Skip to main content
Global

21.1: التطور الفيروسي والتشكيل والتصنيف

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    196706

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

    المهارات اللازمة للتطوير

    • وصف كيفية اكتشاف الفيروسات لأول مرة وكيفية اكتشافها
    • ناقش ثلاث فرضيات حول كيفية تطور الفيروسات
    • التعرف على الأشكال الأساسية للفيروسات
    • فهم أنظمة التصنيف السابقة والناشئة للفيروسات

    الفيروسات هي كيانات متنوعة. وهي تختلف في بنيتها وطرق النسخ المتماثل الخاصة بها وفي المضيفين المستهدفين. تحتوي جميع أشكال الحياة تقريبًا - من البكتيريا والأركيا إلى حقيقيات النوى مثل النباتات والحيوانات والفطريات - على فيروسات تصيبها. في حين يمكن فهم معظم التنوع البيولوجي من خلال التاريخ التطوري، مثل كيفية تكيف الأنواع مع الظروف والبيئات، لا يزال الكثير عن أصول الفيروسات وتطورها غير معروف.

    الاكتشاف والكشف

    تم اكتشاف الفيروسات لأول مرة بعد تطوير مرشح خزفي، يسمى مرشح Chamberland-Pasteur، والذي يمكنه إزالة جميع البكتيريا المرئية في المجهر من أي عينة سائلة. في عام 1886، أثبت أدولف ماير أن مرض نباتات التبغ، وهو مرض فسيفساء التبغ، يمكن أن ينتقل من نبات مريض إلى نبات صحي عبر المستخلصات النباتية السائلة. في عام 1892، أظهر دميتري إيفانوفسكي أن هذا المرض يمكن أن ينتقل بهذه الطريقة حتى بعد أن أزال مرشح Chamberland-Pasteur جميع البكتيريا القابلة للحياة من المستخلص. ومع ذلك، فقد مرت سنوات عديدة قبل إثبات أن هذه العوامل المعدية «القابلة للفلترة» لم تكن مجرد بكتيريا صغيرة جدًا ولكنها كانت نوعًا جديدًا من الجسيمات الصغيرة جدًا المسببة للأمراض.

    الفيروسات، وهي جزيئات أحادية الفيروس، صغيرة جدًا، يبلغ قطرها حوالي 20-250 نانومتر. جزيئات الفيروس الفردية هذه هي الشكل المعدي للفيروس خارج الخلية المضيفة. على عكس البكتيريا (التي يبلغ حجمها حوالي 100 مرة)، لا يمكننا رؤية الفيروسات باستخدام المجهر الضوئي، باستثناء بعض الفيروسات الكبيرة من عائلة فيروس الجدري. لم يحصل العلماء على أول رؤية جيدة لبنية فيروس فسيفساء التبغ (TMV) (الشكل) والفيروسات الأخرى (الشكل) وغيرها من الفيروسات (الشكل\(\PageIndex{1}\)\(\PageIndex{1}\)) حتى تطور المجهر الإلكتروني في أواخر الثلاثينيات. يمكن ملاحظة البنية السطحية للفيريونات من خلال المسح والفحص المجهري الإلكتروني للإرسال، في حين لا يمكن ملاحظة الهياكل الداخلية للفيروس إلا في الصور من المجهر الإلكتروني المرسل. وقد سمح استخدام هذه التقنيات باكتشاف العديد من الفيروسات من جميع أنواع الكائنات الحية. تم تجميعها في البداية حسب التشكل المشترك. في وقت لاحق، تم تصنيف مجموعات الفيروسات حسب نوع الحمض النووي الذي تحتويه، الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي، وما إذا كان حمضها النووي أحادي أو مزدوج. وفي الآونة الأخيرة، أدى التحليل الجزيئي لدورات التكاثر الفيروسي إلى زيادة تحسين تصنيفها.

    يُظهر التصوير المجهري أ فيروسًا برأس سداسي يقف على أرجل رقيقة ومنحنية. يجلس الفيروس على سطح خلية كبيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤية سوى جزء صغير من سطحها. يُظهر المجهري b خلايا بكتيرية صغيرة بحجم العضيات في خلايا القولون المجاورة.
    الشكل\(\PageIndex{1}\): في هذه الصور المجهرية الإلكترونية الناقلة، (أ) يتضاءل الفيروس أمام الخلية البكتيرية التي يصيبها، بينما (ب) تتضاءل خلايا E. coli هذه مع خلايا القولون المستزرعة. (المرجع أ: تعديل العمل من قبل وزارة الطاقة الأمريكية، مكتب العلوم، LBL، PBD؛ الائتمان ب: تعديل العمل من قبل J.P. Nataro و S. Sears، بيانات غير منشورة، CDC؛ بيانات شريط القياس من مات راسل)

