ویروس شناسی یا virology یکی از شاخه‌های مهم میکروبیولوژی است که پزشکان و متخصصان حوزه‌ی سلامت آن را فرا می‌گیرند. در این مقاله از تریتا به مقدمات ویروس شناسی می‌پردازیم و در مورد تعریف ویروس، منشا انواع ویروس و سیستم‌های نام‌گذاری و طبقه بندی ویروس‌ها توضیح می‌دهیم.
تعریف کلی ویروس در علم ویروس شناسی چیست؟
ویروس‌ها انگل‌های اجباری درون سلولی هستند که اندازه‌ی بسیار کوچکی دارند؛ عفونت‌زا بوده و در سلول میزبان تکثیر پیدا می‌کنند. ویروس‌ها میکروارگانیسم‌هایی با اندازه‌هایی بسیار کوچک‌اند (بزرگ‌ترین ویروس‌ها از خانواده‌ی poxvirusها هستند با اندازه‌ای در حدود ۴۰۰ نانومتر)، که اجزا و مطالعات بر روی اشکال آن تنها با میکروسکوپ الکترونی امکان‌پذیر است.
ویروس‌ها موجوداتی زنده یا مرده هستند؟!
برای ویروس لفظ فعال و غیرفعال به جای زنده و مرده استفاده می‌شود. فعال زمانی که در سلول میزبان فعالیت حیاتی دارند و غیر فعال زمانی که فعالیتی ندارند.
Origin و منشا ویروس‌ها در علم ویروس شناسی چیست؟
Origin ویروس‌ها از نظر تکامل مشخص نیست. بعضی از ویروس‌ها DNA دار و ژنوم بعضی دیگر RNA می‌باشد و بعضی دیگر در حالت تکثیر هم DNA و هم RNA تولید می‌کنند. بنابراین هرکدام از ویروس‌ها می‌توانند از نظر منشا و ریشه تکاملی با یکدیگر متفاوت باشند.
به طور کلی دو تئوری در رابطه با origin یا منشا ویروس‌ها مطرح می‌شود:
- در نظریه‌ی اول ویروس‌ها ممکن است از اسید نوکلئیک درون سلولی منشا شده باشند که در ادامه توانسته‌اند به طور مستقل قدرت تکثیر پیدا کنند. زیرا بعضی از قسمت‌های ژنوم این ویروس‌ها مشابه قسمت‌هایی از ژنوم میزبان می‌باشد که قدرت تکثیر مستقل دارند و یا اینکه بعضی از قسمت‌های DNA کاملا شبیه DNA سلول میزبان است. به طور کلی تئوری اول دلالت بر منشا گرفتن ویروس‌ها از یک DNA یا RNA درون سلولی می‌کند.
- در نظریه‌ی دوم، ویروس‌ها ممکن است اشکال دژنره شده‌ای از انگل‌های درون‌سلولی باشند. البته مدرکی مبنی بر به‌وجود آمدن ویروس‌ها از باکتری‌ها وجود ندارد (از دست‌دادن قدرت تقسیم خودبه‌خود و استقلال‌زیستی). این فرضیه در مورد کلامیدیا‌ها و ریکتسی‌ها برخلاف ویروس‌ها موجود می‌باشد. Poxvirusها که جزو بزرگ‌ترین ویروس‌هایDNA دار محسوب می‌شوند و اطلاعات ژنتیکی زیادی دارند، با توجه به بعضی ویژگی‌های آن‌ها ممکن است به فرم دژنره یک ارگانیسم شباهت داده شوند.
DNA و RNA برای ورود به سلول نیازمند ساختارهای به خصوصی هستند. DNA و RNA ویروس در پوشش پروتئینی به نام capsid قرار می‌گیرند که وظیفه‌ی اولیه‌ی این پوشش، اتصال به سلول میزبان است (و نیز از ماده‌ی ژنتیکی محافظت می‌کند). بعضی از ویروس‌ها ممکن است همراه خود آنزیم یا پروتئینی داشته باشند. به مجموعه‌ی capsid و نوکئیک اسید، Nucleocapsid دی‌ان‌ای و آر‌ان‌ای گفته می‌شود. ویروس‌هایی که تنها از Nucleocapsid تشکیل شده‌اند و پوشش دیگری ندارند ویروس برهنه (Naked capsid virus) نیز نامیده می‌شود.
تکثیر ویروس‌ها به چه شکلی است؟
برای تکثیر ویروس‌ها، وجود ماده‌ی ژنتیکی کافیست اما ویروس‌ها به تنهایی نمی‌توانند وارد سلول میزبان شوند. گروه دیگر ویروس‌ها زمانی که قصد خارج شدن از سلول میزبان را دارند کنار غشای میزبان قرار گرفته و همانند پدیده‌ی جوانه زدن خارج می‌شوند. بنابراین در اطراف Nucleocapsid، یک غشای دو لایه از جنس غشای میزبان قرار می‌گیرد که اصطلاحا به این غشا envelop گفته می‌شود. envelopها در ویروس دارای زائده‌های خار مانند از جنس گلیکوپروتئین به نام spike یا peplomer هستند. مهم‌ترین وظیفه‌ی peplomer اتصال به سلول میزبان است. باید توجه داشت که جنس envelop، هم‌جنس غشای میزبان یعنی همان فسفولیپید است.
