مقـدمـة في علم الفيروسات

------------------------------------

مقـدمـة في علم الفيروسات Introduction to Virology

النظريات الخاصة بأصل الفيروسات:

ü الفيروسات جزيئيات Particles مسببة للأمراض

ü تتميز بتطفلها الداخل خلوي Intracellular Parasitism

ü تتشابه مع مسببات مرضية أخرى ذات طبيعة تطفلية داخل خلوية

ü مثل الريكتيسيا وطفيلي الملاريا والبكتريا المسببة للجذام

ü لكل من هذه الطفيليات نشأته الخاصة والمعروفة باعتبارها كائنات حية.

ü إذاً هل تتشابه الفيروسات في نشأتها مع تلك الكائنات الحية بالرغم من كونها جزيئات لها تركيبها ونشاطها الخاص.

1- الفيروسات طرز من كائنات حية ظهرت في مرحلة سابقة لنشأة الخلية

Survivors of the pr-cellular first living inhabitants of the earth
نشأ هذا الأفتراض إعتماداً على النظريات الخاطئة التي تناولت نشأة الحياة على الأرض (الفيروسات عبارة عن كائنات أولية Protoviruses ظهرت خلال المراحل التطورية السابقة لتكوين الخلايا)

2- الفيروسات ذات تطور رجعي منشؤه خلايا كائنات دقيقة كانت تعيش معيشة حرة

Regression from more highly involved free living micro-organisms / cells
ü الفيروسات نشأت عن طريق تطور رجعي لخلايا حرة

ü اعتمدت على غيرها من الكائنات الحية إعتماداً كلياً

ü أصبحت طفيليات فقدت أشكالها وتراكيبها الأصلية كطفيليات متعضية

ü أصبحت عبارة عن بضعة جزيئيات

ü صاحب هذا التطور الرجعي فقدانها لكثير من الأنشطة الفسيولوجية

لذاك فهي لاتظهر الآن أنشطة مستقلة بذاتها واقتصرت فقط على قدرتها المرضية عن طريق تطفلها لاستيفاء احتياجاتها من العناصر الأساسية اللازمة لمواصلة بقائها وإتمام تكاثرها بالاعتماد على الأنشطة الحيوية لخلايا العوائل التي تصيبها والتحكم فيها لمصلحتها وتؤدي إلى تدميرها فيما بعد.

3- الفيروسات مشتقة من المكونات الطبيعية في الخلايا

Viruses are derived from normal constituents of cells
ü الفيروسات ربما تكون أحد العضيات الموجودة داخل الخلايا

ü مثل الميتوكندريا أو الكلوروبلاست أو جزء من المادة الوراثية (كروموسوم أو مجموعة جينات)

ü استطاعت الاستقلال بذاتها عن الخلية

ü أتخذت الخلية موضعاً لنشاطها وتضاعفها

ü الفيروسات قد تكون أصلاً جزءاً من المادة الوراثية الخلوية التي أنشقت عن الخلية بخصائصها المميزة.

طبيعة الفيروسات:

الفيروسات تتركب من بروتين نووي

تتواجد في خلايا العوائل الحية في صورة بللورات نيكليوبروتينية

من الثابت حالياً أن هذه البللورات النيكليوبروتينية تجمع بين خواص الأحياء والجماد.

إذاً هل من الممكن الإعتبار أن الفيروسات كائنات حية؟

للإجابة على هذا السؤال

هناك من الأدلة ما يدعم أن الفيروس مادة جمادية

على العكس فهناك من الأدلة الأخرى تأكد من أن الفيروسات كائنات حية

الصفات الجمادية للفيروسات:

1. يمكن بلورتها معملياً كما يمكن إذابتها وإعادة بلورتها مرة أخرى دون أن تفقد قدرتها على التطفل.

2. لا تظهر هذه البللورات نشاطات أيضية مميزة إلاعند تواجدها داخل الخلايا.

