21.1: Mageuzi ya Virusi, Morphology, na Uainishaji
- Page ID
- 176643
Ujuzi wa Kuendeleza
- Eleza jinsi virusi vilivyogunduliwa kwanza na jinsi wanavyogunduliwa
- Jadili nadharia tatu kuhusu jinsi virusi vilivyotolewa
- Kutambua maumbo ya msingi ya virusi
- Kuelewa mifumo ya uainishaji ya zamani na inayojitokeza kwa virusi
Virusi ni vyombo mbalimbali. Wanatofautiana katika muundo wao, mbinu zao za kuiga, na katika majeshi yao ya lengo. Karibu aina zote za maisha-kutoka bakteria na archaea hadi eukaryotes kama mimea, wanyama, na fungi-zina virusi vinavyoambukiza. Wakati tofauti nyingi za kibaiolojia zinaweza kueleweka kupitia historia ya mageuzi, kama vile jinsi spishi zimebadilishwa na hali na mazingira, mengi kuhusu asili ya virusi na mageuzi bado haijulikani.
Ugunduzi na Kugundua
Virusi ziligunduliwa kwanza baada ya maendeleo ya chujio cha porcelain, kinachoitwa chujio cha Chamberland-Pasteur, ambacho kinaweza kuondoa bakteria zote zinazoonekana kwenye darubini kutoka kwa sampuli yoyote ya kioevu. Mwaka 1886, Adolph Meyer alionyesha kuwa ugonjwa wa mimea ya tumbaku, ugonjwa wa mosaic ya tumbaku, unaweza kuhamishwa kutoka kwenye mmea wa wagonjwa hadi kwenye afya kupitia miche ya mimea ya kioevu. Mwaka 1892, Dmitri Ivanowski alionyesha kuwa ugonjwa huu unaweza kuambukizwa kwa njia hii hata baada ya chujio cha Chamberland-Pasteur kiliondoa bakteria zote zinazofaa kutoka kwenye dondoo. Hata hivyo, ilikuwa miaka mingi kabla ya kuthibitishwa kuwa mawakala haya ya kuambukiza “yanayoweza kuchujwa” hayakuwa bakteria ndogo tu bali yalikuwa aina mpya ya chembe ndogo sana, inayosababisha magonjwa.
Virions, chembe moja za virusi, ni ndogo sana, takriban nanometers 20—250 kwa kipenyo. Hizi chembe za virusi vya mtu binafsi ni aina ya kuambukiza ya virusi nje ya kiini cha jeshi. Tofauti na bakteria (ambazo ni karibu mara 100 kubwa), hatuwezi kuona virusi vyenye darubini nyepesi, isipokuwa baadhi ya virions kubwa za familia ya poxvirus. Haikuwa mpaka maendeleo ya microscope ya elektroni mwishoni mwa miaka ya 1930 kwamba wanasayansi walipata mtazamo wao wa kwanza mzuri wa muundo wa virusi vya mosaic ya tumbaku (TMV) (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)) na virusi vingine (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Muundo wa uso wa virions unaweza kuzingatiwa na skanning na maambukizi microscopy ya elektroni, wakati miundo ya ndani ya virusi inaweza tu kuzingatiwa katika picha kutoka kwa microscope ya maambukizi ya elektroni. Matumizi ya teknolojia hizi imeruhusu ugunduzi wa virusi vingi vya aina zote za viumbe hai. Walikuwa awali makundi na morphology pamoja. Baadaye, makundi ya virusi yaliainishwa na aina ya asidi ya nucleic waliyokuwa nayo, DNA au RNA, na kama asidi yao ya nucleic ilikuwa moja- au mbili-stranded. Hivi karibuni, uchambuzi wa Masi ya mzunguko wa replicative ya virusi umesafisha zaidi uainishaji wao.
