וירולוגיה: היסטוריה, מה היא חוקרת, סוגי וירוסים, דוגמאות - ביולוגיה - 2025

וירולוגיה הוא ענף של הביולוגיה החוקר את מוצאם, אבולוציה, סיווג, פתולוגיה יישומים ביו וביוטכנולוגיות של וירוסים. נגיפים הם חלקיקים קטנים, 0.01–1 מיקרומטר, שהמידע הגנטי שלהם מיועד אך ורק לשכפול שלהם.

הגנים של הנגיפים מפוענחים על ידי המנגנון המולקולרי של התא הנגוע לצורך כפל. לכן וירוסים מחייבים טפילים תאיים תלויים בתפקודים המטבוליים של תאים חיים.

מקור: קרדיט צילום: ספקי תוכן של סינתיה גולדסמית: CDC / ד"ר ארסקין. ל 'פאלמר; ד"ר מ"ל מרטין

החומר הגנטי השופע ביותר על פני כדור הארץ תואם לזה של נגיפים. הם מדביקים וירוסים אחרים וכל היצורים החיים. מערכות חיסון לא תמיד מגנות בהצלחה מפני נגיפים: חלק מהמחלות ההרסניות ביותר של בני אדם ובעלי חיים נגרמות על ידי נגיפים.

מחלות נגיפיות אנושיות כוללות קדחת צהובה, פוליו, שפעת, איידס, אבעבועות שחורות וחצבת. נגיפים מעורבים בכ- 20% ממקרי הסרטן האנושיים. מדי שנה, דלקות ויראליות בדרכי הנשימה והמעיים הורגות מיליוני ילדים במדינות מתפתחות.

ישנם וירוסים שמועילים בהקלדת חיידקים, כמקור לאנזימים, להדברת מזיקים, כחומרים אנטיבקטריאליים, למאבק בסרטן וככתבי גנים.

הִיסטוֹרִיָה

בסוף המאה ה -19, מרטינוס ביירינק ודמיטרי איבנובסקי קבעו באופן עצמאי כי פילטרים נטולי חיידקים מצמחי טבק חולים מכילים סוכן המסוגל להדביק צמחים בריאים. Beijerinck קרא לסוכן זה contagium vivum fluidum.

אנו יודעים כעת כי הפילטר של Beijerinck ואיבנובסקי הכיל את נגיף הפסיפס של הטבק. כמו כן, במאה ה -19 סיכמו פרידריך לופלר ופול פרוש ש- FMD בבקר נגרם על ידי סוכן שאינו חיידקי.

בעשור הראשון של המאה ה -20 הדגימו ויללהם אלרמן ואולאף באנג את העברת הלוקמיה בתרנגולות, באמצעות פילטרים נטולי תאים. ניסויים אלה אפשרו להסיק שיש וירוסים מהחי שיכולים לגרום לסרטן.

בעשור השני של המאה ה -20, פרדריק טווורט צפה בתמונת המיקרוקוקים על צלחות אגר בהן ניסה לטפח את נגיף האבעבועות השחורות, בהנחה שהמחלה נגרמה על ידי נגיף או על ידי אנזימים של חיידקים. מצידו, פליקס ד'ארל גילה כי הביצילים הגורמים לדיזנטריה הומתו על ידי וירוסים שכינה בקטריופאגים.

בשנת 1960 קיבל פיטר מדואר את פרס נובל על כך שגילה כי נגיפים מכילים חומר גנטי (DNA או RNA).

סוגי וירוסים

נגיפים מסווגים לפי המאפיינים שיש להם. אלה המורפולוגיה, הגנום והאינטראקציה עם המארח.

הסיווג המבוסס על אינטראקציה של הנגיף עם המארח מבוסס על ארבעה קריטריונים: 1) ייצור של צאצאים זיהומיים; 2) האם הנגיף הורג את המארח או לא; 3) אם יש תסמינים קליניים; 4) משך ההדבקה.

מערכת החיסון ממלאת תפקיד חשוב באינטראקציה בין הנגיף והמארח מכיוון שהיא קובעת את התפתחות הזיהום. כך הזיהום יכול להיות חריף ותת-קליני (הנגיף מחוסל מהגוף), או מתמשך וכרוני (הנגיף לא מחוסל מהגוף).

סיווג המבוסס על הבדלים בגנום (מערכת בולטימור) ומיון טקסונומי, הלוקח בחשבון את כל מאפייני הנגיפים, הם המערכות המשמשות כיום לקטלוג וירוסים.

