علم الفيروسات: التاريخ ، ما يدرسه ، أنواع الفيروسات ، أمثلة - مادة الاحياء - 2025

و علم الفيروسات هو فرع من فروع علم الأحياء الذي يدرس أصل، والتطور، والتصنيف، وعلم الأمراض والتطبيقات الطبية الحيوية والتكنولوجيا الحيوية من الفيروسات. الفيروسات هي جزيئات صغيرة ، 0.01-1 ميكرومتر ، معلوماتها الجينية مخصصة فقط لتكاثرها.

يتم فك شفرة جينات الفيروسات عن طريق الآلية الجزيئية للخلية المصابة من أجل التكاثر. لذلك ، تلتزم الفيروسات بطفيليات داخل الخلايا تعتمد على وظائف التمثيل الغذائي للخلايا الحية.

المصدر: مصدر الصورة: Cynthia Goldsmith Content Provider (s): CDC / Dr. Erskine. بالمر ؛ دكتور ام ال مارتن

تتوافق المادة الجينية الأكثر وفرة على هذا الكوكب مع تلك الموجودة في الفيروسات. يصيبون الفيروسات الأخرى وجميع الكائنات الحية. لا تدافع أجهزة المناعة دائمًا بنجاح ضد الفيروسات: بعض الأمراض الأكثر تدميراً للإنسان والحيوان تسببها الفيروسات.

تشمل الأمراض الفيروسية البشرية الحمى الصفراء وشلل الأطفال والأنفلونزا والإيدز والجدري والحصبة. تشارك الفيروسات في حوالي 20٪ من السرطانات التي تصيب الإنسان. كل عام ، تقتل التهابات الجهاز التنفسي والأمعاء الفيروسية ملايين الأطفال في البلدان النامية.

بعض الفيروسات مفيدة في تصنيف البكتيريا ، كمصادر للإنزيمات ، لمكافحة الآفات ، وكعوامل مضادة للبكتيريا ، ولمكافحة السرطان ، وكناقلات جينية.

التاريخ

في أواخر القرن التاسع عشر ، قرر مارتينوس بيجرينك وديمتري إيفانوفسكي بشكل مستقل أن المرشحات الخالية من البكتيريا من نباتات التبغ المريضة تحتوي على عامل قادر على إصابة النباتات السليمة. دعا Beijerinck هذا العامل contagium vivum fluidum.

نحن نعلم الآن أن مرشحات Beijerinck و Ivanovski تحتوي على فيروس فسيفساء التبغ. أيضًا في القرن التاسع عشر ، خلص فريدريك لوفلر وبول فروش إلى أن مرض الحمى القلاعية في الماشية ناتج عن عامل غير بكتيري.

في العقد الأول من القرن العشرين ، أظهر فيلهلم إيليرمان وأولاف بانغ انتقال سرطان الدم في الدجاج باستخدام مرشحات خالية من الخلايا. سمحت هذه التجارب باستنتاج أن هناك فيروسات حيوانية يمكن أن تسبب السرطان.

في العقد الثاني من القرن العشرين ، لاحظ فريدريك تورت تحلل المكورات الدقيقة على أطباق أجار حيث كان يحاول زراعة فيروس الجدري ، بافتراض أن هذا التحلل ناجم عن فيروس أو إنزيمات البكتيريا. من جانبه ، اكتشف فيليكس دي هيريل أن العصيات المسببة للدوسنتاريا قد تم تحللها بواسطة فيروسات أطلق عليها عاثيات البكتيريا.

في عام 1960 ، حصل بيتر مدور على جائزة نوبل لاكتشافه أن الفيروسات تحتوي على مادة وراثية (DNA أو RNA).

أنواع الفيروسات

تصنف الفيروسات حسب الخصائص التي تمتلكها. هذه هي المورفولوجيا والجينوم والتفاعل مع المضيف.

التصنيف المعتمد على تفاعل الفيروس مع المضيف يعتمد على أربعة معايير: 1) إنتاج ذرية معدية. 2) ما إذا كان الفيروس يقتل المضيف أم لا ؛ 3) إذا كانت هناك أعراض سريرية ؛ 4) مدة الإصابة.

يلعب جهاز المناعة دورًا مهمًا في التفاعل بين الفيروس والمضيف لأنه يحدد تطور العدوى. وبالتالي يمكن أن تكون العدوى حادة وتحت إكلينيكية (يتم القضاء على الفيروس من الجسم) ، أو دائمة ومزمنة (لا يتم القضاء على الفيروس من الجسم).

يعتبر التصنيف القائم على اختلافات الجينوم (نظام بالتيمور) والتصنيف التصنيفي ، الذي يأخذ في الاعتبار جميع خصائص الفيروسات ، أكثر الأنظمة المستخدمة اليوم لفهرسة الفيروسات.