Mageuzi ya Virusi
Ingawa wanabiolojia wamekusanya kiasi kikubwa cha ujuzi kuhusu jinsi virusi vya sasa vinavyogeuka, kiasi kidogo kinajulikana kuhusu jinsi virusi vilivyotokea mahali pa kwanza. Wakati wa kuchunguza historia ya mabadiliko ya viumbe wengi, wanasayansi wanaweza kuangalia rekodi za mafuta na ushahidi sawa wa kihistoria. Hata hivyo, virusi hazizidi, hivyo watafiti wanapaswa kudhani kwa kuchunguza jinsi virusi vya leo vinavyogeuka na kwa kutumia habari za biochemical na maumbile ili kuunda historia ya virusi vya mapema mno.
Wakati matokeo mengi yanakubaliana kwamba virusi hazina babu moja ya kawaida, wasomi bado hawajapata nadharia moja kuhusu asili ya virusi ambayo imekubaliwa kikamilifu katika shamba. Moja ya nadharia tete, inayoitwa devolution au hypothesis regressive, inapendekeza kueleza asili ya virusi kwa kupendekeza kwamba virusi zilibadilika kutoka seli za kuishi bure. Hata hivyo, sehemu nyingi za jinsi mchakato huu unaweza kuwa imetokea ni siri. Nadharia tete ya pili (inayoitwa escapist au nadharia tete inayoendelea) huhesabu virusi ambazo zina ama RNA au jenomu ya DNA na na zinaonyesha kuwa virusi zimetokana na molekuli za RNA na DNA zilizotoroka kutoka kiini cha jeshi. Tatu hypothesis posts mfumo wa binafsi replication sawa na ile ya molekuli nyingine binafsi replicating, uwezekano wa kutoa pamoja seli wao kutegemea kama majeshi; masomo ya baadhi ya vimelea mimea kusaidia hypothesis hii.
Kama teknolojia inavyoendelea, wanasayansi wanaweza kuendeleza na kuboresha nadharia zaidi kuelezea asili ya virusi. Shamba linalojitokeza linaloitwa mfumo wa virusi vya Masi linajaribu kufanya hivyo tu kupitia kulinganisha kwa vifaa vya maumbile ya mlolongo. Watafiti hawa matumaini ya siku moja kuelewa vizuri asili ya virusi, ugunduzi ambayo inaweza kusababisha maendeleo katika matibabu kwa ajili ya magonjwa wao kuzalisha.
Virusi Morphology
Virusi ni acellular, maana yake ni vyombo vya kibiolojia ambavyo hazina muundo wa seli. Kwa hiyo hawana sehemu nyingi za seli, kama vile organelles, ribosomu, na utando wa plasma. Virion ina msingi wa asidi ya nucleic, mipako ya nje ya protini au capsid, na wakati mwingine bahasha ya nje iliyofanywa kwa protini na utando wa phospholipid inayotokana na kiini cha jeshi. Virusi pia inaweza kuwa na protini za ziada, kama vile enzymes. Tofauti dhahiri zaidi kati ya wanachama wa familia za virusi ni morphology yao, ambayo ni tofauti kabisa. Kipengele cha kuvutia cha utata wa virusi ni kwamba utata wa mwenyeji hauhusiani na utata wa virion. Baadhi ya miundo ya virion ngumu zaidi huzingatiwa katika bacteriophages, virusi vinavyoambukiza viumbe hai rahisi, bakteria.
Morpholojia
Virusi huja kwa maumbo na ukubwa wengi, lakini hizi ni thabiti na tofauti kwa kila familia ya virusi. Virions zote zina genome ya asidi ya nucleic iliyofunikwa na safu ya kinga ya protini, inayoitwa capsid. Capsid imeundwa na subunits protini inayoitwa capsomeres. Baadhi ya capsids ya virusi ni rahisi “nyanja” za polyhedral, wakati wengine ni ngumu sana katika muundo.
Kwa ujumla, maumbo ya virusi yanawekwa katika makundi manne: filamentous, isometric (au icosahedral), iliyofunikwa, na kichwa na mkia. Virusi vya filamentous ni ndefu na cylindrical. Virusi vingi vya mimea ni filamentous, ikiwa ni pamoja na TMV. Virusi vya isometri zina maumbo ambayo ni takribani spherical, kama vile poliovirus au herpesviruses. Virusi vilivyotengenezwa vina membrane zinazozunguka capsids. Virusi vya wanyama, kama vile VVU, mara nyingi hufunikwa. Virusi vya kichwa na mkia huambukiza bakteria na kuwa na kichwa ambacho ni sawa na virusi vya icosahedral na umbo la mkia kama virusi vya filamentous.
