ما هي الفيروسات؟ وكيف تم اكتشاف الفيروسات؟

ما هي الفيروسات؟ وكيف تم اكتشاف الفيروسات؟

إليكم تصوير فنان لما تبدو عليه صورة فيروس كورونا.

يجب أن تصيب الفيروسات مضيفا لتتكاثر.

الفيروسات عوامل معدية مجهرية تحتوي على مادة وراثية ، إما DNA أو RNA ، ويجب أن تغزو عائلا من أجل التكاثر.

في الغالب ، تعرف الفيروسات بأنها تسبب المرض ، لأنها تسببت في تفشي المرض والوفاة على نطاق واسع عبر تاريخ البشرية. تشمل الأمثلة الأخيرة على تفشي الفيروس بسبب تفشي فيروس إيبولا عام 2014 في غرب إفريقيا ، ووباء إنفلونزا الخنازير عام 2009 ، ووباء COVID-19 ، الذي نتج عن فيروس كورونا تم تحديده لأول مرة في أواخر عام 2019. 

في حين أن مثل هذه الفيروسات هي بالتأكيد أعداء ماكر للعلماء والمهنيين الطبيين ، فقد كان للآخرين من أمثالهم دور فعال كأدوات بحث ساعدت في زيادة فهم العمليات الخلوية الأساسية ، مثل آليات تخليق البروتين والفيروسات نفسها.

كيف تم اكتشاف الفيروسات؟

قرب نهاية القرن التاسع عشر ، كانت الفكرة القائلة بأن الكائنات الحية الدقيقة ، وخاصة البكتيريا ، يمكن أن تسبب المرض ، راسخة ، وفقا لمجلة سميثسونيان . ومع ذلك ، فإن الباحثين الذين يبحثون في مرض مزعج في نباتات التبغ - يسمى مرض فسيفساء التبغ - كانوا في حيرة من أمرهم إلى حد ما بسبب سببه ، وفقا لـ " Discoveries in Plant Biology " (World Publishing Co. ، 1998).

تظهر هذه الصورة المقربة ورقة خضراء كبيرة مصابة بفيروس موزاييك التبغ.

في ورقة بحثية نُشرت عام 1886 بعنوان "بخصوص مرض موزاييك التبغ" ، نشر الكيميائي والباحث الزراعي الألماني أدولف ماير نتائج تجاربه المكثفة على نباتات التبغ المصابة بالمرض ، والتي تسببت في تكسير أوراق النباتات. بقع خضراء داكنة وصفراء ورمادية. اكتشف ماير أنه عندما سحق أوراق التبغ المصابة وحقن العصير الناتج في عروق الأوراق السليمة ، طورت الأوراق التي كانت سليمة ذات مرة خاصية التبقع والتغير اللوني للنباتات المريضة. اعتقد ماير بشكل صحيح أن كل ما يسبب مرض فسيفساء التبغ كان موجودًا في العصير الورقي. 

ومع ذلك ، استعصت منه نتائج أكثر واقعية. استنادًا إلى العمل السابق للطبيب الألماني روبرت كوخ ، الذي اكتشف البكتيريا المسببة لمرض السل ، اعتقد ماير أنه يجب أن يكون قادرًا على عزل وتنمية العامل الممرض وراء مرض فسيفساء التبغ في أطباق المختبر. ومع ذلك ، لم يتمكن من عزل العامل المسبب للمرض أو التعرف عليه تحت المجهر . وفقًا لمجلة سميثسونيان ، لم يستطع إعادة تكوين المرض عن طريق حقن نباتات صحية بمجموعة من البكتيريا المعروفة. 

في عام 1892 ، كرر طالب روسي يُدعى ديمتري إيفانوفسكي (يُكتب أحيانًا باسم إيفانوفسكي) تجارب ماير للعصير ولكن مع قليل من التغيير.

وفقًا لمقال نُشر عام 1972 في مجلة Bacteriological Reviews ، قام إيفانوفسكي بتمرير العصير من الأوراق المصابة عبر مرشح شامبرلاند ، وهو جيد بما يكفي لالتقاط البكتيريا والكائنات الدقيقة المعروفة الأخرى. على الرغم من النخل ، ظل ترشيح السائل معديًا ، مما يشير إلى قطعة جديدة للغز: كل ما يسبب المرض كان صغيراً بما يكفي لتمريره عبر الفلتر. 

