انواع ویروس چیست؟ – به زبان ساده + ژنوم، کپسید و همانندسازی

ویروس‌ها میکروب‌های بسیار کوچکی هستند که از اسیدنوکلئیک و پروتئین تشکیل شده‌اند و در جانوران، گیاهان و باکتری‌ها بیماری ایجاد می‌کنند. این میکروب‌ها برای تکثیر به آنزیم‌ها و ترکیبات اولیه سلول میزبان وابسته هستند. در این مطلب از مجله فرادرس انواع ویروس ها را همراه بیماری‌زایی ویروس‌های جانوری توضیح می‌دهیم.

ویروس چیست ؟

ویروس‌ها پاتوژن‌های بسیار کوچکی هستند که از ماده ژنتیکی RNA یا DNA و یک پوشش پروتئینی محافظ تشکیل شده‌اند. کپسید پوشش پروتئینی ویروس‌ها است که از زیرواحدهای کپسومر تشکیل شده است. DNA و RNA ویروس‌ها ممکن است از انواع تک‌رشته‌ای یا دورشته و خطی یا حلقوی باشد. این میکرواورگانیسم‌ها بخشی از آنزیم‌های لازم برای همانندسازی و ترجمه پروتئین را ندارند. به همین دلیل از ساختارهای سلول یوکاریوتی برای تکثیر استفاده می‌کنند و به آن‌ها انگل سلولی گفته می‌شود.

این میکرواورگانیسم‌ها هیچ اندامکی ندارند. بعضی انواع ویروس آنزیم‌های RNA پلیمراز و رونوشت‌بردار معکوس دارند که در سیتوپلاسم یا هسته سلول میزبان به تکثیر ویروس کمک می‌کند. ماده ژنتیکی ویروس‌ها همراه نوکلئوپروتئین‌ها و کپسید اطراف نوکلئوکپسید را تشکیل می‌دهند. نوکلئیک‌اسید ویروس‌های ۲۰ وجهی به‌وسیله پروتئین‌های هسته فشرده و نوکلئیک‌اسید ویروس‌های مارپیچی مستقیم به پروتئین‌های کپسید متصل می‌شود.

در ویروس‌های پوشش‌دار یک غشای لیپیدی دو لایه دور کپسید وجود دارد که زمان جوانه زدن ویروس از سلول میزبان تشکیل می‌شود و ترکیب آن به ترکیب غشای سلول میزبان بستگی دارد. گلیکوپروتئین‌هایی به نام «پپلومر» (Peplomer) در غشای ویروس به گیرنده‌های غشایی سلول میزبان متصل شده و ورود ویروس به سلول را تسهیل می‌کند. ژن این گلیکوپروتئین‌ها در ژنوم ویروسی قرار دارد و بخش آنتی‌ژنی این پاتوژن‌ها است.

انواع ویروس چیست ؟

ویروس‌ها را بر اساس نوع ماده ژنتیکی، الگوی رونویسی و بیان ژن، ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی، ویژگی‌های پروتئین‌های ویروسی، میزبان و ساختار کپسید به گروه‌های مختلف تقسیم می‌شوند. بر اساس ماده ژنتیکی ویروس‌ها به انواع DNA دار و RNA دار تقسیم می‌شوند. ویروس‌های RNA دار بخش زیادی از گونه‌های ویروسی را به خود اختصاص می‌دهند و از آن‌جایی که دقت همانندسازی RNA از DNA کمتر است، احتمال جهش در این ویروس‌ها بیشتر از ویروس‌های DNA دار و از بین بردن آن‌ها سخت‌تر است.