الصفات الإحيائية للفيروســات:

1. القدرة على التكاثر والتضاعف في الخلايا والأنسجة الحية

2. الاعتماد المطلق على الخلايا الحية لمواصلة بناء جزيئاتها وتضاعفها.

3. التأثر بدرجات الحرارة

لكل فيروس درجة حرارة مثبطة لنشاطه المرضي أو الباثولوجي Thermal Inactivation Point (TIP)

أن النشاط وقدرة الفيروس على إحداث الإصابة يقف عند درجة حرارة معينة

مثل هذه الدرجات الحرارية المميتة تتصف بها الكائنات الحية الممرضة مثل البكتريا والفطريات.

4. للفيروسات القدرة على إنتاج سلالات متطفرة Mutant strain

عند تعريض الفيروسات لبعض المواد المحدثة للطفرات مثل الإشعاع أو المعاملة ببعض الكيماويات تتغير صفاتها وقدراتها التطفلية وتنتج سلالات جديدة متطفرة تختلف عن السلالة الأبوية.

5. تتباين الفيروسات في المدى العوائلي للكائنات الحية التي تصيبها

يختص فيروس ما باصابة عائل معين أو مجموعة من العوائل وهي في ذلك تماثل الكائنات الحية الممرضة للعوائل التي تصيبها وقد تكون الفيروسات:

1- ذات مدى عوائلي واسع Wide Host Range بمعنى أن الفيروس يستطيع التطفل وإصابة عدد كبير من العوائل الحية مثل فيروس تجعد قمة بنجر السكر Sugar Beet Curly Top Virus (SBTV) الذي يصيب ما يقرب من 220 عائلاً نباتياً يتبع 41 فصيلة نباتية.

2- وسطية المدى العوائلي Moderate Host Range وهي الفيروسات التي يقتصر تطفلها على مجموعة من العوائل مثل أنواع فصيلة نباتية واحدة.

3- ضيقة المدى العوائلي ويقتصر تطفلها على إصابة نبات واحد أو عدد قليل من النباتات من أمثلتها فيروس تبرقش الذرة الذي يتطفل على كل من نبات الذرة الشامية ونبات الذرة العويجة وتعرف بانها فيروسات ضيقة المدى العوائلي Narrow Host Rang Viruses.

الفروق بين الفيروس والكر وموسوم:

الفروق بين الفيروس والخلية:

تقسيم الفيروســات

ü لايوجد حالياً تقسيم متفق عليه لوضع الفيروسات في إحدى المماليك التي تضم الكائنات الحية

ü يعتبر الكثير من العلماء أن الفيروسات مازالت مجموعة كبيرة قائمة بذاتها Major group

الوضع التقسيمي للفيروسات تبعاً لتقسيـم بيرجي 1957م:

ü وضع بيرجي الفيروسات ضمن المملكة النباتية في قســم Division خاص أضافه إلى المملكة النباتية

ü جمع في هذا القسم

الطحالب الخضراء المزرقة Blue Green Algae --- البكتريا Bacteria --- الريكتيسيا Rickettsia --- الفيروسات Viruses .

وهذا التقسيم لا يعمل به الآن حيث صدر تقسيم جديد عن بيرجي 1974م لم يذكر فيه الوضع التقسيمي للفيروسات.

- الوضع التقسيمي للفيروسات تبعاً لما ذكره 1981م Barrtha and Atlas
أعتبرت الفيروسات في هذا التقسيم تابعة لمملكة البدائيات Protista والتي تضم الفيروسات والكائنات الدقيقة الأخرى

ü من هذا التقسيم يتضح أن

ü من الممكن إعتبار الفيروسات كائنات لاخلوية Acellular Organism

ü لأنها تتركب من جينوم وراثي يحاط بغطاء بروتيني يناظر الجدار الخلوي في الكائنات الدقيقة.

ü كما أن الكائنات الخلوية البدائية النواة تضم البكتريا والطحالب الخضراء المزرقة حيث أن الأخيرة تعتبر حالياً بكتريا خضراء مزرقة Blue Green Bacteria .