    تطور الفيروسات

    على الرغم من أن علماء الأحياء قد جمعوا قدرًا كبيرًا من المعرفة حول كيفية تطور الفيروسات الحالية، إلا أنه لا يُعرف الكثير عن كيفية نشأة الفيروسات في المقام الأول. عند استكشاف التاريخ التطوري لمعظم الكائنات الحية، يمكن للعلماء إلقاء نظرة على السجلات الأحفورية والأدلة التاريخية المماثلة. ومع ذلك، لا تتحجر الفيروسات، لذلك يجب على الباحثين التخمين من خلال التحقيق في كيفية تطور فيروسات اليوم واستخدام المعلومات البيوكيميائية والجينية لإنشاء تاريخ الفيروسات التخمينية.

    في حين أن معظم النتائج تتفق على أن الفيروسات ليس لها سلف واحد مشترك، إلا أن العلماء لم يجدوا بعد فرضية واحدة حول أصول الفيروسات مقبولة تمامًا في هذا المجال. تقترح إحدى هذه الفرضيات، والتي تسمى التفويض أو الفرضية التراجعية، شرح أصل الفيروسات من خلال الإيحاء بأن الفيروسات تطورت من خلايا حية حرة. ومع ذلك، فإن العديد من مكونات كيفية حدوث هذه العملية تعتبر لغزًا. هناك فرضية ثانية (تسمى الفرضية الهاربة أو الفرضية التقدمية) تفسر الفيروسات التي تحتوي إما على الحمض النووي الريبي أو جينوم الحمض النووي وتشير إلى أن الفيروسات نشأت من جزيئات الحمض النووي الريبي والحمض النووي التي هربت من الخلية المضيفة. تفترض فرضية ثالثة وجود نظام للتكرار الذاتي مماثل لجزيئات التكاثر الذاتي الأخرى، والتي من المحتمل أن تتطور جنبًا إلى جنب مع الخلايا التي تعتمد عليها كمضيفات؛ تدعم دراسات بعض مسببات الأمراض النباتية هذه الفرضية.

    مع تقدم التكنولوجيا، قد يقوم العلماء بتطوير وتنقيح المزيد من الفرضيات لشرح أصل الفيروسات. يحاول المجال الناشئ المسمى النظاميات الجزيئية للفيروسات القيام بذلك من خلال مقارنات المواد الجينية المتسلسلة. يأمل هؤلاء الباحثون في يوم من الأيام أن يفهموا بشكل أفضل أصل الفيروسات، وهو اكتشاف يمكن أن يؤدي إلى تقدم في علاجات الأمراض التي تنتجها.

    مورفولوجيا فيروسية

    الفيروسات غير خلوية، مما يعني أنها كيانات بيولوجية ليس لها بنية خلوية. لذلك فهي تفتقر إلى معظم مكونات الخلايا، مثل العضيات والريبوسومات وغشاء البلازما. يتكون الفيريون من نواة الحمض النووي، وطبقة بروتينية خارجية أو قفيصة، وأحيانًا غلاف خارجي مصنوع من البروتين وأغشية الفوسفوليبيد المشتقة من الخلية المضيفة. قد تحتوي الفيروسات أيضًا على بروتينات إضافية، مثل الإنزيمات. الفرق الأكثر وضوحًا بين أفراد العائلات الفيروسية هو مورفولوجيتهم المتنوعة تمامًا. ميزة مثيرة للاهتمام للتعقيد الفيروسي هي أن تعقيد المضيف لا يرتبط بتعقيد الفيريون. يتم ملاحظة بعض هياكل الفيريون الأكثر تعقيدًا في البكتيريا والفيروسات التي تصيب أبسط الكائنات الحية والبكتيريا.

    التشكل

    تأتي الفيروسات بأشكال وأحجام عديدة، ولكنها متسقة ومتميزة لكل عائلة فيروسية. تحتوي جميع الفيروسات على جينوم الحمض النووي المغطى بطبقة واقية من البروتينات تسمى القفيصة. يتكون الكابسيد من وحدات بروتينية فرعية تسمى الكابسوميرات. بعض القبضات الفيروسية عبارة عن «كرات» بسيطة متعددة السطوح، في حين أن البعض الآخر معقد جدًا في التركيب.

