تركيب وشكل الفيروس تحت المجهر وكيفية تصنيف الفيروسات

الفيروس هو أصغر كائن مُعدي ومسبب للأمراض تم اكتشافه حتى الآن، وهو كائن طفيلي لا يمكنه العيش إلا داخل الخلايا الحية لأنه ليس لديه نشاط أيضي (ليس لديه تمثيل غذائي).

هذا المقال هو شرح مفصل بطريقة بسيطة لتركيب الفيروس والأشكال المختلفة للفيروسات تحت المجهر (الإلكتروني) وكيفية تكاثر الفيروس والتصنيفات المختلفة لأنواعه.

يمكن للفيروسات أن تصيب جميع الكائنات الحية في الطبيعة (ليس فقط الإنسان)، فمثلاً:

البكتيريوفاج هو فيروس بكتيري يصيب البكتيريا ويجعلها تعمل لصالحه.
الفيروسات النباتية: تشمل الفيروسات الكاملة وأشباه الفيروسات.
الفيروسات الحيوانية: تصيب الحشرات أو الفقاريات بما في ذلك الإنسان.

تختلف الفيروسات عن البكتيريا فيما يلي:

1. الفيروسات صغيرة الحجم جداً ويتراوح حجمها بين 20-300 نانومتر. لذلك:

لا يمكن رؤيتها إلا تحت المجهر الإلكتروني (باستثناء فيروسات الجدري).
يمكنهم المرور عبر المرشحات البكتيرية.
يحتاج إلى الطرد المركزي الفائق من أجل الفصل والترسيب.

2. تحتوي الفيروسات على نوع واحد فقط من الأحماض النووية (DNA أو RNA)، وليس كلاهما.

3. الفيروسات طفيليات إلزامية داخل الخلايا (لا يمكنها التكاثر إلا داخل الخلايا الحية) ولا يمكنها الانقسام عن طريق الانشطار الثنائي.

4. لا يمكن عمل مزرعة للفيروسات في المختبرعلى وسائط الزرع الاصطناعية (التي تستخدم لمزارع البكتيريا)؛ ومع ذلك، يمكن زراعتها على مزارع الأنسجة الحية.

5. لا تتأثر الفيروسات بالمضادات الحيوية المضادة للبكتيريا.

هيكل وتكوين الفيروسات

يتكون جسيم الفيروس الكامل النموذجي، الذي يسمى الفيريون (Virion)، من جينوم (المادة الوراثية - الحمض النووي) وهو إما DNA أو RNA، محاطًا بقفيصة (غلاف بروتيني).

يُطلق على الحمض النووي والغلاف البروتيني اسم القفيصة النووية.

بعض الفيروسات، التي تسمى الفيروسات المغلفة، لها غلاف خارجي يحتوي على الدهون في حين أن البعض الآخر غير مغلف (مجرد/عاري) (الشكل 1).

الشكل 1: مكونات جسيم الفيروس الكامل "Virion"

الحمض النووي الفيروسي (الجينوم)

هي المادة الوراثية للفيروس، والتي قد تكون إما RNA أو DNA.

معظم فيروسات الحمض النووي DNA ثنائية السلسلة (تحتوي شريطين متناظرين من الحمض النووي) بينما معظم فيروسات الحمض النووي الريبوزي RNA أحادية السلسلة (تحتوي شريط واحد).

الحمض النووي هو المسؤول عن ضراوة الفيروس، أي أنه الجزء المعدي من الفيروس.

قفيصة الفيروس

تتكون القفيصة الفيروسية من عدة وحدات فرعية صغيرة من البروتين تسمى القفيصات، لديها الوظائف التالية:

حماية الحمض النووي (الجينوم) من العوامل البيئية الضارة.
تتوسط عملية الارتباط بالخلية المضيفة (في الفيروسات غير المغلفة)، مثل الخلية البشرية أو الخلية البكتيرية.

القفيصة هي المسئولة أيضاً عن التماثل الفيروسي (أو التشكل) الذي قد يكون:

الشكل العشروني (متعدد الجوانب) (الشكل 2-أ): تشبه الفيروسات العشرية السطوح أو الأيزوميرية أو المكعبة بلورة ذات 20 وجهًا مثلثًا و 12 زاوية. وهذا يشمل جميع فيروسات الحمض النووي، باستثناء فيروسات الجدري (على شكل الطوب)، وبعض فيروسات الحمض النووي الريبي (RNA).
الشكل الحلزوني (الأنابيب الملتفة) (الشكل 2-ب): يرتبط الحمض النووي الفيروسي ارتباطًا وثيقًا بقفيصة البروتين التي تشكل قفيصة نووية حلزونية الشكل. ويشمل ذلك العديد من فيروسات الحمض النووي الريبوزي (RNA)، مثل فيروس داء الكلب.
الشكل المعقد: تشمل الأمثلة فيروسات الجدري ذات الشكل الطوبي (الشكل 2-ج) أو العاثيات (الشكل 2-د).