التصنيف على أساس التشكل

لفهم هذا التصنيف ، من الضروري معرفة الأجزاء التي يتكون منها الفيروس. تتكون الفيروسات من جينوم وقفيصة ، وقد تحتوي أو لا تحتوي على مظروف. يمكن أن يكون الجينوم DNA أو RNA ، أحادي أو مزدوج تقطعت به السبل ، خطي أو دائري.

القفيصة عبارة عن هيكل معقد يتكون من العديد من الوحدات الفرعية البروتينية الفيروسية المتماثلة ، تسمى القفيصات. وتتمثل مهمتها الرئيسية في حماية الجينوم. كما أنه يعمل على التعرف على الخلية المضيفة والالتزام بها ، وضمان نقل الجينوم إلى الخلية.

الغلاف هو الغشاء المكون من الدهون والبروتينات السكرية الذي يحيط بالقفيصة. مشتق من الخلية المضيفة. يختلف اختلافًا كبيرًا في الحجم والتشكل والتعقيد. وجود أو عدم وجود المغلفات بمثابة معيار لتصنيف الفيروسات.

يتم التعرف على ثلاث فئات من الفيروسات غير المغلفة: 1) متساوي القياس ، كروي الشكل تقريبًا (عشري الوجوه أو عشري السطوح) ؛ 2) خيطي ، مع شكل حلزون بسيط ؛ 3) معقدة بدون الأشكال السابقة. تجمع بعض الفيروسات ، مثل العاثية T2 ، بين الأشكال متساوية القياس والشكل الخيطي.

إذا كان الفيروس مغلفًا ، فيمكن أيضًا تخصيصه للفئات المورفولوجية بناءً على خصائص nucleocapsid داخل الغشاء.

التصنيف القائم على الجينوم: نظام بالتيمور

هذا التصنيف ، الذي اقترحه ديفيد بالتيمور ، يأخذ في الاعتبار طبيعة جينوم الفيروس من حيث الآلية التي يستخدمها لتكرار الحمض النووي ونسخ الحمض النووي الريبي المرسال (mRNA) لتخليق البروتين الحيوي.

في نظام بالتيمور ، تسمى الفيروسات التي يمتلك جينومها RNA نفس الإحساس مثل mRNA فيروسات ذات RNA موجب الإحساس (+) ، بينما تسمى الفيروسات التي يمتلك جينومها المعنى المعاكس (مكمل) لـ mRNA فيروسات لها RNA بالمعنى السلبي (-). تذهب فيروسات الجينوم مزدوجة الشريطة في كلا الاتجاهين.

من عيوب هذا التصنيف أن الفيروسات التي لها آليات تكرار مماثلة لا تشترك بالضرورة في خصائص أخرى.

فئات نظام بالتيمور

الفئة الأولى فيروس مع جينوم DNA مزدوج الشريطة. نسخ مشابه للخلية المضيفة.

الفئة الثانية. فيروسات ذات جينوم DNA أحادي الشريطة. يمكن أن يكون الحمض النووي من (+) و (-) قطبية. تحولت إلى ضعف تقطعت بهم السبل قبل توليف mRNA.

الفئة الثالثة. الفيروسات مع جينوم الحمض النووي الريبي مزدوج الشريطة (دسرنا). مع الجينوم المجزأ و mRNA المركب من كل جزء من قالب الحمض النووي. الإنزيمات التي تشارك في النسخ المشفر بواسطة جينوم الفيروس.

الفئة الرابعة. الفيروسات ذات جينوم الحمض النووي الريبي (ssRNA) ، القطبية (+). يسبق تخليق الرنا المرسال تخليق الخيط التكميلي. النسخ مشابه لتلك الموجودة في الفئة 3.

الفئة الخامسة فيروس مع جينوم ssRNA من المعنى المعاكس لذلك بمعنى مرنا (-). توليف mRNA الذي يتطلب إنزيمات مشفرة بالفيروس. يتطلب إنتاج أجيال جديدة من الفيروس تخليق الحمض الريبي النووي النقال الوسيط.

الفئة السادسة. فيروس مع جينوم ssRNA الذي ينتج dsDNA وسيط قبل النسخ المتماثل. يستخدم الإنزيمات التي يحملها الفيروس.

الفئة السابعة. الفيروسات التي تقوم بتكرار dsDNA الخاص بها عبر ssRNA وسيط.

التصنيف التصنيفي

أنشأت اللجنة الدولية لتصنيف الفيروسات مخططًا تصنيفيًا لتصنيف الفيروسات. يستخدم هذا النظام ترتيب التقسيمات والأسرة والعائلة الفرعية والجنس. لا يزال هناك نقاش حول تطبيق مفهوم الأنواع على الفيروسات.