ومع ذلك ، خلص إيفانوفسكي أيضًا إلى أن سبب مرض فسيفساء التبغ جرثومي ، مما يشير إلى أن المرشح "يحتوي إما على بكتيريا أو سمًا قابلًا للذوبان". لم يتم الاعتراف بوجود الفيروسات حتى عام 1898. اقترح العالم الهولندي مارتينوس بيجيرينك ، أثناء تأكيده لنتائج إيفانوفسكي ، أن سبب مرض فسيفساء التبغ لم يكن جرثوميًا ولكن "معدي فيفوم فلويدوم" أو سائل حي معدي ، وفقًا لـ "الاكتشافات في بيولوجيا النبات". وأشار إلى هذا السائل باسم "الفيروس" ، باختصار ، مشتق من الكلمة اللاتينية للسم السائل ، وفقًا لمجلة سميثسونيان.

إن تجارب ماير ، وإيفانوفسكي ، وبيجيرينك وآخرين التي تلت ذلك أشارت فقط إلى وجود فيروسات. سيستغرق الأمر بضعة عقود أخرى قبل أن يرى أي شخص الفيروس بالفعل. 

في عام 1935 ، قام الكيميائي Wendell M. Stanley ببلورة عينة من فيروس موزاييك التبغ بحيث يمكن رؤية العامل الممرض على الأشعة السينية ، وفقًا لمجلة سميثسونيان. ومع ذلك ، لم يتم التقاط أول لقطات واضحة للفيروس غير المتغير حتى عام 1939. أصبح هذا العمل الفذ ممكنًا من خلال اختراع المجهر الإلكتروني ، وهو أداة تستخدم حزمًا من الجسيمات سالبة الشحنة لإنتاج صور لأجسام صغيرة للغاية ، وفقًا لمقال نُشر عام 2009 في مجلة Clinical Microbiology Reviews .

ما هو حجم الفيروسات؟

ما هو حجم معظم الفيروسات مقارنة بالبكتيريا؟ اهدا قليلا. 

يبلغ قطر فيروس الحصبة 220 نانومترًا ، وهو أصغر بنحو ثماني مرات من بكتيريا الإشريكية القولونية . كمرجع ، نانومتر واحد يساوي 0.000000039 بوصة. عند 45 نانومتر ، يكون فيروس التهاب الكبد أصغر بنحو 40 مرة من الإشريكية القولونية . لإدراك مدى صغر حجم هذا ، قدم ديفيد آر ويسنر ، أستاذ علم الأحياء في كلية ديفيدسون ، تشابهًا في مقال نُشر عام 2010 في مجلة Nature Education : The poliovirus ، 30 نانومتر ، أصغر بحوالي 10000 مرة من a حبة الملح.

تُظهر هذه الصورة الملونة رقمياً فيروس أنفلونزا H1N1 تحت المجهر الإلكتروني النافذ. في عام 2009 ، تسبب هذا الفيروس (الذي كان يسمى آنذاك أنفلونزا الخنازير) في حدوث جائحة ، ويعتقد أنه قتل 200000 شخص في جميع أنحاء العالم.

على الرغم من أن معظم الفيروسات أصغر بكثير من البكتيريا ، فقد اكتشف العلماء في التسعينيات فيروسات ضخمة تنافس البكتيريا في الحجم ، وفقًا لتقرير Nature Education.

في عام 1992 ، اكتشف العلماء هياكل شبيهة بالبكتيريا داخل بعض الأميبات من برج تبريد المياه. كشف تحليل لاحق للكيانات الشبيهة بالبكتيريا ، نُشر في عام 2003 ، أن هذه الهياكل الغريبة لم تكن بكتيريا على الإطلاق ، لكنها في الواقع فيروسات عملاقة. أطلق الباحثون على الفيروس الضخم Acanthamoeba polyphaga mimivirus (APMV). 

بعد اكتشاف APMV ، الذي يبلغ قطره 750 نانومتر ، وجد الباحثون المزيد من الفيروسات الكبيرة ، بما في ذلك السلالة الثانية من APMV التي أطلق عليها اسم "mamavirus" ، وفقًا لتقرير Nature Education. حتى الآن ، هناك أربع عائلات من الفيروسات العملاقة المعروفة: Mollivirus و Megavirus و Pithovirus و Pandoravirus. تم العثور على فيروسات عملاقة في بيئات غريبة ، من ذوبان التربة الصقيعية في سيبيريا إلى أعماق المحيط المتجمد الجنوبي ، وقد وجد في الغالب أنها تصيب الأميبات والعوالق النباتية ، على الرغم من أن الدراسات المعملية تشير إلى أنها يمكن أن تصيب أيضًا الخلايا الحيوانية. تشير الأبحاث إلى أن الفيروسات العملاقة قد تخترع جينات وبروتينات لا توجد في أي مكان آخر على الأرض ، وأنها تنفث هذه الجينات من خلال بوابة على شكل نجمة على أسطحها.