    بشكل عام، يتم تصنيف أشكال الفيروسات إلى أربع مجموعات: خيطية، متساوية القياس (أو إيكوساهيدرائية)، مغلفة، والرأس والذيل. الفيروسات الخيطية طويلة وأسطوانية. العديد من الفيروسات النباتية خيطية، بما في ذلك TMV. تحتوي الفيروسات متساوية القياس على أشكال كروية تقريبًا، مثل فيروس شلل الأطفال أو فيروسات الهربس. تحتوي الفيروسات المغلفة على أغشية محيطة بالقفازات. غالبًا ما يتم تغليف فيروسات الحيوانات، مثل فيروس نقص المناعة البشرية. تصيب فيروسات الرأس والذيل البكتيريا ولها رأس مشابه للفيروسات الإيكوساهيدرال وشكل ذيل مثل الفيروسات الخيطية.

    تستخدم العديد من الفيروسات نوعًا من البروتين السكري للارتباط بالخلايا المضيفة عبر جزيئات على الخلية تسمى المستقبلات الفيروسية (الشكل\(\PageIndex{2}\)). بالنسبة لهذه الفيروسات، يعد التعلق شرطًا لاختراق غشاء الخلية لاحقًا، حتى تتمكن من إكمال تكرارها داخل الخلية. المستقبلات التي تستخدمها الفيروسات هي جزيئات توجد عادة على أسطح الخلايا ولها وظائف فسيولوجية خاصة بها. لقد تطورت الفيروسات ببساطة للاستفادة من هذه الجزيئات لتكرارها. على سبيل المثال، يستخدم فيروس نقص المناعة البشرية جزيء CD4 على الخلايا الليمفاوية التائية كأحد مستقبلاته. CD4 هو نوع من الجزيئات يسمى جزيء التصاق الخلية، والذي يعمل على إبقاء أنواع مختلفة من الخلايا المناعية قريبة من بعضها البعض أثناء توليد الاستجابة المناعية للخلايا اللمفاوية التائية.

    في الرسم التوضيحي، يتم ربط مستقبل فيروسي على سطح فيروس KSHV بمستقبل xCT مضمن في غشاء البلازما.
    الشكل\(\PageIndex{2}\): يربط فيروس KSHV مستقبلات xCT على سطح الخلايا البشرية. تحمي مستقبلات xCT الخلايا من الإجهاد. تعبر الخلايا المجهدة عن مستقبلات xCT أكثر من الخلايا غير المجهدة. يتسبب فيريون KSHV في إجهاد الخلايا، وبالتالي زيادة التعبير عن المستقبل الذي ترتبط به. (الائتمان: تعديل العمل من قبل NIAID، NIH)

    من بين أكثر الفيروسات المعروفة تعقيدًا، تحتوي بكتيريا T4، التي تصيب بكتيريا Escherichia coli، على بنية ذيل يستخدمها الفيروس للالتصاق بالخلايا المضيفة وبنية رأس تحتوي على الحمض النووي الخاص به.

    يستخدم الفيروس الغدي، وهو فيروس حيواني غير مغلف يسبب أمراض الجهاز التنفسي لدى البشر، طفرات البروتين السكري البارزة من غلافاته للالتصاق بالخلايا المضيفة. تشمل الفيروسات غير المغلفة أيضًا تلك التي تسبب شلل الأطفال (فيروس شلل الأطفال) والثآليل الأخمصية (فيروس الورم الحليمي) والتهاب الكبد A (فيروس التهاب الكبد A).

    تتكون الفيروسات المغلفة مثل فيروس نقص المناعة البشرية، العامل المسبب لمرض الإيدز، من الحمض النووي (RNA في حالة فيروس نقص المناعة البشرية) وبروتينات الكابسيد المحاطة بغلاف ثنائي الطبقة الفوسفورية والبروتينات المرتبطة به. تستخدم البروتينات السكرية المضمنة في الغلاف الفيروسي للالتصاق بالخلايا المضيفة. بروتينات الغلاف الأخرى هي بروتينات المصفوفة التي تعمل على استقرار الغلاف وغالبًا ما تلعب دورًا في تجميع فيروسات النسل. يعد الجدري والأنفلونزا والنكاف أمثلة على الأمراض التي تسببها الفيروسات ذات المغلفات. بسبب هشاشة الغلاف، تكون الفيروسات غير المغلفة أكثر مقاومة للتغيرات في درجة الحرارة ودرجة الحموضة وبعض المطهرات من الفيروسات المغلفة.

    بشكل عام، لا يخبرنا شكل الفيريون ووجود أو عدم وجود غلاف إلا القليل عن المرض الذي قد يسببه الفيروس أو الأنواع التي قد يصيبها، لكنها لا تزال وسائل مفيدة لبدء التصنيف الفيروسي (الشكل\(\PageIndex{3}\)).