المعايير المستخدمة في التصنيف التصنيفي هي نطاق المضيف والخصائص المورفولوجية وطبيعة الجينوم. بالإضافة إلى ذلك ، يتم النظر في معايير أخرى ، مثل طول ذيل العاثية (الفيروس الذي يصيب البكتيريا) ، ووجود أو عدم وجود جينات معينة في الجينومات ، والعلاقات التطورية بين الفيروسات.

مثال على هذا التصنيف هو: ترتيب Mononegavirales؛ عائلة Paramyxoviridae. فصيلة Paramyxovirinae ، جنس Morbillivirus ؛ الأنواع ، فيروس الحصبة.

أسماء العائلات والعائلات الفرعية والأجناس مستوحاة من مكان المنشأ أو المضيف أو أعراض المرض الذي ينتجه الفيروس. على سبيل المثال ، يطلق نهر الإيبولا في زائير الاسم على جنس الإيبولا. تعطي فسيفساء التبغ اسمها إلى جنس Tomabovirus.

العديد من أسماء مجموعات الفيروسات كلمات من أصل لاتيني أو يوناني. على سبيل المثال ، Podoviridae مشتق من الكلمة اليونانية podos ، والتي تعني القدم. يشير هذا الاسم إلى العاثيات قصيرة الذيل.

أمثلة على الفيروسات

فيروس الانفلونزا

يصيبون الطيور والثدييات. لديهم مورفولوجيا متنوعة ، مع مغلف. جينوم الحمض النووي الريبي الذي تقطعت به السبل. ينتمون إلى الفئة الخامسة في بالتيمور وإلى عائلة Orthomyxoviridae.

تنتمي فيروسات الأنفلونزا إلى هذه العائلة. تحدث معظم حالات الإنفلونزا بسبب فيروسات الأنفلونزا أ ، وتحدث الفاشيات التي تسببها فيروسات الإنفلونزا ب كل 2-3 سنوات. تلك التي تنتجها فيروسات الإنفلونزا C أقل تواترا.

تسبب فيروس الإنفلونزا أ في أربعة أوبئة: 1) الأنفلونزا الإسبانية (1918-1919) ، وهي نوع فرعي من فيروس H1N1 مجهول المصدر. 2) الأنفلونزا الآسيوية (1957-1958) ، النوع الفرعي H2N2 ، من الطيور ؛ 3) أنفلونزا هونغ كونغ (1968-1969) ، النوع الفرعي H3N3 ، من الطيور ؛ 4) أنفلونزا الخنازير (2009-2010) ، النوع الفرعي H1N1 ، من أصل الخنازير.

كان الوباء الأكثر تدميرا هو الانفلونزا الاسبانية. لقد قتلت أشخاصًا أكثر من الحرب العالمية الأولى.

يأتي الحرفان H و N من غشاء بروتينات سكرية هيماجلوتينين ونورامينيداز ، على التوالي. توجد هذه البروتينات السكرية في مجموعة كبيرة ومتنوعة من أشكال المستضدات وتشارك في المتغيرات الجديدة.

ريتروفيروس

تصيب الثدييات والطيور والفقاريات الأخرى. شكل كروي ، مع مغلف. جينوم الحمض النووي الريبي الذي تقطعت به السبل. ينتمون إلى فئة بالتيمور السادسة وعائلة Retroviridae.

ينتمي فيروس نقص المناعة البشرية (HIV) ، جنس Lentivirus ، إلى هذه العائلة. يتسبب هذا الفيروس في تلف الجهاز المناعي للشخص المصاب ، مما يجعله عرضة للإصابة بالبكتيريا والفيروسات والفطريات والأوليات. يُعرف المرض الذي يسببه فيروس نقص المناعة البشرية باسم متلازمة نقص المناعة المكتسب (الإيدز).

الأجناس الأخرى التي تنتمي إلى Retroviridae تسبب أيضًا أمراضًا خطيرة. على سبيل المثال: Spumavirus (فيروس رقيق القرد) ؛ Epsilonretrovirus (فيروس ساركوما الجلد الولي) ؛ Gammaretrovirus (فيروس ابيضاض الدم في الفئران ، فيروس ابيضاض الدم لدى القطط) ؛ فيروس بيتاريتروفيروس (فيروس ورم الثدي في الفئران) ؛ و Alpharetrovirus (فيروس ساركوما روس).

فيروس الهربس

يصيب الثدييات والطيور والفقاريات ذوات الدم البارد. مورفولوجيا الفيروس: كبسولة عشرية الوجوه ، مع غلاف. جينوم DNA مزدوج الشريطة. إنهم ينتمون إلى الفئة الأولى في بالتيمور وإلى رتبة فيروس الهربس.