---------------------------------------------------------------
-

كيميـــاء الفيــروس Chemical Structure of Viruses

بدأت دراسة الفيروس عندما تمكن ستانلي Stanley 1935 من فصل وترسيب فيروس تبرقش اوراق الدخان Tobacco Mosaic Virus (TMV)

في عام 1936م تمكن باودن Bawden وآخرون من القول أن فيروس تبرقش أوراق الدخان يتركب من نيكليوبروتين Nucleoprotein أي يتركب من أحماض نووية وبروتين

وجد أن الحمض النووي في فيروس تبرقش أوراق الخان من نوع RNA (Ribonucleic acid) جزيئ الفيروس في أبسط صورة يتركب من Nucleoprotein

يدخل في ذلك كل الفيروسات التي تصيب النباتات والحيوانات والبكتريا

يكون الحمض النووي الفيروسي المحور الداخلي Core للحبيبة الفيروسية

تحيط وحدات من البروتين بهذا الحمض النووي مكونة الغطاء للبروتين وتسمى Protein coat أو Capsid.

البروتينات:

ü مركبات عضوية ذات وزن جزيئي عالي

ü يدخل في تركيبها عناصر الكربون والهيدروجين والنيتروجين

ü يرتبط بها بعض العناصر الأخرى مثل الفوسفور والكبريت

ü البروتينات النووية هي المسئولة عن حفظ النظام الوراثي في الكائنات الحية.

ü يتكون جزيئ البروتين من إتحاد الأحماض الأمينية ببعضها بالرابطة البيبتيدية Peptide linkage

يتم إتحاد مجموعة الكربوكسيل COOH لحمض أميني مع مجموعة الأمين لحمض أميني آخـر وفقد جزيئ الماء

تكون الرابطة البيبتيدية ثنائية أو ثلاثية أو عديدة

عند إرتباط الأحماض الأمينية ببعضها تتكون سلاسل البروتين الطويلة

يتحدد شكل السلسلة باتحاد الذرات المكونة لها والتوزيع الفراغي لها داخل السلسلة.

نتيجة لإحتـواء الأحماض الأمينية على مجموعة الكربوكسيل الحامضية ذات الشحنات السالبة (-) ومجموعة الأمين القاعدية ذات الشحنات الموجبة (+) فانها تكون ملح داخلي Zwitterion

تفريد البروتينات إلى أنواع مختلفة بالطرق الكيميائية التي تسمى Electrophoresis.

الأحماض النووية:

ü تتكون الأحماض النووية من سلاسل قصيرة تسمى نيوكليتيدات Nucleotides

ü تتكون كل نيوكليوتيدة من

ü جزئ حامض أرثوفوسفوريك H3PO4

ü جزئ سكر أحادي من النوع الخماسي Pentose

ü جزئ قاعدة أزوتية (نيتروجينية).

تتصل القاعدة الأزوتية مع السكر الخماسي على ذرة الكربون رقم 1 برابطة جليكوسيدية

يرتبط حامض الفوسفوريك بذرة الكربون رقم 3 أو 5 على السكر الأحادي بواسطة رابطة أسترية.

تنقسم القواعد النيتروجينية إلى مجموعتين البيورينات والبريميدينات

يدخل في تركيب الحمض النووي RNA كل من الأدنين والجوانين والسايتوسين واليوراسيل وتحل القاغدة النيتروجينية الثيامين محل القاعدة النيتروجينية اليوراسيل في الحمض النووي DNA.

الحامض النووي يدخل في تركيبه أربعة قواعد نيتروجينية فقط فإنه توجد أربعة أنواع من النيوكليتيدات فقط وهذه تتكرر في الجزئ عدة مرات ويختلف عدد مرات تكرارها وكذلك ترتيبها وراء بعضها من حامض نووي لآخر.