فیلم آموزش ویروس شناسی Medical Virology

کلیک کنید

• RNA ویروس‌ها: ژنوم این ویروس‌ها تک‌رشته‌ای یا دورشته‌ای است. هر رشته اسید نوکلئوئیک در این ویروس‌ها ممکن است حاوی یک ژن یا چند ژن باشد. RNA‌های تک‌رشته به دو شکل «معنی‌دار یا مثبت» (Sense or Positive) و «بی‌معنی یا منفی» (Antisense or Negative) در کپسید ویروس قرار دارد. توالی ژن‌ها در RNA مثبت از انتهای $$5^\prime$$ به $$3^\prime$$ است و هماهنگ با سیستم ترجمه پروتئین در سلول‌های میزبان است. به همین دلیل RNA تک‌رشته‌ای مثبت، mRNA ای است که پروتئین‌ها مستقیم از آن ساخته می‌شود. اما RNA منفی پس از همانندسازی و تشکیل رشته مثبت رونویسی می‌شود.
• DNA ویروس‌ها: ژنوم بیشتر این ویروس‌ها از DNA دو رشته‌ای و خطی تشکیل شده است. اما DNA تک‌رشته‌ای خطی یا حلقوی در بعضی ویروس‌های این گروه وجود دارد.

انواع ویروس بر اساس تقارن کپسید

ویروس‌ها بر اساس ساختار کپسید به انواع رشته‌ای، سر و دم، ایزومتریک و پوشش‌دار تقسیم می‌شوند. ویروس‌های رشته‌ای ساختاری استوانه‌ای و تقارن مارپیچی دارند. بیشتر ویروس‌های گیاهی (ویروس موزاییک تنباکو) از این نوع هستند. در این ویروس‌ها پروتئین‌های کپسید در فاصله‌های منظم به نوکلئیک‌اسید متصل می‌شود. کپسید این ویروس‌ها معمولا با غشای لیپیدی پوشیده شده است. کپسید RNA ویروس‌های جانوری، تقارن مارپیچی دارد. کپسید ویروس‌های ایزومتریک یا چندوجهی (ویروس‌های هرپس) ساختاری کاملا کروی و تقارن مکعبی دارند. کپسیدهای ۲۰ وجهی ویروس‌های جانوری تقارن مکعبی دارند. این کپسیدها حداقل از ۶۰ زیرواحد پروتئینی تشکیل شده‌اند و فضای کافی برای قرار گرفتن ژنوم ویروسی ایجاد می‌کنند. ژن این کپسیدها در RNA و DNA ویروس‌ها وجود دارد. بیشتر ویروس‌های جانوری از انواع پوشش‌دار هستند و کپسید این ویروس‌ها به‌وسیله غشای لیپیدی پوشیده شده است. ویروس‌های دو بخشی دارای سر و دم باکتری‌ها را آلوده می‌کنند. سر این ویروس‌ها (باکتریوفاژ) شبیه ویروس‌های ایزمتریک و دم آن‌ها شبیه ویروس‌های رشته‌ای است.

تقسیم بندی بالتیمور انواع ویروس

تقسیم‌بندی بالتیمور یکی دیگر از روش‌های تقسیم‌بندی ویروس‌ها است که بر اساس روش رونویسی mRNA در چرخه تکثیر، ویروس‌ها را به ۷ گروه تقسیم می‌کند.