بعض الأعضاء هم: فيروس الهربس البسيط 2 (يسبب الهربس التناسلي) ؛ الفيروس المضخم للخلايا البشرية (يسبب تشوهات خلقية) ؛ هربس KaposiB ^™ ق غرن (تسبب ساركوما كابوزي)؛ فيروس EpsteinBƂBarr أو EBV (يسبب الحمى الغدية والأورام).

الفيروسات التي تسبب شلل الأطفال والفيروسات الأخرى ذات الصلة

يصيب الثدييات والطيور. مورفولوجيا الفيروس: متساوي القياس أو عشري الوجوه. جينوم الحمض النووي الريبي الذي تقطعت به السبل. ينتمون إلى فئة بالتيمور الرابعة وعائلة Picornaviridae.

بعض الأجناس من هذه العائلة هي: Hepatovirus (يسبب التهاب الكبد A). الفيروس المعوي (يسبب شلل الأطفال) ؛ Aphthovirus (يسبب مرض الحمى القلاعية).

الفيروسات التي تسبب داء الكلب والفيروسات ذات الصلة

تصيب الثدييات والأسماك والحشرات والنباتات. مورفولوجيا حلزونية ، مع مغلف. جينوم الحمض النووي الريبي الذي تقطعت به السبل. ينتمون إلى الفئة الخامسة في بالتيمور وإلى عائلة Rhabdoviridae.

تنتمي الفيروسات المسببة لأمراض مثل داء الكلب التي يسببها جنس Lyssavirus إلى هذه العائلة ؛ التهاب الفم الحويصلي ، الناجم عن جنس الفيروس الحويصلي. والبطاطا القزمة الصفراء ، التي يسببها جنس Novirirhabdovirus.

فيروس يسبب احمرار معدية

يصيب الثدييات والطيور والحشرات. التشكل عشري الوجوه متماثل. جينوم الحمض النووي أحادي الجديلة. ينتمون إلى الفئة الثانية في بالتيمور وإلى عائلة Parvoviridae.

أحد أفراد هذه العائلة هو فيروس B19 ، الذي ينتمي إلى جنس Erithrovirus ، والذي يسبب الحمى الحمراء المعدية في البشر ، والتي عادة لا تظهر أعراضًا. يصيب فيروس B19 الخلايا الأولية لخلايا الدم الحمراء.

يتم استخدام بعض أعضاء Parvoviridae كناقلات جينية.

تطبيقات الفيروسات

يمكن استخدام الفيروسات لمنفعة الإنسان عن طريق تكوين فيروسات مؤتلفة. لديهم جينوم تم تعديله بواسطة تقنيات البيولوجيا الجزيئية.

من المحتمل أن تكون الفيروسات المؤتلفة مفيدة للعلاج الجيني ، والغرض منه علاج أمراض معينة ، أو إنتاج لقاحات.

تم استخدام فيروس نقص المناعة البشرية لبناء ناقلات الجينات (ناقلات الفيروسة البطيئة) للعلاج الجيني. وقد ثبت أن هذه النواقل فعالة في النماذج الحيوانية لمرض صبغة الشبكية الظهارية ، مثل التهاب الشبكية الصباغي الناجم عن الوراثة المتنحية الجسدية أو الطفرات.

يجب أن يكون للفيروسات المستخدمة كناقلات لقاح إمكانات مُمْرضة منخفضة. تم التحقق من ذلك باستخدام نماذج حيوانية. هذه هي حالة اللقاحات المطورة أو قيد التطوير ضد فيروسات الجدري والتهاب الفم الحويصلي والإيبولا.

المراجع

1. كارتر ، جي بي ، سوندرز ، فيرجينيا 2013. علم الفيروسات: المبادئ والتطبيقات. وايلي ، تشيتشستر.
2. Dimmock، NJ، Easton، AJ، Leppard، KN 2007. مقدمة في علم الفيروسات الحديث. بلاكويل مالدن.
3. فلينت ، ج. ، راكانييلو ، في آر ، رال ، جي إف ، سكالكا ، إيه إم ، إنكويست ، إل دبليو 2015. مبادئ علم الفيروسات. الجمعية الأمريكية لعلم الأحياء الدقيقة ، واشنطن.
4. هال ، ر. 2009. علم الفيروسات المقارن. إلسفير ، أمستردام.
5. Louten، J. 2016. علم الفيروسات البشري الأساسي. إلسفير ، أمستردام.
6. ريتشمان ، دي دي ، وايتلي ، آر جي ، هايدن ، إف جي 2017. علم الفيروسات السريرية. الجمعية الأمريكية لعلم الأحياء الدقيقة ، واشنطن.
7. فويفودين ، AF ، ماركس ، بنسلفانيا ، الابن 2009. علم الفيروسات القرود. وايلي بلاكويل ، أميس.
8. Wagner، EK، Hewlett، MJ، Bloom، DC، Camerini، D. 2008. علم الفيروسات الأساسي. بلاكويل مالدن.