סיווג מבוסס על מורפולוגיה

כדי להבין סיווג זה יש לדעת את החלקים המרכיבים וירוס. נגיפים מורכבים מגנום וקפסיד, וייתכן כי אין להם מעטפה. הגנום יכול להיות DNA או RNA, יחיד או כפול גדילי, ליניארי או מעגלי.

הקפסיד הוא מבנה מורכב המורכב ממספר יחידות תת-חלבון ויראליות זהות, הנקראות קפומדרות. תפקידו העיקרי הוא להגן על הגנום. זה משמש גם להכרה וקישור לתא המארח, ולהבטחת הובלת הגנום לתא.

המעטפה היא הממברנה המורכבת מליפידים וגליקופרוטאינים העוטפים את הקפסיד. זה נגזר מהתא המארח. זה משתנה במידה ניכרת בגודלו, מורפולוגיה ומורכבותו. נוכחות או מעטפות של מעטפות משמשות אמת מידה לסיווג הנגיף.

מוכרות שלוש קטגוריות של נגיפים לא עטופים: 1) איזומטרי, צורת כדוריות בערך (icosahedrons או icosadeltahedrons); 2) נימה, עם צורת סליל פשוטה; 3) מורכב, ללא הטפסים הקודמים. וירוסים מסוימים, כמו בקטריופאג 'T2, משלבים צורות איזומטריות וחוטניות.

אם הנגיף עוטף, ניתן להקצות אותם גם לקטגוריות מורפולוגיות על סמך המאפיינים של נוקלאוקפסיד בתוך הממברנה.

סיווג מבוסס גנום: מערכת בולטימור

סיווג זה, שהוצע על ידי דייוויד בולטימור, שוקל את אופיו של הגנום בנגיף מבחינת המנגנון בו הוא משתמש בכדי לשכפל חומצה גרעינית ולהעתיק RNA Messenger (mRNA) לביוסינתזה של חלבון.

במערכת בולטימור, וירוסים שלגנום ה- RNA שלהם יש את אותו המובן לזה של mRNA נקראים וירוסים עם RNA עם חוש חיובי (+), ואילו ווירוסים שלגנום שלהם יש את המובן ההפוך (המשלים) ל- mRNA נקראים וירוסים עם חוש שלילי RNA (-). נגיפי גנום דו-חוטיים עוברים לשני הכיוונים.

החיסרון של סיווג זה הוא שנגיפים שיש להם מנגנוני שכפול דומים אינם בהכרח חולקים מאפיינים אחרים.

שיעורי מערכת בולטימור

וירוס מחלקה I. וירוס עם גנום DNA דו-חוטים. שעתוק דומה לזה של התא המארח.

כיתה ב '. וירוסים עם גנום DNA חד-גדילי. ה- DNA יכול להיות בעל (+) ו- (-) קוטביות. הומר להמרה כפולה לפני סינתזת mRNA.

כיתה ג. וירוסים עם גנום RNA דו-חוטים (dsRNA). עם הגנום המפולח וה- mRNA מסונתז מכל קטע בתבנית ה- DNA. אנזימים המשתתפים בתמלול המקודד על ידי הגנום של הנגיף.

כיתה ד. וירוסים עם גנום RNA יחיד תקוע (ssRNA), קוטביות (+). סינתזה של mRNA קודמת לסינתזה של הגדיל המשלים. התעתיק דומה לזה של כיתה 3.

וירוס מחלקה V. עם גנום ssRNA בעל המובן ההפוך לזה של תחושת mRNA (-). סינתזה של mRNA הדורש אנזימים מקודדי וירוסים. ייצור דורות חדשים של הנגיף מחייב סינתזה של dsRNA ביניים.

כיתה ו '. וירוס עם גנום ssRNA המייצר dsDNA ביניים לפני שכפול. הוא משתמש באנזימים שהנגיף נושא.

כיתה ז. וירוסים המשכפלים את ה- dsDNA שלהם באמצעות ssRNA ביניים.

סיווג טקסונומי

הוועדה הבינלאומית לטקסונומיה של נגיפים הקימה תוכנית טקסונומית לסיווג וירוסים. מערכת זו משתמשת בסדר החלוקה, במשפחה, בתת-משפחה ומגדר. עדיין יש ויכוח לגבי יישום תפיסת המין על נגיפים.