الشكل 2: أشكال التماثل الفيروسي

الغلاف الفيروسي (الظرْف)

هو عبارة عن غشاء بروتين دهني، الجزء الدهني منه مشتق من غشاء الخلية المضيفة (خلية جسم الإنسان كمثال) ويُطلق أثناء عملية التبرعم، أما الجزء البروتيني فهو مشتق من الفيروس.

في كثير من الأحيان، قد يحتوي الغلاف على نتوءات من البروتين السكري وهي الجزء المسئول عن ربط الفيروس المغلف بالمستقبلات الخاصة به في الخلية المضيفة. ولذلك فإن إذابة هذا الغلاف يمنع الارتباط ويفقد الفيروس قدرته على العدوى.

تعد الفيروسات المغلفة أقل استقراراً، أي يتم تعطيلها بسهولة أكبر من الفيروسات المجردة.

والفيروسات المغلفة أكثر حساسية للحرارة والتجفيف والمنظفات والمذيبات الدهنية.

لذلك، فإن الفيروسات المغلفة، لعدم قدرتها على البقاء في البيئة، تنتقل أساسًا عن طريق الاتصال المباشر عبر الدم وسوائل الجسم.

ملحوظة: البروتينات السطحية للفيروس سواء كانت بروتينات القفيصة (في الفيروسات العارية) أو البروتينات السكرية (في الفيروسات المغلفة) هي المسؤولة عن الارتباط بمستقبلات الخلية المضيفة، كما إنها هي المستضدات الرئيسية التي تحفز الجسم للاستجابة المناعية ضد الفيروس.

تصنيف الفيروسات

هناك طرق عديدة لتصنيف الفيروسات، وفيما يلي أهمها.

أ. التصنيف حسب الأعراض

هذا هو التصنيف القديم، الذي يعتمد على الأمراض التي تنتجها الفيروسات أو أجهزة وأعضاء الجسم التي يميل إليها الفيروس.

الفيروسات العصبية: تهاجم هذه الفيروسات الجهاز العصبي، مسببة أمراضًا مثل شلل الأطفال، وداء الكلب، والتهاب الدماغ.
الفيروسات المعوية: تهاجم هذه الفيروسات الجهاز الهضمي، مسببة أمراضاً مثل التهاب الكبد الوبائي أ.
الفيروسات المنقولة بالحشرات: تنتقل هذه الفيروسات عن طريق الحشرات والقراد، وتسبب أمراضاً مثل الحمى الصفراء، وحمى الضنك، وحمى زيكا.
فيروسات الجهاز التنفسي: تهاجم هذه الفيروسات الجهاز التنفسي، مسببة أمراضاً مثل نزلات البرد والإنفلونزا و كورونا (كوفيد-19). الفيروسات الجلدية: تهاجم هذه الفيروسات الجلد، وتسبب أمراضاً مثل الجدري المائي والحصبة والهربس.
فيروسات أخرى: تشمل هذه الفئة الفيروسات التي لا تتناسب تمامًا مع الفئات الأخرى، مثل فيروس نقص المناعة البشرية (إيدز) والتهاب الكبد الوبائي بي.

من المهم ملاحظة أن هذا نظام تصنيف قديم، ولم يعد مستخدمًا على نطاق واسع، ومع ذلك، فإنه لا يزال مفيدًا لفهم بعض الأنواع المختلفة من الفيروسات التي يمكن أن تصيب البشر وأنواع الأمراض التي يمكن أن تسببها.

ب. نظام تصنيف بالتيمور للفيروسات

يقوم على فكرة استراتيجية تكرار المادة الوراثية (الجينوم) للفيروس.

الفكرة الأساسية هي أن جميع الفيروسات يجب أن تولد جزيئات mRNA موجبة من جينوماتها، من أجل إنتاج البروتينات وتكرار نفسها.
وتختلف الآليات الدقيقة لتحقيق ذلك باختلاف عائلة الفيروس.

المجموعة الأولى: فيروسات الحمض النووي ذي الشريط المزدوج

استراتيجية التكرار والنسخ: يتم نسخ جينوم الحمض النووي المزدوج إلى mRNA، والذي يتم بعد ذلك ترجمته إلى بروتينات، ثم تتجمع البروتينات لتشكل جزيئات فيروسية جديدة.