تحتوي الفيروسات المختلفة على حامض نووي وهو إما أن يكون حامض نووي رايبوزي Ribonucleic acid (RNA) أو حامض دي أوكسي رايبوزي Deoxyribonucleic acid (DNA)

تحتوي الفيروسات التي تصيب البكتريا غالباً على DNA

الفيروسات الحيوانية تحتوي بعضها على RNA والبعض الآخر على الحمض النووي DNA

الفيروسات النباتية فتحتوي على الحمض النووي RNA إلا أن هناك بعض الفيروسات النباتية النادرة التي تحتوي على الحمض النووي DNA.

الحمض النووي DNA المعزول من معظم الفيروسات يطابق في تركيبه النموذج الذي أقترحه واطسون وكريك Watson and Crick والمعروف باسم النموذج الحلزون المزدوج Double helix model

بمعنى أنه ثنائي السلسلة Double stranded

يرتبط الأدنين مع الثيامين في السلسلة المقابلة برابطتين هيدروجينية

يرتبط الجوانين مع السايتوسين بواسطة ثلاثة روابط هيدروجينية.

ويوضح هذا الإرتباط في أن كمية الأدنين تتساوى مع كمية الثيامين وكذلك كمية الجوانين مع السايتوسين ولذلك نجد أن

مجموع الأدنين + الثيامين فإنه يختلف عن مجموع السيتوسين + الجوانين

توجد إختلافات كبيرة في هذه النسبة وقد تقل أوتزيد وتعتبر هذه صفة مميزة لكل DNA

في البكتريا E.coli تساوي 0.51

في فطر Aspergillus niger تساوي 1

في الإنسان تساوي 1.4 وفي فيروسات البكتريا T4 تساوي 1.84.

أما بالنسبة للحمض النووي RNA فإنه عادة ما يكون في حالة خيط مفرد السلسلة Single stranded ويتكون من سلسلة من عديد النيوكليتيدات

التركيب الكيميائي:

ü التركيب الكيميائي للفيروس أنه يتكون من نيكليوبروتين Nucleoprotein (بروتتين + حمض نووي)

ü يوجد الحمض النووي في الجزء الداخلي (Core)

ü يحاط بغشاء بروتيني خارجي Protein coat ويعرف باسم كابسيد Capsid

ü يتكون الغطاء من وحدات بروتينية متراصة تعرف باسم Protein subunits أو Capsomeres

ü عندما يكون الغطاء البروتيني قريباً من الحمض النووي فيطلق على الغشاء نيكليوكابسيد Nucleocapsid

ü فيروس تبرقش أوراق الدخان TMV

ü الحبيبة الفيروسية عصوية الشكل يبلغ طولها 300 نانوميتر

ü تحتوي على الحمض النووي من نوع RNA

ü يتكون من 1900 جزيئ أدنين و 1680 جزئ جوانين و 1180 جزئ سيتوسين و 1740 جزئ يوراسيل

ü وهذه في مجموعها تكون 6500 نيوكليتيدة.

ü يتكون غطائه من 2130 وحدة

ü تتركب كل وحدة بروتينية من 158 حمض أميني تنشأ من 16 حمض أميني

ü جسم الحبيبة الفيروسية يأخذ الشكل الحلزوني

ü كل دورة من دورات السلم الحلزوني للغطاء البروتيني تحتوي على 16.3 وحدة بروتين

ü أي أن كل ثلاثة لفات عبارة عن 49 وحدة بروتينية

ü طول هذه الثلاثة لفات 69 أنجستروم أي أن مسافة كل لفة 23 أنجستروم وتسمى هذه المسافة Pitch of helix

ü يتكون الجزيئ كله من 130 لفة

ســـلالات الفيروس:

ü تتشابه الفيروسات مع الكائنات الحية في خاصية التوارث

ü حيث أن الفيروسات تحتوي على الأحماض النووية وهي المادة الوراثية في الكائنات الحية

ü لذلك نتيجة التركيب البسيط للفيروس وسرعة التضاعف تعتبر الفيروسات من أكثر مسببات الأمراض قابلية للتغيير مما يؤدي إلى ظهور سلالات جديدة