هل الفيروسات حية؟

تتأرجح الفيروسات على حدود ما يعتبر حياة. من ناحية ، تحتوي الفيروسات إما على DNA أو RNA ، وهي الأحماض النووية الموجودة في جميع الكائنات الحية. من ناحية أخرى ، تفتقر الفيروسات إلى القدرة على قراءة المعلومات الواردة في تلك الأحماض النووية والتصرف بناءً عليها بشكل مستقل ؛ لهذا السبب ، لا تعتبر الفيروسات "حية".  

كيف يتم تنظيم الفيروسات؟

عندما يتم تجميع الفيروس بالكامل ويكون قادرًا على الإصابة ، يُعرف باسم الفيروس. وفقًا لـ " علم الأحياء الدقيقة الطبية " (فرع جامعة تكساس الطبي في جالفستون ، 1996) ، تحتوي الفيروسات البسيطة على قلب حمض نووي داخلي محاط بغلاف خارجي من البروتينات يعرف باسم القفيصة. تحمي الكبسيدات الأحماض النووية الفيروسية من المضغ والتدمير بواسطة إنزيمات خاصة في الخلية المضيفة تسمى نوكلياز. 

رسم بياني يوضح تراكيب الأنواع الأربعة المختلفة من الفيروسات.

تحتوي بعض الفيروسات على طبقة واقية ثانية تُعرف باسم الغلاف. عادة ما يتم اشتقاق هذه الطبقة من غشاء الخلية للمضيف ؛ قطع صغيرة مسروقة تم تعديلها وإعادة توجيهها لاستخدام الفيروس.

يشكل الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي الموجود في اللب الداخلي جينوم الفيروس ، أو مجموع معلوماته الجينية. بشكل عام ، تكون الجينومات الفيروسية صغيرة الحجم ، ولا يتم ترميزها إلا للبروتينات الأساسية مثل بروتينات القفيصة والإنزيمات والبروتينات اللازمة للتكاثر داخل الخلية المضيفة. 

ومع ذلك ، يمكن أن تكون جينومات الفيروس العملاق أكبر بكثير من تلك الموجودة في الفيروسات النموذجية. على سبيل المثال ، يحمل APMV ما يقرب من 1.2 مليون زوج قاعدي في جينومه ، حيث يكون كل "زوج أساسي" درجة واحدة في سلم الحمض النووي الملتوي. بالمقارنة ، يبلغ طول جينوم فيروس شلل الأطفال 7500 نيوكليوتيد فقط ، بينما يبلغ طول جينوم فيروس الجدري 200000 نيوكليوتيد ، وفقًا لتقرير Nature Education.

كيف تعمل الفيروسات؟

قال جاكلين دودلي ، أستاذ العلوم الحيوية الجزيئية في جامعة تكساس في أوستن ، إن الفيروس يتطلب خلية مضيفة لتتضاعف ، أو تصنع نسخًا أكثر من نفسها. وقالت لـ Live Science AR: "لا يمكن للفيروس أن يتكاثر خارج المضيف لأنه يفتقر إلى الآلية المعقدة التي تمتلكها الخلية [المضيفة]". تسمح الآلية الخلوية للخلية المضيفة للفيروسات بإنتاج الحمض النووي الريبي من حمضها النووي (عملية تسمى النسخ) وبناء البروتينات بناءً على التعليمات المشفرة في الحمض النووي الريبي (عملية تسمى الترجمة).

لذلك ، فإن الدور الأساسي للفيروس هو "إيصال جينوم الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي الخاص به إلى الخلية المضيفة بحيث يمكن التعبير عن الجينوم (نسخه وترجمته) بواسطة الخلية المضيفة" ، وفقًا لـ "علم الأحياء الدقيقة الطبية". 

أولاً ، تقتحم الفيروسات الخلية المضيفة ، التي قد تكون جزءًا من كائن حي أكبر ، في حالة الحيوانات والبشر. يمكن أن تعمل الممرات التنفسية والجروح المفتوحة كبوابات لدخول الفيروسات إلى الجسم. وأحيانًا توفر الحشرات طريقة الدخول ؛ فيروسات معينة ستنطلق في لعاب الحشرة وتدخل جسم العائل بعد لدغات الحشرات. وفقًا لـ " علم الأحياء الجزيئي للخلية" (Garland Science ، 2002) ، يمكن لمثل هذه الفيروسات أن تتكاثر داخل كل من الحشرات والخلايا المضيفة ، مما يضمن الانتقال السلس من واحدة إلى أخرى. تشمل الأمثلة على هذه العوامل الممرضة الفيروسات التي تسبب الحمى الصفراء وحمى الضنك .