Virusi nyingi hutumia aina fulani ya glycoprotein kuunganisha kwenye seli zao za jeshi kupitia molekuli kwenye seli inayoitwa receptors ya virusi (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Kwa virusi hivi, attachment ni mahitaji ya kupenya baadaye ya membrane ya seli, hivyo wanaweza kukamilisha replication yao ndani ya seli. Vipokezi ambavyo virusi hutumia ni molekuli ambazo hupatikana kwa kawaida kwenye nyuso za seli na zina kazi zao za kisaikolojia. Virusi vimebadilika tu kutumia molekuli hizi kwa replication yao wenyewe. Kwa mfano, VVU hutumia molekuli ya CD4 kwenye lymphocytes T kama moja ya receptors zake. CD4 ni aina ya molekuli inayoitwa molekuli ya kujitoa kiini, ambayo inafanya kazi ya kuweka aina tofauti za seli za kinga karibu na kila mmoja wakati wa kizazi cha majibu ya kinga ya T lymphocyte.
Miongoni mwa virioni tata zaidi inayojulikana, bacteriophage ya T4, ambayo huambukiza bakteria ya Escherichia coli, ina muundo wa mkia ambao virusi hutumia kuambatanisha kuwa mwenyeji wa seli na muundo wa kichwa unaojumuisha DNA yake.
Adenovirus, virusi vya wanyama ambavyo havikuwepo vinavyosababisha magonjwa ya kupumua kwa wanadamu, hutumia spikes za glycoprotein zinazojitokeza kutoka kwenye capsomeres zake ili kushikamana na seli za mwenyeji. Virusi visivyosababishwa pia hujumuisha wale wanaosababisha polio (poliovirus), vidonge vya mimea (papillomavirus), na hepatitis A (virusi vya hepatitis A).
Enveloped virions kama VVU, wakala causative katika UKIMWI, linajumuisha asidi nucleic (RNA katika kesi ya VVU) na protini capsid kuzungukwa na phospholipid bilayer bahasha na protini zake zinazohusiana. Glycoproteins iliyoingia katika bahasha ya virusi hutumiwa kushikamana na seli za mwenyeji. Protini nyingine za bahasha ni protini za matrix ambazo zinaimarisha bahasha na mara nyingi huwa na jukumu katika mkusanyiko wa virions za kizazi. Kuku ya kuku, mafua, na matumbwitumbwi ni mifano ya magonjwa yanayosababishwa na virusi na bahasha. Kwa sababu ya udhaifu wa bahasha, virusi visivyo na enveloped ni sugu zaidi kwa mabadiliko ya joto, pH, na baadhi ya disinfectants kuliko virusi vilivyojaa.
Kwa ujumla, sura ya virion na uwepo au kutokuwepo kwa bahasha kutuambia kidogo kuhusu ugonjwa gani virusi inaweza kusababisha au aina gani inaweza kuambukiza, lakini bado ni njia muhimu ya kuanza uainishaji wa virusi (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)).
Zoezi\(\PageIndex{1}\)
Ni ipi kati ya taarifa zifuatazo kuhusu muundo wa virusi ni kweli?
- Virusi vyote vimewekwa kwenye membrane ya virusi.
- Capsomere imeundwa na subunits ndogo za protini zinazoitwa capsids.
- DNA ni nyenzo za maumbile katika virusi vyote.
- Glycoproteins husaidia virusi kushikamana na kiini cha mwenyeji.
- Jibu
-
D
Aina ya Asidi ya Nucleic
Tofauti na karibu viumbe hai vyote vinavyotumia DNA kama nyenzo zao za maumbile, virusi vinaweza kutumia ama DNA au RNA kama zao. Msingi wa virusi una genome au maudhui ya jumla ya maumbile ya virusi. Jenomu za virusi huwa ndogo, zenye jeni zile pekee ambazo zinajenga protini ambazo virusi haziwezi kupata kutoka kwenye seli ya jeshi. Nyenzo hii ya maumbile inaweza kuwa moja au mbili-stranded. Inaweza pia kuwa mstari au mviringo. Wakati virusi vingi vina asidi moja ya nucleic, wengine wana genomes ambazo zina kadhaa, ambazo huitwa makundi.