ü تنشأ السلالات الفيروسية نتيجة التغير في تركيب الفيروس

ü بالتالي تظهر صفات جديدة مخالفة لصفات السلالة الأصلية

ü لا يعرف بالتحديد التغيرات التي تحدث في الجزيئ الفيروسي لكي تظهر الطفرات الجديدة

ü ولكن بما أن العائل هو الذي يقوم بتكوين الفيروس نتيجة لوجود أجسام فيروسية داخل الخلايا

ü فإن تغير بعض التفاعلات الكيميائية التي تأخذ مجراها في خلايا العائل

ü يحدث زيادة أو نقصان في بعض المركبات أو المجاميع الكيميائية داخل الخلايا

ü بالتالي في الجزيئ الفيروسي الذي يتكون داخلها

ü عندئذ تظهر سلالات جديدة وبها مجاميع كيميائية تزيد أو تنقص عن السلالة الأصلية.

ü على هذا يمكن القول أن ظهور سلالات الفيروس يعني تغير صفة أو أكثر من الصفات الأصلية

ü وكما هو معروف أن الحمض النووي للفيروس هو المادة الحاملة للمعلومات الوراثية والتي تعطي صفات الفيروس

ü على ذلك فإن التغير في الصفات الوراثية يعني بالضرورة تغير في التركيب الوراثي الخاص بالحمض النووي الفيروسي

ü يكون ذلك باختلاف نسب النيوكليتيدات بعضها لبعض

ü كذلك للإختلافات في نظام التتابع للنيوكليتيدات

ü وهي التي تتحكم في تكوين الأحماض الأمينية في الغطاء البروتيني للحبيبة الفيروسية

لهذا فان تتابع الوحدات النيوكليتيدية تغير من تتابع ونوعية الأحماض الأمينية

الداخلة في تركيب الغطاء البروتيني للفيروس.

مورفولوجيا الفيروسات Morphological Structure of Viruses

مفهوم الدراسات المورفولوجية:

هي دراسة الشكل الخارجي أو الظاهري للكائن وطرق تجمعه وإنتظامه في مستعمرات.

الإختلاف بين الدراسة المورفولوجية للبكتريا والفيروسات:

الدراسة المورفولوجية للبكتريا هي دراسة الشكل الظاهري للخلية البكتيرية فيما إذا كانت عصوية أو كروية أو منحنية كذلك نظام التجمع لهذه الخلايا.

الدراسة المورفولوجية للفيروسات تتضمن عدة نقاط:

1- دراسة حجم الجزيئ الفيروسي

2- دراسة التركيب الكيميائي والتركيب البنائي.

3- دراسة نظام التماثل.

أولاً دراسة أحجام الفيروسات:

1- الترشيح الفوقي

2- الطرد المركزي الفوقي.

3- الميكروسكوب الإلكتروني.

ثانياً التركيب الدقيق للفيروسات:

التركيب الكيميائي
ويقصد به دراسة الحمض النووي والبروتين من الناحية الكيميائية كما سبق التنويه عنه في دراسة فيروس تبرقش أوراق الدخان.

دراسة نظام التماثل نشأت نتيجة اشارة العالمان واطسن وكريك Watson and Crick

نظراً للصغر المتناهي للفيروسات يشير إلى كمية محدودة للحمض النووي التي يمكن أن تتواجد في الحبيبة الفيروسية

هذا يؤدي إلى تكون وحدات بروتينية محدودة الشكل ومتعددة عدداً مما يساعدها في تكوين اشكال متناظرة من الوحدات البروتينية التي تتسبب في إعطاء الشكل المتماثل أو المتناظر في التركيب أو الشكل الخارجي.

أقسام الفيروسات نسبة إلى نظام التماثل:

1- الفيروسات ذات العشرون وجه أو الكروية أو المتماثلة الأبعاد:

Icosahedral viruses Spherical or Isometric viruse
· تنشأ من تجميع الوحدات المظهرية (Capsomeres)

· وجود عشرون وجه.