• گروه اول: این گروه شامل ویروس‌هایی است که از DNA دورشته‌ای تشکیل شده‌اند و رونویسی آن‌ها مشابه رونویسی سلول میزبان است. «هرپس» (Herpesvirus) در این گروه قرار دارند.
• گروه دوم: ویرو‌س‌هایی که ماده ژنتیکی آن‌ها DNA تک‌رشته‌ای است در این گروه قرار می‌گیرند. برای رونویسی DNA تک‌رشته‌ای ابتدا به DNA دورشته‌ای تبدیل می‌شود. «پاروویروس‌» (Parvovirus) در این گروه قرار دارند.
• گروه سوم: ماده ژنتیکی این ویروس‌ها RNA دورشته‌ای است. برای رونویسی دو رشته از هم جدا شده و یکی از آن‌ها الگو قرار می‌گیرد. سپس رونویسی به‌وسیله آنزیم RNA پلیمراز وابسته به RNA انجام می‌شود. ژن این آنزیم در ژنوم ویروس است. «روتاویروس» (Rotavirus) در این گروه قرار دارد.
• گروه چهارم: در این گروه ویروس‌های با RNA تک‌رشته‌ای در جهت $$5\prime$$ به $$3^\prime$$ قرار دارند. ماده ژنتیکی این ویروس‌ها mRNA است که از ریبوزوم‌ها و آنزیم‌های سلول میزبان برای ترجمه پروتئین‌ها استفاده می‌کند. رشته مکمل ایجاد شده از RNA تک‌رشته در همانندسازی می‌تواند الگوی رونویسی mRNA‌های بیشتر باشد. «پیرکورنا» (Pircornavirus) در این گروه قرار دارد.
• گروه پنجم: RNA تک‌رشته‌ای ویروس‌های این گروه در جهت $$3^\prime$$ به $$5\prime$$ است. به همین دلیل رشته مکمل ($$5\prime$$ به $$3^\prime$$) RNA‌های دورشته‌ای تشکیل شده پس از همانندسازی، الگوی رونویسی ژن‌ها قرار می‌گیرند. «رابدو ویروس» (Rhabdovirus) در این گروه قرار دارد.
• گروه ششم: ژنوم ویروس‌های این گروه از دو رشته RNA با توالی یکسان (دیپلوئید) تشکیل شده است. برای بیان پروتئین‌های ویروسی ابتدا RNA به‌وسیله آنزیم «رونوشت‌بردار معکوس» (Reverse Transcriptase) ویروسی به DNA‌ دورشته‌ای تبدیل و وارد هسته سلول میزبان می‌شود. DNA ویروسی پس از ادغام با DNA میزبان به‌وسیله آنزیم‌های میزبان رونویسی و ژن‌های آن بیان می‌شود. HIV در این گروه قرار دارد.
• گروه هفتم: ماده ژنتیکی این ویروس‌ها DNA دورشته‌ای است و mRNA آن با استفاده از سیستم میزبان رونویسی می‌شود. ویروس هپاتیت B در این گروه قرار دارد.

انواع ویروس از نظر میزبان

برای ورود انواع ویروس به سیتوپلاسم سلول میزبان، برهم‌کنش گلیکوپروتئین‌های سطح ویروس و گیرنده‌های غشایی میزبان ضروری است. در نتیجه ویروس‌های گونه‌های باکتریایی، سلول جانوری را آلوده نمی‌کنند. ویروس‌ها بر اساس سلول میزبان به سه نوع باکتریوفاژ، ویروس‌های جانوری و ویروس‌های گیاهی تقسیم می‌شوند.