بمجرد دخول الكائن الحي ، تلتصق الفيروسات بسطح الخلايا المضيفة. يفعلون ذلك عن طريق التعرف على مستقبلات سطح الخلية أو البروتينات التي تلتصق بسطح الخلية والارتباط بها ؛ تتلاءم البروتينات الموجودة على سطح الفيروس مع هذه المستقبلات مثل قطع الألغاز المتشابكة. يمكن للعديد من الفيروسات المختلفة أن ترتبط بالمستقبل نفسه ويمكن لفيروس واحد أن يربط مستقبلات سطح الخلية المختلفة. بينما تستخدمها الفيروسات لمصلحتها ، فإن مستقبلات سطح الخلية مصممة بالفعل لخدمة الخلية. 

بعد أن يرتبط الفيروس بسطح الخلية المضيفة ، يمكن أن يبدأ في التحرك عبر الغطاء الخارجي أو الغشاء الخارجي للخلية المضيفة. هناك العديد من طرق الدخول المختلفة. يندمج فيروس نقص المناعة البشرية ، وهو فيروس مغلف ، مع غشاء الخلية المضيفة ويتم دفعه من خلاله. فيروس آخر مغلف ، فيروس الأنفلونزا ، تبتلعه الخلية. تخلق بعض الفيروسات غير المغلفة ، مثل فيروس شلل الأطفال ، قناة مسامية للدخول وتحفر عبر الغشاء ، وفقًا لـ "البيولوجيا الجزيئية للخلية".

بمجرد دخول الفيروسات إلى الخلية المضيفة ، تعطل أو تختطف أجزاء مختلفة من الآلية الخلوية بالداخل. تقوم الجينومات الفيروسية بتوجيه الخلايا المضيفة لإنتاج بروتينات فيروسية ، وهذا غالبًا ما يوقف تخليق أي RNA وبروتينات يمكن أن تستخدمها الخلية المضيفة لأغراضها الخاصة.

اكتشافات جديدة

• حدد العلماء مؤخرًا أكثر من 5000 فيروسات جديدة من RNA في محيطات العالم.
• قد يكون فيروس إبشتاين بار ، الذي يسبب مرض "أحادي" ، سببًا أساسيًا للتصلب المتعدد ، وهو أحد أمراض المناعة الذاتية.
• تم اكتشاف نوع جديد من فيروس نقص المناعة البشرية في هولندا ويبدو أنه يتسبب في تطور أسرع للمرض مقارنة بالإصدارات الأخرى من الفيروس.
• عالج الأطباء الجرح المزمن للمريض بالعاثيات ، أو الفيروسات التي تصيب البكتيريا.

مصادر إضافية

• اقرأ عن العديد من الفيروسات الموجودة بداخلنا وفي كل مكان حولنا في كتاب كارل زيمر " كوكب من الفيروسات ".
• اكتشف ماذا سيحدث إذا اختفت جميع الفيروسات في العالم في فيديو SciShow هذا .
• اقرأ " الانتشار: التهابات الحيوانات والوباء البشري التالي " لديفيد كوامن للتعرف على الأمراض الفيروسية القاتلة التي قفزت من الحيوانات إلى البشر.

فهرس

ألبرتس ، ب ، جونسون ، أ ، لويس ، جيه ، راف ، إم ، روبرتس ، ك ، والتر ، ب. (2002). بيولوجيا الخلية من العدوى. في البيولوجيا الجزيئية للخلية (الطبعة الرابعة). مقال ، جارلاند العلوم.

جيلديربلوم ، HR (1996). هيكل وتصنيف الفيروسات. في علم الأحياء الدقيقة الطبية (الطبعة الرابعة). مقال ، فرع جامعة تكساس الطبي في جالفيستون.

Goldsmith، CS، & Miller، SE (2009). الاستخدامات الحديثة للميكروسكوب الإلكتروني للكشف عن الفيروسات. مراجعات الأحياء الدقيقة السريرية ، 22 (4) ، 552-563. https://doi.org/10.1128/cmr.00027-09

ليتشيفالييه ، هـ. (1972). ديمتري يوسيفوفيتش إيفانوفسكي (1864-1920). المراجعات البكتريولوجية ، 36 (2) ، 135-145. https://doi.org/10.1128/br.36.2.135-145.1972

Machemer ، T. (2020 ،24 مارس). كيف قاد عدد قليل من نباتات التبغ المريضة العلماء لكشف الحقيقة حول الفيروسات . مجلة سميثسونيان. تم الاسترجاع في 12 مايو 2022 من https://www.smithsonianmag.com/science-nature/what-are-viruses-history-tobacco-mosaic-disease-180974480/

ويسنر ، دكتور (2010). اكتشاف فيروس ميميفيروس العملاق. تربية الطبيعة ، 3 (9). https://www.nature.com/scitable/topicpage/discovery-of-the-giant-mimivirus-14402410/

زيتلين ، م. (1998). اكتشاف العامل المسبب لمرض فسيفساء التبغ. في الاكتشافات في بيولوجيا النبات (ص 105 - 110). مقال ، شركة النشر العالمية.