אנטי-ויראליות לטיפול

    במקרים מסוימים ניתן להשתמש בחיסונים לטיפול בזיהום ויראלי פעיל. במקרה של כלבת, מחלה נוירולוגית קטלנית המועברת ברוק של בעלי חיים נגועים בנגיף הכלבת, התקדמות המחלה מרגע עקיצת החיה ועד שהיא נכנסת למערכת העצבים המרכזית עשויה להיות שבועיים או יותר. זה מספיק זמן לחסן אדם שחושד שננשך על ידי חיה כלבת, והתגובה החיסונית המוגברת מהחיסון מספיקה כדי למנוע מהנגיף להיכנס לרקמת העצבים. לפיכך, ההשלכות הנוירולוגיות הקטלניות של המחלה נמנעות והאדם צריך רק להתאושש מהנשיכה הנגועה. גישה זו משמשת גם לטיפול באבולה, אחד הנגיפים המהירים והקטלניים ביותר המשפיעים על בני אדם, אם כי בדרך כלל מדביקים אוכלוסיות מוגבלות. אבולה היא גם גורם מוות מוביל בגורילות. מועבר על ידי עטלפים וקופים גדולים, נגיף זה יכול לגרום למוות בקרב 70-90 אחוז מהנגועים תוך שבועיים. באמצעות חיסונים שפותחו לאחרונה המגבירים את התגובה החיסונית, יש תקווה שמערכת החיסון של אנשים מושפעים תוכל לשלוט טוב יותר בנגיף, מה שעלול להפחית את שיעורי התמותה.

    דרך נוספת לטיפול בזיהומים ויראליים היא השימוש בתרופות אנטי-ויראליות. לתרופות אלו יש לעיתים קרובות יכולת מוגבלת לרפא מחלות ויראליות אך שימשו לשליטה ולהפחתת תסמינים למגוון רחב של מחלות ויראליות. עבור רוב הנגיפים, תרופות אלה מעכבות את הנגיף על ידי חסימת פעולות של אחד או יותר מחלבוניו. חשוב שהחלבונים הממוקדים יהיו מקודדים על ידי גנים ויראליים ושמולקולות אלו אינן קיימות בתא מארח בריא. בדרך זו, צמיחה ויראלית מעוכבת מבלי לפגוע במארח. ישנם מספר רב של תרופות אנטי-ויראליות הזמינות לטיפול בזיהומים, חלקן ספציפיות לנגיף מסוים ואחרות שיכולות להשפיע על וירוסים מרובים.

    תרופות אנטי-ויראליות פותחו לטיפול בהרפס גניטלי (הרפס סימפלקס II) ושפעת. עבור הרפס גניטלי, תרופות כגון acyclovir יכול להפחית את מספר ומשך הפרקים של מחלה ויראלית פעילה שבמהלכם חולים לפתח נגעים ויראליים בתאי העור שלהם. מכיוון שהנגיף נשאר סמוי ברקמת העצבים בגוף לכל החיים, תרופה זו אינה תרופה אלא יכולה להפוך את תסמיני המחלה לניתנים לניהול יותר. עבור שפעת, תרופות כמו טמיפלו יכולות להפחית את משך תסמיני "שפעת" ביום או יומיים, אך התרופה אינה מונעת תסמינים לחלוטין. תרופות אנטי-ויראליות אחרות, כגון Ribavirin, שימשו לטיפול במגוון זיהומים ויראליים.

    ללא ספק השימוש המוצלח ביותר בתרופות אנטי-ויראליות היה בטיפול ברטרו-וירוס HIV, הגורם למחלה שאם אינה מטופלת היא בדרך כלל קטלנית תוך 10-12 שנים לאחר שנדבקה. תרופות נגד HIV הצליחו לשלוט בשכפול הנגיפי עד כדי כך שאנשים המקבלים תרופות אלו שורדים זמן רב משמעותית מהלא מטופלים.

    תרופות נגד HIV מעכבות שכפול ויראלי בשלבים רבים ושונים של מחזור שכפול ה- HIV. פותחו תרופות המעכבות את היתוך המעטפת הנגיפית של ה- HIV עם קרום הפלזמה של התא המארח (מעכבי היתוך), המרת גנום ה- RNA שלו ל- DNA דו-גדילי (מעכבי טרנסקריפטאז הפוך), שילוב ה- DNA הנגיפי בגנום המארח (מעכבי אינטגראז) ועיבוד חלבונים נגיפיים (מעכבי פרוטאז).