Katika virusi vya DNA, DNA ya virusi inaongoza protini za kuiga kiini cha jeshi ili kuunganisha nakala mpya za jenomu ya virusi na kuandika na kutafsiri jenomu hiyo kuwa protini za virusi. Virusi vya DNA husababisha magonjwa ya binadamu, kama vile kuku, hepatitis B, na magonjwa mengine ya venereal, kama herpes na vidonda vya uzazi.
Virusi vya RNA zina RNA tu kama nyenzo zao za maumbile. Ili kuiga genomes zao katika kiini cha jeshi, virusi vya RNA zinajumuisha enzymes ambazo zinaweza kuiga RNA ndani ya DNA, ambayo haiwezi kufanywa na kiini cha jeshi. Enzymes hizi za RNA za polymerase zina uwezekano mkubwa wa kufanya makosa ya kuiga kuliko polymerases ya DNA, na hivyo mara nyingi hufanya makosa wakati wa transcription. Kwa sababu hii, mabadiliko katika virusi vya RNA hutokea mara nyingi zaidi kuliko virusi vya DNA. Hii inasababisha kubadilika na kukabiliana haraka zaidi kwa mwenyeji wao. Magonjwa ya kibinadamu yanayosababishwa na virusi vya RNA ni pamoja na hepatitis C, surua, na kichwani.
Uainishaji wa Virusi
Ili kuelewa vipengele vilivyoshirikiwa kati ya vikundi tofauti vya virusi, mpango wa uainishaji ni muhimu. Kama virusi vingi hazifikiriwa kuwa zimebadilika kutoka kwa babu wa kawaida, hata hivyo, mbinu ambazo wanasayansi hutumia kuainisha vitu vilivyo hai sio muhimu sana. Wanabiolojia wametumia mifumo kadhaa ya uainishaji katika siku za nyuma, kulingana na morpholojia na genetics ya virusi mbalimbali. Hata hivyo, mbinu hizi za awali za uainishaji zimeunganisha virusi tofauti, kulingana na vipengele gani vya virusi walivyotumia kuziweka. Njia ya uainishaji inayotumiwa zaidi leo inaitwa mpango wa uainishaji wa Baltimore na inategemea jinsi RNA ya mjumbe (mRNA) inavyozalishwa katika kila aina fulani ya virusi.
Mifumo ya zamani ya Uainishaji
Virusi huwekwa kwa njia kadhaa: kwa sababu kama vile maudhui yao ya msingi (Jedwali\(\PageIndex{1}\) na Kielelezo\(\PageIndex{2}\)), muundo wa capsids zao, na kama wana bahasha ya nje. Aina ya vifaa vya maumbile (DNA au RNA) na muundo wake (single-au mbili-stranded, linear au mviringo, na segmented au zisizo segmented) hutumiwa kuainisha miundo ya msingi ya virusi.
Uainishaji wa msingi | Mifano |
---|---|
|
|
|
|
|
|
|
|
Virusi zinaweza pia kuhesabiwa na muundo wa capsids zao (Kielelezo\(\PageIndex{3}\) na Kielelezo\(\PageIndex{4}\)). Capsids huwekwa kama icosahedral ya uchi, iliyofunikwa icosahedral, iliyofunikwa helical, uchi helical, na tata (Kielelezo\(\PageIndex{5}\) na Kielelezo\(\PageIndex{6}\)). Aina ya vifaa vya maumbile (DNA au RNA) na muundo wake (single-au mbili-stranded, linear au mviringo, na segmented au zisizo segmented) hutumiwa kuainisha miundo ya msingi ya virusi (Jedwali\(\PageIndex{2}\)).