הקריטריונים המשמשים לסיווג הטקסונומי הם טווח מארחים, מאפיינים מורפולוגיים ואופי הגנום. בנוסף, קריטריונים אחרים נחשבים, כמו אורך זנב הפאג '(וירוס המדביק חיידקים), נוכחותם או היעדרם של גנים מסוימים בגנום, וקשרים פילוגנטיים בין נגיפים.

דוגמה לסיווג זה היא: הזמינו Mononegavirales; משפחה Paramyxoviridae; תת-משפחתית Paramyxovirinae, הסוג מורביליווירוס; מינים, נגיף חצבת.

שמות המשפחות, תת-המשפחות והז'אנרים בהשראת מקום המוצא, המארח או תסמיני המחלה שהנגיף מייצר. לדוגמה, נהר האבולה בזאייר נותן את השם לסוג האבולה; פסיפס הטבק נותן את שמו לסוג טומאבובירוס.

שמות רבים בקבוצות הנגיפים הם מילים ממוצא לטיני או יווני. לדוגמה, Podoviridae, נגזר מהפודוס היווני שמשמעותו כף רגל. שם זה מתייחס לפאגים קצרי זנב.

דוגמאות לנגיפים

נגיף שפעת

הם מדביקים ציפורים ויונקים. יש להם מורפולוגיה מגוונת, עם מעטפה. גנום RNA יחיד תקוע. הם שייכים למחלקה V של בולטימור ולמשפחה Orthomyxoviridae.

נגיפי שפעת שייכים למשפחה זו. מרבית המקרים של שפעת נגרמים על ידי נגיפי שפעת A. התפרצויות הנגרמות על ידי נגיפי שפעת B מתרחשות כל 2-3 שנים. אלו המיוצרים על ידי נגיפי שפעת C נפוצים פחות.

נגיף השפעת A גרם לארבע מגיפות: 1) שפעת ספרדית (1918–1919), סוג משנה של נגיף H1N1 ממקור לא ידוע; 2) שפעת אסייתית (1957–1958), סוג H2N2, ממוצא עופות; 3) שפעת בהונג קונג (1968–1969), סוג H3N3, ממוצא עופות; 4) שפעת החזירים (2009–2010), סוג משנה H1N1, ממקור חזירים.

המגיפה ההרסנית ביותר הידועה נגרמה על ידי שפעת ספרדית. זה הרג יותר אנשים ממלחמת העולם הראשונה.

האותיות H ו- N מגיעות מהגלוקופרוטאינים הממברניים המנגגלוטינין והנוירמינידאז, בהתאמה. גליקופרוטאינים אלה קיימים במגוון גדול של צורות אנטיגניות ומעורבים בגרסאות חדשות.

Retrovirus

הם מדביקים יונקים, ציפורים וחולייתנים אחרים. מורפולוגיה כדורית, עם מעטפה. גנום RNA יחיד תקוע. הם שייכים לשיעור בולטימור VI ובני משפחת Retroviridae.

נגיף הכשל החיסוני האנושי (HIV), הסוג לנטיוס וירוס, שייך למשפחה זו. נגיף זה גורם לפגיעה במערכת החיסון של האדם הנגוע, והופך אותו לרגיש לזיהום על ידי חיידקים, נגיפים, פטריות ופרוטוזות. המחלה הנגרמת על ידי HIV ידועה בשם תסמונת ליקוי חיסוני (AIDS).

ז'אנרים אחרים השייכים ל Retroviridae גורמים גם למחלות קשות. לדוגמא: וירוס ספומא (וירוס פלאפי סימיאן); Epsilonretrovirus (נגיף סרקומה dermal Walleye); Gammaretrovirus (נגיף לוקמיה במוח, נגיף לוקמיה בחתוליות); Betaretrovirus (נגיף גידולי החלב בקיר); ו- Alpharetrovirus (נגיף סרקומה Rous).

נגיף הרפס

זה מדביק יונקים, עופות וחולייתנים בעלי דם קר. מורפולוגיה של הנגיף: קפסולת איקוסאהדרלה, עם מעטפה. גנום DNA דו-חוטים. הם שייכים לשיעור הראשון של בולטימור ולסדר הרפסוויראלי.

חלק מהחברים הם: נגיף הרפס סימפלקס 2 (גורם להרפס באיברי המין); ציטומגלובירוס אנושי (גורם למומים מולדים); סרקומה של הרפסvirus KaposiB ^™ (גורם לסרקומה של קפוסי); נגיף EpsteinBƂBarr או EBV (גורם לחום וגידולים בבלוטות).