هر دو capsid و peplomer خاصیت آنتی‌ژنیک دارند و می‌توانند پاسخ سیستم ایمنی میزبان را تحریک کنند. داشتن envelop به ویروس این اجازه را می‌دهد تا بدون فروپاشی سلول میزبان تکثیر شود؛ در حالی که ویروس‌های بدون envelop (برهنه) برای خارج شدن و تکثیر، سلول را منهدم می‌کنند. هر envelop حداقل دارای یک peplomer می‌باشد که مهم‌ترین وظیفه آن اتصال است.
سه نوع تقارن در ویروس‌ها در مقدمات ویروس شناسی
توضیحاتی در قسمت‌های قبل در مورد capsid داده شد. Capsidها متقارن هستند و براساس این تقارن ویروس‌ها به سه شکل دیده می‌شوند:
تقارن کوبیک (icosahedron pattern)
از ۲۰ وجه تشکیل شده از یک مثلث متساوی‌الاضلاع و ۱۲ راس است. از آنجایی که ۲۰ وجهی یک شکل متقارن می‌باشد، دارای محورتقارن چرخشی است. برای ۲۰ وجهی ۳ محورتقارن چرخشی تعریف می‌شود: محور تقارن ۵ از وسط راس گذشته و شکل را در پنج وضعیت چرخشی به حالت تقارن در می‌آورد. محور تقارن ۳ از وسط وجه گذشته و شکل را در سه وضعیت چرخشی به حالت تقارن در می‌آورد. محور تقارن ۲ از وسط راس گذشته و شکل را در دو وضعیت فضایی به حالت تقارن در می‌آورد. نکته‌ی مهم اینکه در تقارن کوبیک امکان تشکیل کپسید توخالی وجود دارد.
تقارن مارپیچی
در این تقارن تک تک واحدهای کپسید در ارتباط با نوکلئیک‌اسید هستند و آن را حول محوری می‌چرخانند و تقارنی مارپیچی ایجاد می‌شود. مثل ویروس موزاییک توباکو. در این حال نمی‌توان کپسومرها را به راحتی از نوکلئیک‌اسید جدا کرد و احتمال تشکیل کپسید تو خالی وجود ندارد. در این تقارن، طول مارپیچ تحت کنترل نوکلئیک‌اسید است.
تقارن کمپلکس
وقتی در زیر میکروسکوپ تقارن‌ها به دو شکل قبلی نباشند، می‌گوییم تقارن کمپلکس داریم. مثل خانواده پاکس‌ویروس که به شکل آجری دیده می‌شوند و دارای یک نوکلئوکپسید دمبلی شکل در وسط هستند و یک envelop چند لایه دارند.
طبقه بندی ویروس‌ها در مقدمات ویروس شناسی چیست؟
- مورفولوژی یا خصوصیت ساختمانی:
- تقارن:
- ۲۰وجهی (icosahedral)
- مارپیچی (helical)
- پیچیده (complex)
- envelope یا non-envelope
- تعداد کپسومر
- وجود یا عدم وجود spike یا peplomer
- تقارن:
- نوع و ویژگی‌های نوکلئوئیک اسید:
- حاوی DNA یا RNA
- حاوی ژنوم خطی (liner) یا حلقوی (circular)
- حاوی ژنوم تک رشته‌ای (single-stranded) یا دو رشته‌ای (double-stranded)
- (ssDNA یا ssRNA مخفف ژنوم تک رشته‌ای و dsDNA یا dsRNA مخفف ژنوم دو رشته‌ای است)
- (RNA در حالت تک رشته‌ای دارای ویژگی‌های دیگری نیز می‌شود؛ به‌طوری که ممکن است RNA از نظر توالی با mRNA سلول شباهت داشته باشد که اصطلاحا به آن پولاریته یا قطبیت یا sense مثبت می‌گویند یا از نظر توالی مکمل mRNA باشد که در این حالت اصظلاح پولاریته یا قطبیت یا sense منفی به آن اطلاق می‌شود.)
- حاوی RNA یکنواخت (none-segmented) یا قطعه قطعه (segmented) است که هر قطعه حاوی اطلاعات ژنتیکی می‌باشد.
سیستم جهانی طبقه بندی ویروس‌ها چیست؟
خانواده: ویروس‌هایی که در یک خانواده قرار دارند از لحاظ ساختمانی، تا حد زیادی از نظر ساختمان ژنی و استراتژی تکثیر مشابه هم هستند. پسوند خانواده در ویروس‌ها -viridae می‌باشد مانند Herpesviridae و یا Adenoviridae
جنس: معمولا براساس خواص بیولوژیک، خواص ژنومیک، خواص فیزیکوشیمیایی، تفاوت‌های آنتی‌ژنیک وسرولوژیک تقسیم می‌شوند و معیارهای تقسیم ویروس‌ها به جنس در خانواده‌های مختلف می‌تواند تا حدی متفاوت باشند. پسوند جنس در ویروس‌ها virus می‌باشد مانند Enthro-virus
بسیار مفید و مختصر