Uainishaji wa Capsid | Mifano |
---|---|
Icosahedral uchi | Hepatitis A virusi, polioviruses |
Icosahedral iliyofunikwa | Epstein-Barr virusi, virusi vya herpes rahisix, virusi vya rubella, virusi vya homa ya njano, VVU-1 |
Iliyofunikwa helical | Virusi vya mafua, virusi vya matumbo, virusi vya surua, virusi vya rabies |
Naked helical | Tumbaku mosaic virusi |
Complex na protini nyingi; wengine wana mchanganyiko wa miundo ya icosahedral na helical capsid | Herpesviruses, virusi vya ndui, virusi vya hepatitis B, bacteriophage ya T4 |
Uainishaji Baltimore
Mfumo unaotumiwa zaidi wa uainishaji wa virusi ulianzishwa na mwanabiolojia aliyeshinda Tuzo ya Nobel David Baltimore mwanzoni mwa miaka ya 1970. Mbali na tofauti katika morpholojia na genetics zilizotajwa hapo juu, mpango wa uainishaji wa Baltimore hukusanya virusi kulingana na jinsi mRNA inavyozalishwa wakati wa mzunguko wa kuiga wa virusi.
Virusi vya Kundi la I vina DNA mbili zilizopigwa (DSDNA) kama genome yao. MRNA yao inazalishwa na transcription kwa njia sawa sawa na kwa DNA za mkononi. Virusi vya Kundi la II vina DNA moja-stranded (ssDNA) kama genome yao. Wao hubadilisha genomes zao moja zilizopigwa ndani ya kati ya DSDNA kabla ya transcription kwa mRNA inaweza kutokea. Virusi vya Kundi la III hutumia DSRNA kama genome yao. Vipande tofauti, na mmoja wao hutumiwa kama template kwa kizazi cha mRNA kwa kutumia RNA inayotegemea polymerase iliyosajiliwa na virusi. Virusi vya kikundi cha IV vina SSRNA kama genome yao yenye polarity nzuri. Polarity nzuri ina maana kwamba RNA ya genomic inaweza kutumika moja kwa moja kama mRNA. Intermediates ya DSRNA, inayoitwa intermediates replicative, hufanywa katika mchakato wa kuiga RNA ya genomic. Nyingi, urefu kamili RNA kuachwa ya polarity hasi (complimentary kwa chanya stranded genomic RNA) ni sumu kutoka intermediates hizi, ambayo inaweza kisha kutumika kama templates kwa ajili ya uzalishaji wa RNA na polarity chanya, ikiwa ni pamoja na urefu kamili ya RNA genomic na mfupi virusi mRNAs. Virusi vya Kundi la V vina genomes za SSRNA zilizo na polarity hasi, maana yake ni kwamba mlolongo wao ni wa ziada kwa mRNA. Kama ilivyo na virusi vya Kundi la IV, dSRNA intermediates hutumiwa kufanya nakala za genome na kuzalisha mRNA. Katika kesi hiyo, genome isiyopigwa hasi inaweza kubadilishwa moja kwa moja kwa mRNA. Zaidi ya hayo, vipande vya RNA vyema vya urefu kamili vinatengenezwa kutumikia kama templates kwa ajili ya uzalishaji wa genome isiyosababishwa na negative-stranded. Virusi vya vikundi vya VI vina diploid (nakala mbili) sSRNA genomes ambazo zinapaswa kubadilishwa, kwa kutumia transcriptase ya enzyme reverse, kwa dsDNA; dsDNA kisha husafirishwa kwenye kiini cha kiini cha jeshi na kuingizwa ndani ya jenomu ya jeshi. Kisha, mRNA inaweza kuzalishwa na transcription ya DNA ya virusi ambayo iliunganishwa katika jenome ya jeshi. Vikundi VII virusi na sehemu dsDNA genomes na kufanya SSRNA intermediates kwamba kazi kama mRNA, lakini pia kubadilishwa nyuma katika genomes DSDNA na reverse transcriptase, muhimu kwa ajili ya replication genome. Tabia za kila kundi katika uainishaji wa Baltimore zimefupishwa katika Jedwali\(\PageIndex{3}\) likiwa na mifano ya kila kikundi.