• باکتریوفاژها: این ویروس‌ها در دو فاز لیزوژنیک و لیتیک باکتری‌ها را آلوده می‌کنند. فاژ T4 یکی از ویروس‌های باکتری ای. کلی است که پس از رونویسی پروتئین‌ها و تکثیر DNA با بهم‌ریختن ساختار غشا و القای مرگ سلولی از میزبان خارج می‌شود. فاژ لامبدا یکی دیگر از باکتروفاژهای ای. کلی است که DNA آن با DNA میزبان ادغام شده و مدت طولانی در فاز لیزوژنیک باقی می‌ماند. به DNA باکتروفاژی ادغام شده در DNA میزبان پروفاژ گفته می‌شود.
• ویروس‌های جانوری: در ساختار سلول‌های جانوری برخلاف باکتری‌ها و گیاهان دیواره سلولی وجود ندارد و ورود ویروس به سلول راحت‌تر است. ویروس‌های پوشش‌دار و بدون پوشش از روش‌های متفاوتی برای ورود به سلول جانوری استفاده می‌کنند.
  • بدون پوشش: برای ورود این ویروس‌ها به سلول پروتئین کپسید به گیرنده سلولی متصل شده و به‌وسیله اندوسیتوز وارد سلول می‌شود. به علاوه در بعضی ویروس‌های جانوری بدون پوشش اتصال کپسید به گیرنده با تغییر کنفورماسیون پروتئین‌های کپسومر و ایجاد کانال غشایی برای ورود یا تزریق ماده ژنتیکی به سلول میزبان همراه است. این سلول‌ها پس از تکثیر با جوان زدن از سلول میزبان خارج می‌شوند.
  • پوشش‌دار: این سلول‌ها به‌وسیله اندوسیتوز یا «هم‌جوشی» (Fusion) غشایی وارد سلول جانوری می‌شوند. اندوسیتوز این ویروس‌ها شبیه ویروس‌های بدون پوشش است اما برای ادغام پروتئین‌های هم‌جوشی در غشای ویروس به پروتئین‌های غشای میزبان متصل شده و نوکلئوکپسید وارد سیتوپلاسم می‌شود. این سلول‌ها پس از تکثیر با به‌هم ریختن غشای میزبان و القای آپوپتوز از سلول خارج می‌شوند.
• ویرو‌هاس گیاهی: ساختار سلول‌های گیاهی از دیواره سلولی محکم برای محافظت از سلول ساخته شده است. به همین دلیل ویروس‌های گیاهی برخلاف ویروس‌های جانوری از روش اندوسیتوز وابسته به گیرنده برای ورود به سلول میزبان استفاده نمی‌کنند. پوشش لیپیدی در بعضی ویرو‌س‌های گیاهی وجود دارد و ژنوم بیشتر این ویروس‌ها RNA تک‌رشته و مثبت است. این ویروس‌ها فقط وارد سلول گیاهی از قبل آسیب‌دیده می‌شوند. آلودگی ویروسی ممکن است از راه انتقال شیره به‌وسیله حشرات یا کرم‌ها (انتقال افقی) یا از راه وراثت به گیاه جدید (انتقال عمودی) منتقل شود. آلودگی ویروسی در گیاهان با تغییر رنگ یا ضخامت اندام‌های مختلف گیاه، رشد غیرطبیعی اندام (گال) یا نکروز بافت همراه باشد.

نحوه تکثیر انواع ویروس

تمام انواع ویروس برای تکثیر ماده ژنتیکی و بیان پروتئین‌های کپسید به سیستم میزبان نیاز دارند. آلوده‌سازی میزبان به‌وسیله ویروس از مراحل اتصال به سلول میزبان، ورود ماده ژنتیکی تنها یا همراه کپسید به سیتوپلاسم، همانندسازی و ترجمه ژن‌ها، سرهم‌شدن ژنوم در کپسید و خروج از سلول به‌وسیله جوانه زدن یا القای آپوپتوز تشکیل شده است.

فیلم آموزش ویروس شناسی Medical Virology در فرادرس

کلیک کنید

اتصال

ویروس‌ها برای ورود به سلول میزبان به مولکول‌های مختلف غشا (گلیکوپروتئین، فسفولپید یا گلیکولیپید) متصل می‌شوند. برای مثال ویروس آنفولانزا برای ورود به سلول‌های انسانی به سیالیک ‌اسید گلیکوپروتئین‌ها متصل می‌شود. بیشتر گیرنده‌های ویروسی ازجمله گیرنده‌های LDL و فاکتور رشد در حالت طبیعی فعالیت‌های سلول را کنترل می‌کنند. گیرنده‌های سلول ایمنی ازجمله CD4 گروه دیگر گیرنده‌های ویروسی در سلول‌های ایمنی هستند. به علاوه بعضی ویروس‌ها برای ورود به سلول به فاکتورهای کمکی گیرنده نیاز دارند. پس از اتصال، ویروس‌ها به‌وسیله هم‌جوشی، اندوسیتوز وابسته به گیرنده و اندوسیتوز بدون گیرنده وارد سلول میزبان می‌شود.