    يُظهر الرسم التوضيحي a البكتيريا T4، التي تحتوي على جينوم الحمض النووي الخاص بها في رأس سداسي. يمتد الذيل الطويل المستقيم من أسفل الرأس. يتم ثني ألياف الذيل المرفقة بقاعدة الذيل، مثل أرجل العنكبوت. في ب، يضم الفيروس الغدي جينوم الحمض النووي الخاص به في غلاف دائري مصنوع من العديد من وحدات الكابسومير الفرعية الصغيرة. تمتد البروتينات السكرية من الكابسومير، مثل المسامير من الوسادة الدبوسية. في عام ج، يضم الفيروس القهقري لفيروس نقص المناعة البشرية جينوم الحمض النووي الريبي وإنزيمًا يسمى النسخ العكسي في غطاء على شكل رصاصة. يحيط الغلاف الفيروسي الكروي، المبطن ببروتينات المصفوفة، بالقفيصة. تمتد البروتينات السكرية من الغلاف الفيروسي.
    الشكل\(\PageIndex{3}\): يمكن أن تكون الفيروسات معقدة في الشكل أو بسيطة نسبيًا. يوضح هذا الشكل ثلاثة فيروسات معقدة نسبيًا: البكتيريا T4، مع مجموعة الرأس المحتوية على الحمض النووي وألياف الذيل التي تلتصق بالخلايا المضيفة؛ والفيروس الغدي، الذي يستخدم المسامير من قفيته للربط بالخلايا المضيفة؛ وفيروس نقص المناعة البشرية، الذي يستخدم البروتينات السكرية المضمنة في غلافه للربط بالخلايا المضيفة. لاحظ أن فيروس نقص المناعة البشرية يحتوي على بروتينات تسمى بروتينات المصفوفة، داخل الغلاف، والتي تساعد على استقرار شكل الفيريون. (تقدير «البكتيريا والفيروسات الغدية»: تعديل العمل من قبل NCBI، NIH؛ الائتمان «فيروس نقص المناعة البشرية القهقري»: تعديل العمل من قبل NIAID، NIH)

    التمارين\(\PageIndex{1}\)

    أي من العبارات التالية حول بنية الفيروسات صحيحة؟

    1. جميع الفيروسات مغلفة بغشاء فيروسي.
    2. يتكون الكابسومير من وحدات بروتينية صغيرة تسمى الكابسيدات.
    3. الحمض النووي هو المادة الوراثية في جميع الفيروسات.
    4. تساعد البروتينات السكرية الفيروس على الالتصاق بالخلية المضيفة.
    إجابة

    د

    أنواع الحمض النووي

    على عكس جميع الكائنات الحية تقريبًا التي تستخدم الحمض النووي كمادة وراثية، قد تستخدم الفيروسات إما الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي كمادة لها. يحتوي جوهر الفيروس على الجينوم أو المحتوى الجيني الكلي للفيروس. تميل الجينومات الفيروسية إلى أن تكون صغيرة، وتحتوي فقط على تلك الجينات التي تشفر البروتينات التي لا يستطيع الفيروس الحصول عليها من الخلية المضيفة. قد تكون هذه المادة الوراثية مفردة أو مزدوجة الجديلة. قد تكون أيضًا خطية أو دائرية. في حين أن معظم الفيروسات تحتوي على حمض نووي واحد، فإن البعض الآخر يحتوي على جينومات متعددة تسمى المقاطع.

    في فيروسات الحمض النووي، يوجه الحمض النووي الفيروسي بروتينات النسخ المتماثل للخلية المضيفة لتجميع نسخ جديدة من الجينوم الفيروسي ونسخ هذا الجينوم وترجمته إلى بروتينات فيروسية. تسبب فيروسات الحمض النووي أمراضًا بشرية، مثل الجدري والتهاب الكبد B وبعض الأمراض التناسلية، مثل الهربس والثآليل التناسلية.

    تحتوي فيروسات RNA على RNA فقط كمادة وراثية. لتكرار جينوماتها في الخلية المضيفة، تقوم فيروسات الحمض النووي الريبي بتشفير الإنزيمات التي يمكنها تكرار الحمض النووي الريبي في الحمض النووي، وهو ما لا يمكن أن تقوم به الخلية المضيفة. من المرجح أن ترتكب إنزيمات بوليميراز الحمض النووي الريبي أخطاء في النسخ أكثر من بوليميرات الحمض النووي، وبالتالي غالبًا ما ترتكب أخطاء أثناء النسخ. لهذا السبب، تحدث الطفرات في فيروسات الحمض النووي الريبي بشكل متكرر أكثر من فيروسات الحمض النووي. هذا يجعلهم يتغيرون ويتكيفون بسرعة أكبر مع مضيفهم. تشمل الأمراض البشرية التي تسببها فيروسات الحمض النووي الريبي التهاب الكبد C والحصبة وداء الكلب.