נגיפים הגורמים לפוליו ווירוסים קשורים אחרים

זה מדביק יונקים וציפורים. מורפולוגיה של הנגיף: איזומטרי או איקוסאהדרלה. גנום RNA יחיד תקוע. הם שייכים למחלקה הרביעית בבולטימור ומשפחת פיקורנווירידה.

כמה סוגים ממשפחה זו הם: נגיף הפטובירוס (גורם לפטיטיס A); אנטי-וירוס (גורם לפוליו-מיאליטיס); Aphthovirus (גורם למחלות פה ופה).

נגיפים הגורמים לכלבת ונגיפים קשורים

הם מדביקים יונקים, דגים, חרקים וצמחים. מורפולוגיה סלילית, עם מעטפה. גנום RNA יחיד תקוע. הם שייכים לשיעור V של בולטימור ולמשפחת Rhabdoviridae.

הנגיפים הגורמים למחלות כמו כלבת, הנגרמת על ידי הנגיף ליסאווי, שייכים למשפחה זו; סטומטיטיס שלפוחית, הנגרמת על ידי הסוג Vesiculovirus; ותפוח האדמה הגמדי הצהוב, הנגרם על ידי הסוג נוביריראבדווירוס.

וירוס הגורם לאריתמוזה זיהומית

זה מדביק יונקים, ציפורים וחרקים. מורפולוגיה סימטרית של איקוסאהדרלה. גנום DNA חד-גדילי. הם שייכים למחלקה השנייה של בולטימור ולמשפחת Parvoviridae.

אחד מבני המשפחה הזה הוא נגיף B19, השייך לסוג Erithrovirus, הגורם לאריתמוזה זיהומית אצל בני אדם, שלרוב לא מייצרת תסמינים. נגיף B19 מדביק את תאי המבשר של כדוריות הדם האדומות.

חלק מחברי Parvoviridae משמשים כקטורי גנים.

יישומי וירוס

ניתן להשתמש בנגיפים לטובת האדם על ידי בניית נגיפים רקומביננטיים. יש להם גנום שעבר שינוי בטכניקות ביולוגיה מולקולרית.

וירוסים רקומביננטיים עשויים להיות מועילים לטיפול בגנים שמטרתם לרפא מחלות ספציפיות או לייצור חיסונים.

HIV שימש לבניית וקטורי גנים (וקטורים עדשים) לטיפול גנטי. וקטורים אלה הוכחו כיעילים במודלים של בעלי חיים של מחלת אפיתל של פיגמנט הרשתית, כמו למשל רטיניטיס פיגמנטוזה הנגרמת כתוצאה מירושה או מוטציה רצסיבית אוטוסומלית.

נגיפים המשמשים כווקטורי חיסון צריכים להיות בעלי פוטנציאל פתוגני נמוך. זה מאומת באמצעות מודלים של בעלי חיים. זהו המקרה של חיסונים שפותחו או בהתפתחות נגד נגיפי אבעבועות שחורות, דלקת בטן שלפוחית ​​ואבולה.

הפניות

1. Carter, JB, Saunders, VA 2013. Virology: עקרונות ויישומים. וויילי, צ'יצ'סטר.
2. Dimmock, NJ, Easton, AJ, Leppard, KN 2007. מבוא לוויראולוגיה מודרנית. בלקוול מלדן.
3. פלינט, ג ', Racaniello, VR, Rall, GF, Skalka, AM, Enquist, LW 2015. עקרונות הוויראולוגיה. האגודה האמריקאית למיקרוביולוגיה, וושינגטון.
4. Hull, R. 2009. וירולוגיה צמחית השוואתית. Elsevier, אמסטרדם.
5. Louten, J. 2016. וירולוגיה אנושית חיונית. Elsevier, אמסטרדם.
6. Richman, DD, Whitley, RJ, Hayden, FG 2017. Virology Clinical. האגודה האמריקאית למיקרוביולוגיה, וושינגטון.
7. Voevodin, AF, Marx, PA, Jr. 2009. Virian Simian. וויילי-בלקוול, איימס.
8. וגנר, א.כ., היולט, מ.ג., בלום, די.סי., קמריני, ד. 2008. וירולוגיה בסיסית. בלקוול מלדן.