    כאשר כל התרופות הללו משמשות בנפרד, שיעור המוטציות הגבוה של הנגיף מאפשר לנגיף להתפתח במהירות עמידות לתרופה. פריצת הדרך בטיפול ב- HIV הייתה פיתוח טיפול אנטי-רטרו-ויראלי פעיל ביותר (HAART), הכולל תערובת של תרופות שונות, המכונות לעיתים "קוקטייל" תרופתי. על ידי תקיפת הנגיף בשלבים שונים של מחזור השכפול שלו, קשה לנגיף לפתח עמידות לתרופות מרובות בו זמנית. ובכל זאת, אפילו בשימוש בטיפול משולב ב- HAART, קיים חשש שעם הזמן הנגיף יפתח עמידות לטיפול זה. לפיכך, תרופות חדשות נגד HIV מפותחות ללא הרף בתקווה להמשיך במאבק נגד הנגיף הקטלני ביותר הזה.

    סיכום

    וירוסים הם ישויות תאיות שבדרך כלל ניתן לראות רק במיקרוסקופ אלקטרונים. הגנום שלהם מכיל DNA או RNA, והם משתכפלים באמצעות חלבוני השכפול של תא מארח. וירוסים הם מגוונים, מדביקים ארכאים, חיידקים, פטריות, צמחים ובעלי חיים. וירוסים מורכבים מליבת חומצת גרעין המוקפת בקפסיד חלבון עם או בלי מעטפת שומנים חיצונית.

    שכפול ויראלי בתוך תא חי מייצר תמיד שינויים בתא, לפעמים גורם למוות של תאים ולפעמים הורג לאט את התאים הנגועים. ישנם שישה שלבים בסיסיים במחזור שכפול הנגיף: התקשרות, חדירה, ביטול ציפוי, שכפול, הרכבה ושחרור. זיהום ויראלי עשוי להיות פרודוקטיבי, וכתוצאה מכך וירוסים חדשים, או לא פרודוקטיביים, כלומר הנגיף נשאר בתוך התא מבלי לייצר וירוסים חדשים.

    וירוסים גורמים למגוון מחלות בבני אדם. ניתן למנוע רבות ממחלות אלה על ידי שימוש בחיסונים נגיפיים, המעוררים חסינות הגנה מפני הנגיף מבלי לגרום למחלות קשות. ניתן להשתמש בחיסונים נגיפיים גם בזיהומים ויראליים פעילים, מה שמגביר את יכולתה של מערכת החיסון לשלוט או להשמיד את הנגיף. תרופות אנטי-ויראליות המכוונות לאנזימים ומוצרי חלבון אחרים של גנים ויראליים פותחו והשתמשו בהן בהצלחה מעורבת. שילובים של תרופות נגד HIV שימשו לשליטה יעילה בנגיף, והאריכו את תוחלת החיים של אנשים נגועים.

    חיבורי אמנות

    איור\(\PageIndex{4}\): איזו מהמשפטים הבאים לגבי מבנה הנגיף נכונה?

    ת כל הנגיפים עטופים בקרום ויראלי.
    ב הקפסומר מורכב מתת-יחידות חלבון קטנות הנקראות קפסידים.
    C. DNA הוא החומר הגנטי בכל הנגיפים.
    ד גליקופרוטאינים עוזרים לנגיף להיצמד לתא המארח.

    תשובה

    ד

    איור\(\PageIndex{5}\): נגיף השפעת ארוז במעטפה ויראלית, המתמזגת עם קרום הפלזמה. בדרך זו, הנגיף יכול לצאת מהתא המארח מבלי להרוג אותו. איזה יתרון מרוויח הנגיף בכך שהוא שומר על התא המארח בחיים?

    תשובה

    התא המארח יכול להמשיך לייצר חלקיקי וירוס חדשים.

    רשימת מילים

    תאיים
    חסר תאים
    אפופטוזיס
    מוות התא הנגרם על ידי אינדוקציה של המנגנונים הפנימיים של התא עצמו או כצעד טבעי בהתפתחות אורגניזם רב תאי או על ידי גורמים סביבתיים אחרים כגון אותות מתאי מערכת החיסון
    הנחתה
    היחלשות הנגיף במהלך פיתוח החיסון
    קפסיד
    ציפוי החלבון של הליבה הנגיפית
    ציטופתי
    גרימת נזק לתאים
    גליקופרוטאין
    מולקולת חלבון עם מולקולות פחמימות מחוברות
    חיסון
    פתרון מוחלש של רכיבי וירוס, וירוסים או סוכנים אחרים המייצרים תגובה חיסונית
    ויריון
    חלקיק וירוס בודד מחוץ לתא מארח
    מעטפה ויראלית
    דו שכבה שומנית העוטפת כמה וירוסים

    תורמים וייחוסים