    تصنيف الفيروسات

    لفهم الميزات المشتركة بين مجموعات مختلفة من الفيروسات، يعد مخطط التصنيف ضروريًا. نظرًا لأنه لا يُعتقد أن معظم الفيروسات قد تطورت من سلف مشترك، فإن الأساليب التي يستخدمها العلماء لتصنيف الكائنات الحية ليست مفيدة جدًا. استخدم علماء الأحياء العديد من أنظمة التصنيف في الماضي، استنادًا إلى التشكل وعلم الوراثة للفيروسات المختلفة. ومع ذلك، قامت طرق التصنيف السابقة هذه بتجميع الفيروسات بشكل مختلف، استنادًا إلى ميزات الفيروس التي كانت تستخدمها لتصنيفها. يُطلق على طريقة التصنيف الأكثر استخدامًا اليوم اسم مخطط تصنيف بالتيمور وتستند إلى كيفية إنشاء الحمض النووي الريبي (mRNA) في كل نوع معين من الفيروسات.

    أنظمة التصنيف السابقة

    يتم تصنيف الفيروسات بعدة طرق: حسب عوامل مثل محتواها الأساسي (الجدول\(\PageIndex{1}\) والشكل\(\PageIndex{2}\))، وهيكل قبعاتها، وما إذا كانت تحتوي على غلاف خارجي. يتم استخدام نوع المادة الوراثية (DNA أو RNA) وبنيتها (أحادية أو مزدوجة، خطية أو دائرية، ومجزأة أو غير مجزأة) لتصنيف الهياكل الأساسية للفيروس.

    جدول\(\PageIndex{1}\): تصنيف الفيروسات حسب بنية الجينوم والجوهر
    التصنيفات الأساسية أمثلة
    • رنا
    • الحمض النووي
    • فيروس داء الكلب والفيروسات القهقرية
    • فيروسات الهربس وفيروس الجدري
    • تقطعت بهم السبل
    • ذو خيوط مزدوجة
    • فيروس داء الكلب والفيروسات القهقرية
    • فيروسات الهربس وفيروس الجدري
    • خطي
    • دائري
    • فيروس داء الكلب، الفيروسات القهقرية، فيروسات الهربس، فيروس الجدري
    • فيروسات الورم الحليمي، العديد من البكتيريا
    • غير مجزأ: يتكون الجينوم من شريحة واحدة من المواد الوراثية
    • مجزأة: يتم تقسيم الجينوم إلى أجزاء متعددة
    • فيروسات بارينفلونزا
    • فيروسات الإنفلونزا
    الجزء أ (في الأعلى) عبارة عن رسم توضيحي لفيروس داء الكلب، وهو على شكل رصاصة. يتم لف الحمض النووي الريبي داخل غطاء مغلف في غلاف فيروسي مبطن بالبروتين ومصنوع من البروتينات السكرية. الجزء أ (الجزء السفلي) عبارة عن صورة مجهرية لمجموعة من فيروسات داء الكلب على شكل رصاصة. الجزء ب (في الأعلى) عبارة عن صورة مجهرية لفيروس الجدري، الذي يحتوي على الحمض النووي المغلف بغطاء على شكل قوس. يحيط الغلاف ذو المصفوفة البيضاوية المبطنة بالبروتين بالقبعة. يُظهر الجزء ب (الجزء السفلي) آفات وعرة غير منتظمة على ذراعي وأرجل شخص مصاب بالجدري.
    الشكل\(\PageIndex{4}\): يتم تصنيف الفيروسات بناءً على مادتها الجينية الأساسية وتصميم القفيفات. (أ) يحتوي فيروس داء الكلب على نواة من الحمض النووي الريبي أحادي الجديلة وغطاء حلزوني مغلف، في حين أن (ب) فيروس الجدري، وهو العامل المسبب للجدري، يحتوي على نواة مزدوجة من الحمض النووي (dsDNA) وقفيصة معقدة. يحدث انتقال داء الكلب عندما يدخل لعاب حيوان ثديي مصاب إلى الجرح. ينتقل الفيروس عبر الخلايا العصبية في الجهاز العصبي المحيطي إلى الجهاز العصبي المركزي حيث يضعف وظائف الدماغ، ثم ينتقل إلى الأنسجة الأخرى. يمكن للفيروس أن يصيب أي حيوان ثديي، ويموت معظمهم في غضون أسابيع من الإصابة. الجدري هو فيروس بشري ينتقل عن طريق استنشاق فيروس الجدري، ويتمركز في الجلد والفم والحلق، مما يسبب طفح جلدي مميز. قبل القضاء على العدوى في عام 1979، أدت العدوى إلى معدل وفيات يتراوح بين 30 و35 في المائة. (تقدير «مخطط داء الكلب»: تعديل العمل من قبل مركز مكافحة الأمراض والوقاية منها؛ «مجهر داء الكلب»: تعديل العمل من قبل الدكتور فريد مورفي، مركز مكافحة الأمراض والوقاية منها؛ «مجهر الجدري الصغير»: تعديل عمل الدكتور فريد مورفي، سيلفيا ويتفيلد، مركز مكافحة الأمراض والوقاية منها؛ «صورة الجدري» الائتمانية: تعديل العمل من قبل مركز مكافحة الأمراض والوقاية منها؛ بيانات المقياس من مات راسل)