أمثلة: فيروسات الهربس، والفيروسات الغدية (أدينوفيروس)، وفيروسات الجدري.

المجموعة الثانية: فيروسات الحمض النووي المفرد (أحادي الشريط)

استراتيجية النسخ: يتم تحويل جينوم الحمض النووي المفرد إلى الحمض النووي المزدوج، والذي يتم بعد ذلك نسخه إلى mRNA وترجمته إلى بروتينات.
ثم تتجمع البروتينات لتشكل جزيئات فيروسية جديدة.

أمثلة: فيروسات بارفو، والفيروسات الدائرية، والفيروسات التوأمية

المجموعة الثالثة: فيروسات RNA مزدوجة السلسلة

استراتيجية النسخ: يتم نسخ جينوم الحمض النووي الريبي المزدوج السلسلة إلى mRNA، والذي يتم بعد ذلك ترجمته إلى بروتينات.

ثم تتجمع البروتينات لتشكل جزيئات فيروسية جديدة.

يمكن لجينوم الحمض النووي الريبوزي المزدوج أن يصبح أيضاً بمثابة قالب لتصنيع mRNA جديد.
أمثلة: فيروسات ريو، فيروسات أوربي

المجموعة الرابعة: فيروسات الحمض النووي الريبي أحادية السلسلة موجبة الاتجاه

استراتيجية النسخ: يعمل جينوم الحمض النووي الريبي (RNA) المفرد الذي تقطعت به السبل بشكل إيجابي بمثابة mRNA لتخليق البروتين. ثم تتجمع البروتينات لتشكل جزيئات فيروسية جديدة.
أمثلة: الفيروسات البيكورناوية، والفيروسات التاجية، والفيروسات المصفرة

المجموعة الخامسة: فيروسات الحمض النووي الريبي أحادية السلسلة سلبية الاتجاه

استراتيجية النسخ: يتم نسخ جينوم الحمض النووي الريبوزي (RNA) أحادي السلسلة سلبي الاتجاه إلى RNA إيجابي الاتجاه، والذي يتم بعد ذلك ترجمته إلى بروتينات. ثم تتجمع البروتينات لتشكل جزيئات فيروسية جديدة. يمكن أيضًا أن يكون جينوم الحمض النووي الريبي (RNA) سلبي المعنى بمثابة قالب لتخليق mRNA.

أمثلة: الفيروسات المخاطية Orthomyxoviruses، والفيروسات الربدية Rhabdoviruses، والفيروسات الخيطية Filoviruses.

المجموعة السادسة: الفيروسات الرجعية (القهقرية)

استراتيجية النسخ: يتم نسخ جينوم الحمض النووي الريبوزي (RNA) المفرد الذي تقطعت به السبل عكسيًا إلى الحمض النووي (DNA)، والذي يتم بعد ذلك دمجه في جينوم الخلية المضيفة.

يتم بعد ذلك نسخ الحمض النووي المتكامل إلى mRNA، والذي يُترجم إلى بروتينات. ثم تتجمع البروتينات لتشكل جزيئات فيروسية جديدة.

أمثلة: فيروس نقص المناعة البشرية (إيدز)، وفيروسHTLV

المجموعة السابعة: فيروسات النسخ العكسي للحمض النووي المزدوج

استراتيجية النسخ: يتم نسخ جينوم الحمض النووي الريبوزي (RNA) المفرد الذي تقطعت به السبل عكسيًا إلى الحمض النووي (DNA)، والذي يتم بعد ذلك دمجه في جينوم الخلية المضيفة. يتم بعد ذلك نسخ الحمض النووي المتكامل إلى mRNA، والذي يُترجم إلى بروتينات. ثم تتجمع البروتينات لتشكل جزيئات فيروسية جديدة.

أمثلة: الفيروسات الكبدية مثل فيروس التهاب الكبد الوبائي أ و ب و ج و د.

يعد نظام تصنيف بالتيمور طريقة مفيدة لتصنيف الفيروسات بناءً على استراتيجية النسخ الخاصة بها. ويمكن استخدام هذه المعلومات لتطوير أدوية ولقاحات جديدة مضادة للفيروسات.

ج. نظام تصنيف الفيروسات الهرمي

يعتمد التصنيف على الخصائص التالية:

طبيعة الحمض النووي: جينوم RNA أو DNA
استراتيجية تكرار الفيروس
تناظر وشكل القفيصة
وجود أو عدم وجود ظرف (غلاف)
خصائص إضافية: مولد المناعة العكسية، نطاق المضيف وتسلسل الحمض النووي

عيادات أهل الطب