Kundi | Tabia | Mfumo wa Uzalishaji wa mRNA | Mfano |
---|---|---|---|
I | DNA mbili-stranded | mRNA imeandikwa moja kwa moja kutoka template ya DNA | Herpes rahisix (herpesvirus) |
II | DNA moja iliyopigwa | DNA inabadilishwa kuwa fomu mbili-stranded kabla RNA ni transcribed | Canine parvovirus (parvovirus) |
III | RNA mbili-stranded | mRNA imeandikwa kutoka kwa genome ya RNA | Gastroenteritis ya utoto (rotavirus) |
IV | Single iliyopigwa RNA (+) | Jenome kazi kama mRNA | Baridi ya kawaida (pircornavirus) |
V | RNA moja iliyopigwa (-) | mRNA imeandikwa kutoka kwa genome ya RNA | Kichwa cha mbwa (rhabdovirus) |
VI | Virusi vya RNA zilizopigwa moja kwa moja na transcriptase ya reverse | Reverse transcriptase inafanya DNA kutoka genome RNA; DNA ni kisha kuingizwa katika jenome jeshi; mRNA ni transcribed kutoka DNA kuingizwa | Virusi vya ukimwi wa binadamu (VVU) |
VII | Virusi vya DNA zilizopigwa mara mbili na transcriptase ya reverse | Jenomu ya virusi ni DNA mbili-stranded, lakini DNA ya virusi inaelezewa kupitia kati ya RNA; RNA inaweza kutumika moja kwa moja kama mRNA au kama template ya kufanya mRNA | Virusi vya Hepatitis B (hepadnavirus) |
Muhtasari
Virusi ni vidogo, vyombo vya seli ambavyo vinaweza kuonekana tu na microscope ya elektroni. Jenomu zao zina DNA au RNA-kamwe wote-na wao kuiga kwa kutumia protini replication ya kiini jeshi. Virusi ni tofauti, kuambukiza archaea, bakteria, fungi, mimea, na wanyama. Virusi hujumuisha msingi wa asidi ya nucleic iliyozungukwa na capsid ya protini na au bila bahasha ya nje ya lipid. Sura ya capsid, uwepo wa bahasha, na muundo wa msingi unaagiza baadhi ya vipengele vya uainishaji wa virusi. Njia ya uainishaji inayotumiwa kwa kawaida, uainishaji wa Baltimore, huainisha virusi kulingana na jinsi wanavyozalisha mRNA yao.
faharasa
- ya seli
- kukosa seli
- kapsid
- mipako ya protini ya msingi wa virusi
- capsomere
- subunit ya protini ambayo hufanya capsid
- bahasha
- lipid bilayer kwamba bahasha baadhi ya virusi
- virusi vya kikundi mimi
- virusi na genome ya DSDNA
- virusi vya kikundi cha II
- virusi na genome ya SSDNA
- virusi vya kikundi III
- virusi na genome ya dsRNA
- virusi vya kikundi cha IV
- virusi na genome ya SSRNA yenye polarity nzuri
- virusi vya kikundi V
- virusi na genome ya SSRNA yenye polarity hasi
- virusi vya kikundi cha VI
- virusi na genomes SSRNA kubadilishwa katika dsDNA na reverse transcriptase
- virusi vya kikundi VII
- virusi na mRNA moja-stranded kubadilishwa katika DSDNA kwa replication genome
- protini ya matrix
- protini ya bahasha ambayo imetulia bahasha na mara nyingi ina jukumu katika mkusanyiko wa virions za kizazi
- polarity hasi
- SSRNA virusi na genomes complimentary kwa mRNA yao
- polarity chanya
- Virusi vya SSRNA na genome ambayo ina utaratibu sawa wa msingi na codons zilizopatikana katika mRNA yao
- replicative kati
- DSRNA kati ya kufanywa katika mchakato wa kuiga RNA ya genomic
- reverse transcriptase
- enzyme kupatikana katika Baltimore makundi VI na VII kwamba waongofu single-stranded RNA katika DNA mbili-
- receptor ya virusi
- glycoprotein kutumika ambatisha virusi kwa mwenyeji wa seli kupitia molekuli kwenye seli
- virion
- mtu binafsi virusi chembe nje ya kiini jeshi
- msingi wa virusi
- ina genome ya virusi