    يمكن أيضًا تصنيف الفيروسات من خلال تصميم قبعاتها (الشكل\(\PageIndex{3}\) والشكل\(\PageIndex{4}\)). يتم تصنيف القلنسوات على أنها سماحة جليدية عارية، وسحلية مغلفة، حلزونية مغلفة، حلزونية عارية، ومعقدة (الشكل\(\PageIndex{5}\) والشكل\(\PageIndex{6}\)). يتم استخدام نوع المادة الوراثية (DNA أو RNA) وبنيتها (أحادية أو مزدوجة، خطية أو دائرية، ومجزأة أو غير مجزأة) لتصنيف الهياكل الأساسية للفيروس (الجدول\(\PageIndex{2}\)).

    يُظهر الرسم التوضيحي الأيسر هيكلًا من 20 جانبًا مع قضبان بارزة من كل قمة. يُظهر المجهر الأيمن مجموعة من الفيروسات الغدية، يبلغ عرض كل منها حوالي 100 نانومتر.
    الشكل\(\PageIndex{5}\): تم تصوير الفيروس الغدي (على اليسار) بجينوم الحمض النووي المزدوج المحاط بقبعة إيكوساهيدرال يبلغ عرضها 90-100 نانومتر. ينتقل الفيروس، الذي يظهر متجمعًا في الصورة المجهرية (على اليمين)، عن طريق الفم ويسبب مجموعة متنوعة من الأمراض في الفقاريات، بما في ذلك العين البشرية والتهابات الجهاز التنفسي. (مصدر «الفيروس الغدي»: تعديل عمل الدكتور ريتشارد فيلدمان، المعهد الوطني للسرطان؛ «ميكروغراف» الائتمان: تعديل عمل الدكتور جي ويليام غاري جونيور، مركز السيطرة على الأمراض والوقاية منها؛ بيانات المقياس من مات راسل)
    جدول\(\PageIndex{2}\): تصنيف الفيروسات حسب بنية Capsid
    تصنيف القفيحات أمثلة
    كاتدرائية الجليد العارية فيروس التهاب الكبد A وفيروسات شلل الأطفال
    كاتدرائية جليدية مغلفة فيروس Epstein-Barr، فيروس الهربس البسيط، فيروس الحصبة الألمانية، فيروس الحمى الصفراء، HIV-1
    حلزوني مغلف فيروسات الأنفلونزا، فيروس النكاف، فيروس الحصبة، فيروس داء الكلب
    حلزونية عارية فيروس فسيفساء التبغ
    مركب يحتوي على العديد من البروتينات؛ يحتوي بعضها على مجموعات من الهياكل القفيفية الإيكوساهيدية الحلزونية فيروسات الهربس، فيروس الجدري، فيروس التهاب الكبد B، بكتيريا T4
    صورة مجهرية A تُظهر فيروسات شلل الأطفال ذات السحيح المُرتَّبة في شبكة؛ وتُظهر الصورة المجهرية (ب) فيروسين من نوع Epstein-Barr مزوَّدين بقبولات مُسطحة مُغطاة بغشاء بيضاوي؛ وتُظهر الصورة المجهرية (ج) قفازًا لفيروس النكاف مغلَّطًا بغشاء غير منتظم؛ وتُظهر صورة مجهرية (د) تبغ مستطيل الشكل؛ وفسيفساء (ج)؛ صورة مجهرية يُظهر غلافًا كرويًا من فيروس الهربس مرصعًا بالبروتينات السكرية.
    الشكل\(\PageIndex{6}\): تُظهر الصور المجهرية الإلكترونية للإرسال لمختلف الفيروسات هياكلها. أما الجزء العلوي من فيروس شلل الأطفال فهو عبارة عن قشرة جليدية عارية؛ (ب) قفيصة فيروس إبشتاين-بار عبارة عن قشرة جليدية مغلفة؛ (ج) غطاء فيروس النكاف عبارة عن حلزون مغلف؛ (د) قفيصة فيروس موزاييك التبغ حلزونية عارية؛ (هـ) قفيصة فيروس الهربس معقدة. (الاعتماد أ: تعديل العمل من قبل الدكتور فريد مورفي، سيلفيا ويتفيلد؛ الائتمان ب: تعديل العمل من قبل ليزا غروس؛ الائتمان ج: تعديل العمل من قبل الدكتور ف. أ. مورفي، مركز مكافحة الأمراض والوقاية منها؛ الائتمان د: تعديل العمل من قبل وزارة الزراعة الأمريكية ARS؛ الائتمان e: تعديل العمل من قبل ليندا ستانارد، قسم الأحياء الدقيقة الطبية، الجامعة من كيب تاون، جنوب أفريقيا، وكالة ناسا؛ بيانات شريط القياس من مات راسل)