· كل وجه عبارة عن مثلثات منتظمة ومتساوية الأضلاع.

· له إثنى عشر ركناً.

· له ثلاثون حافة.

· له ثلاثة محاور:

· محور خماسي

· محور ثلاثي

· محور ثنائي

· منشورات خماسية Pentagons

· منشورات سداسية Hexagons

2- الفيروسات الحلزونية Helical viruses

· ذات شكل حلزوني Screw or Helical أو لولبي Spiral

· تترتب أو تنتظم الوحدات البروتينية على شكل لفات أو درجات السلم.

· وجود مجموعات أخرى على أشكال خيطية Flexous أو متعرجة ZigZag

3- الفيروسات المتباينة التماثل:

· وجود أكثر من نوع من التماثل

4- الفيروسات المغلفة:

مجموعة من الفيروسات محاطة بغلاف خارجي ينشأ من الغشاء السيتوبلازمي الخارجي لخلية العائل.

------------

دراسة مورفولوجيا الفيروسات

مفهوم الدراسات المورفولوجية:

هي دراسة الشكل الخارجي أو الظاهري للكائن وطرق تجمعه وإنتظامه في مستعمرات.

الإختلاف بين الدراسة المورفولوجية للبكتريا والفيروسات:

الدراسة المورفولوجية للبكتريا هي دراسة الشكل الظاهري للخلية البكتيرية فيما إذا كانت عصوية أو كروية أو منحنية كذلك نظام التجمع لهذه الخلايا.

الدراسة المورفولوجية للفيروسات تتضمن عدة نقاط:

1- دراسة حجم الجزيئ الفيروسي

2- دراسة التركيب الكيميائي والتركيب البنائي.

3- دراسة نظام التماثل.

أولاً دراسة أحجام الفيروسات:

1- الترشيح الفوقي

2- الطرد المركزي الفوقي.

3- الميكروسكوب الإلكتروني.

ثانياً التركيب الدقيق للفيروسات:

التركيب الكيميائي ويقصد به دراسة الحمض النووي والبروتين من الناحية الكيميائية كما سبق التنويه عنه في دراسة فيروس تبرقش أوراق الدخان.

دراسة نظام التماثل نشأت نتيجة اشارة العالمان واطسن وكريك Watson and Crick

نظراً للصغر المتناهي للفيروسات يشير إلى كمية محدودة للحمض النووي التي يمكن أن تتواجد في الحبيبة الفيروسية

هذا يؤدي إلى تكون وحدات بروتينية محدودة الشكل ومتعددة عدداً مما يساعدها في تكوين اشكال متناظرة من الوحدات البروتينية التي تتسبب في إعطاء الشكل المتماثل أو المتناظر في التركيب أو الشكل الخارجي.

أقسام الفيروسات نسبة إلى نظام التماثل:

1- الفيروسات ذات العشرون وجه أو الكروية أو المتماثلة الأبعاد:

Icosahedral viruses Spherical or Isometric viruse
· تنشأ من تجميع الوحدات المظهرية (Capsomeres)

· وجود عشرون وجه.

· كل وجه عبارة عن مثلثات منتظمة ومتساوية الأضلاع.

· له إثنى عشر ركناً.

· له ثلاثون حافة.

· له ثلاثة محاور:

· محور خماسي

· محور ثلاثي

· محور ثنائي

· منشورات خماسية Pentagons

· منشورات سداسية Hexagons

2- الفيروسات الحلزونية Helical viruses

· ذات شكل حلزوني Screw or Helical أو لولبي Spiral

· تترتب أو تنتظم الوحدات البروتينية على شكل لفات أو درجات السلم.

· وجود مجموعات أخرى على أشكال خيطية Flexous أو متعرجة ZigZag

3- الفيروسات المتباينة التماثل:

· وجود أكثر من نوع من التماثل

4- الفيروسات المغلفة:

مجموعة من الفيروسات محاطة بغلاف خارجي ينشأ من الغشاء السيتوبلازمي الخارجي لخلية العائل.

-------------------