    تصنيف بالتيمور

    تم تطوير نظام تصنيف الفيروسات الأكثر استخدامًا من قبل عالم الأحياء الحائز على جائزة نوبل ديفيد بالتيمور في أوائل السبعينيات. بالإضافة إلى الاختلافات في التشكل وعلم الوراثة المذكورة أعلاه، يقوم مخطط تصنيف بالتيمور بتجميع الفيروسات وفقًا لكيفية إنتاج mRNA خلال الدورة التكرارية للفيروس.

    تحتوي فيروسات المجموعة الأولى على الحمض النووي المزدوج (dsDNA) كجينوم خاص بها. يتم إنتاج mRNA الخاص بهم عن طريق النسخ بنفس الطريقة تقريبًا كما هو الحال مع الحمض النووي الخلوي. تحتوي فيروسات المجموعة الثانية على الحمض النووي أحادي الجديلة (ssDNA) كجينوم خاص بها. يقومون بتحويل جينوماتهم أحادية السلسلة إلى وسيط dsDNA قبل أن يحدث النسخ إلى mRNA. تستخدم فيروسات المجموعة الثالثة dsRNA كجينوم خاص بها. تنفصل السلاسل، ويتم استخدام إحداها كقالب لتوليد الحمض النووي الريبي باستخدام بوليميراز الحمض النووي الريبي المعتمد على الحمض النووي الريبي المشفر بواسطة الفيروس. تحتوي فيروسات المجموعة الرابعة على SSRNA كجينوم ذو قطبية إيجابية. تعني القطبية الإيجابية أن الحمض النووي الريبي الجيني يمكن أن يعمل مباشرة مثل mRNA. يتم تصنيع المواد الوسيطة من dSrNA، والتي تسمى الوسطيات التكرارية، في عملية نسخ الحمض النووي الريبي الجيني. يتم تشكيل خيوط RNA متعددة كاملة الطول ذات قطبية سالبة (مكملة للحمض النووي الريبي الجيني الموجب) من هذه المواد الوسيطة، والتي قد تعمل بعد ذلك كقوالب لإنتاج الحمض النووي الريبي ذي القطبية الموجبة، بما في ذلك كل من الحمض النووي الريبي الجينومي الكامل والرنا المغناطيسي الفيروسي الأقصر. تحتوي فيروسات المجموعة الخامسة على جينومات ssRNA ذات القطبية السالبة، مما يعني أن تسلسلها مكمل لـ mRNA. كما هو الحال مع فيروسات المجموعة الرابعة، تُستخدم وسيطة dSrNA لعمل نسخ من الجينوم وإنتاج mRNA. في هذه الحالة، يمكن تحويل الجينوم السلبي مباشرة إلى mRNA. بالإضافة إلى ذلك، يتم تصنيع خيوط الحمض النووي الريبي الموجبة كاملة الطول لتكون بمثابة قوالب لإنتاج الجينوم السالب. تحتوي فيروسات المجموعة السادسة على جينومات ssRNA ثنائية الصبغيات (نسختين) يجب تحويلها، باستخدام إنزيم النسخ العكسي، إلى dsDNA؛ ثم يتم نقل dsDNA إلى نواة الخلية المضيفة وإدخالها في جينوم المضيف. بعد ذلك، يمكن إنتاج mRNA عن طريق نسخ الحمض النووي الفيروسي الذي تم دمجه في جينوم المضيف. تحتوي فيروسات المجموعة السابعة على جينومات dsDNA جزئية وتصنع وسيطة sRNA تعمل بمثابة mRNA، ولكن يتم تحويلها أيضًا مرة أخرى إلى جينومات dSDNA عن طريق النسخ العكسي، وهو ضروري لتكرار الجينوم. يتم تلخيص خصائص كل مجموعة في تصنيف بالتيمور في الجدول\(\PageIndex{3}\) بأمثلة لكل مجموعة.

    الجدول\(\PageIndex{3}\): تصنيف بالتيمور
    مجموعة الخصائص طريقة إنتاج الحمض النووي الريبي مثال
    أنا الحمض النووي المزدوج يتم نسخ mRNA مباشرة من قالب الحمض النووي الهربس البسيط (فيروس الهربس)
    ثانيا الحمض النووي أحادي الجديلة يتم تحويل الحمض النووي إلى شكل مزدوج قبل نسخ الحمض النووي الريبي فيروس بارفو الكلاب (بارفو فيروس)
    ثالثا الحمض النووي الريبي المزدوج يتم نسخ mRNA من جينوم RNA التهاب المعدة والأمعاء لدى الأطفال (فيروس الروتا
    رابعا الحمض النووي الريبي المفرد (+) يعمل الجينوم مثل mRNA نزلات البرد (فيروس بيركورنا)
    الخامس الحمض النووي الريبي الأحادي (-) يتم نسخ mRNA من جينوم RNA داء الكلب (فيروس الربيدات)
    السادس فيروسات الحمض النووي الريبي الأحادية ذات النسخ العكسي النسخ العكسي يصنع الحمض النووي من جينوم الحمض النووي الريبي؛ ثم يتم دمج الحمض النووي في جينوم المضيف؛ يتم نسخ mRNA من الحمض النووي المدمج فيروس نقص المناعة البشرية (HIV)
    سابعاً فيروسات الحمض النووي ذات الحلقات المزدوجة مع النسخ العكسي الجينوم الفيروسي عبارة عن حمض نووي مزدوج الطبقات، ولكن يتم نسخ الحمض النووي الفيروسي من خلال وسيط RNA؛ قد يعمل الحمض النووي الريبي مباشرة كmRNA أو كنموذج لصنع mRNA فيروس التهاب الكبد B (فيروس هيباندانا)

    ملخص

    الفيروسات عبارة عن كيانات صغيرة غير خلوية لا يمكن رؤيتها عادةً إلا باستخدام المجهر الإلكتروني. تحتوي جينوماتها إما على الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي - وليس كلاهما - وتتكاثر باستخدام بروتينات النسخ المتماثل للخلية المضيفة. تتنوع الفيروسات وتصيب الأركيا والبكتيريا والفطريات والنباتات والحيوانات. تتكون الفيروسات من نواة حمض نووي محاطة بغلاف بروتيني مع أو بدون غلاف شحمي خارجي. يحدد شكل الغطاء ووجود الظرف والتكوين الأساسي بعض عناصر تصنيف الفيروسات. تصنف طريقة التصنيف الأكثر استخدامًا، وهي تصنيف بالتيمور، الفيروسات استنادًا إلى كيفية إنتاج الحمض النووي الريبوزي (mRNA) الخاص بها.

    مسرد المصطلحات

    خلوي
    تفتقر إلى الخلايا
    غطاء الرأس
    طلاء البروتين للنواة الفيروسية
    كابسومير
    وحدة البروتين الفرعية التي تشكل القفيصة
    ظرف
    طبقة ثنائية دهنية تغلف بعض الفيروسات
    فيروس المجموعة الأولى
    فيروس مع جينوم dsDNA
    فيروس المجموعة الثانية
    فيروس مع جينوم ssDNA
    فيروس المجموعة الثالثة
    فيروس مع جينوم dSrNA
    فيروس المجموعة الرابعة
    فيروس مع جينوم ssRNA ذو قطبية موجبة
    فيروس المجموعة الخامسة
    فيروس مع جينوم ssRNA ذو قطبية سالبة
    فيروس المجموعة السادسة
    فيروس مع جينومات ssRNA تم تحويلها إلى dsDNA عن طريق النسخ العكسي
    فيروس المجموعة السابعة
    فيروس يحتوي على mRNA أحادي الجديلة تم تحويله إلى dsDNA لتكرار الجينوم
    بروتين ماتريكس
    بروتين الظرف الذي يعمل على استقرار الغلاف وغالبًا ما يلعب دورًا في تجميع فيروسات النسل
    قطبية سلبية
    فيروسات SSRNA مع جينومات مكملة للحمض النووي الريبوزي
    قطبية إيجابية
    فيروس ssRNA مع جينوم يحتوي على نفس التسلسلات الأساسية والكودونات الموجودة في mRNA الخاص بهم
    وسيطة تكرارية
    وسيط dSrNA مصنوع في عملية نسخ الحمض النووي الريبي الجيني
    الناسخ العكسي
    إنزيم موجود في مجموعتي بالتيمور VI و VII يحول الحمض النووي الريبي أحادي الجديلة إلى DNA مزدوج السلاسل
    مستقبل فيروسي
    يستخدم البروتين السكري لربط الفيروس بالخلايا المضيفة عبر الجزيئات الموجودة على الخلية
    فيريون
    جسيم فيروس فردي خارج الخلية المضيفة
    نواة الفيروس
    يحتوي على جينوم الفيروس