جدا شدن پوشش

ویروس‌ها پس از ورود به سلول با استفاده از سیستم میکروتوبول و موتورپروتئین‌های (داینئین) اسکلت سلولی به جایگاه تکثیر در سیتوپلاسم یا نزدیک هسته منتقل می‌شوند. در مرحله بعد ژنوم ویروسی از پوشش خارجی جدا می‌شود. اتصال ویروس به گیرنده‌های غشایی، آنزیم‌های اکسایش-کاهش، تغییرات یونی و فعالیت مولکول‌های سلول میزبان با تغییر کنفورماسیون جدا شدن پوشش ویروس را تسهیل می‌کنند. pH اسیدی اندوزوم‌ها یکی دیگر از عواملی است که با فعال کردن پروتئازهای ویروسی و تغییر نیروهای الکترواستاتیک بین بخش‌های مختلف ویروس، منجر به جدا شدن پوشش می‌شود.

همانندسازی و رونویسی ژنوم ویروس

همانندسازی، رونویسی و بیان ژنوم در انواع ویروس RNA دار و DNA دار با آنزیم‌های پلیمراز متفاوتی انجام می‌شود که بر اساس محل تکثیر ژنوم و نوع اسید نوکلئوئیک متفاوت است. DNA ویروس‌ها برای همانندسازی ژنوم از DNA پلیمرازهای وابسته به DNA میزبان و برای رونویسی از RNA پلیمراز وابسته به DNA میزبان استفاده می‌کنند. RNA ویروس‌های تک‌رشته‌ای (مثبت و منفی) به‌وسیله RNA پلیمراز وابسته به RNA ویروسی همانندسازی و رونویسی می‌شوند.

• همانندسازی حلقوی: این روش برای همانندسازی DNA تک‌رشته‌ای استفاده می‌شود. در این روش یک رشته مکمل (منفی) به‌وسیله آنزیم‌های میزبان از ژنوم ویروس (مثبت) سنتز و DNA دو رشته‌ای حلقوی تشکیل می‌شود. سپس آنزیم اندونوکلئاز ویروسی با برش بخشی از رشته مثبت انتهای $$3^\prime$$ و $$5\prime$$ آزاد ایجاد می‌کند. در این شرایط رشته منفی الگوی سنتز DNA جدید است. پس همانندسازی کامل رشته منفی، اندونوکلئاز ویروسی قطعات DNA تک‌رشته‌ای را از کل ژنوم همانندسازی شده به شکل DNA خطی جدا می‌کند. دو سر این رشته‌ها به‌وسیله آنزیم لیگاز به هم متصل شده و ssDNA حلقوی جدید ایجاد می‌کند.
• همانندسازی سنجاق‌سری: همانندسازی سنجاق‌سری روشی برای همانندسازی ssDNA خطی ویروس است. در انتهای DNA این ویروس‌ها یک ساختار سنجاق‌سری به نام «تکرارهای انتهایی معکوس» (Inverted Terminal Repeats | TRs) وجود دارد. پروتئین‌های آغازگر ویروسی با توالی خاصی در این موتیف برهم‌کنش داده و همانندسازی با استفاده از آنزیم‌های میزبان شروع می‌شود.
• همانندسازی دو طرفه: ویروس‌های هسته‌ای dsDNA به‌وسیله این مکانیسم ژنوم خود را تکثیر می‌کنند. DNA خطی سلول‌های یوکاریوتی با همین روش تکثیر می‌شوند. برای تکثیر DNA ویروسی آنزیم‌های پلیمراز، پروتئین‌های اتصالی به DNA تک‌رشته‌ای و توپوایزومرازها به توالی Ori ویروسی متصل شده و همانندسازی کامل می‌شود.
• همانندسازی RNA مثبت: ssRNA مثبت در سیتوپلاسم میزبان همانندسازی می‌شود. ابتدا پلی‌پروتئین ویروسی ضروری برای همانندسازی از ترجمه این RNA به‌وسیله ریبوزوم‌های میزبان سنتز می‌شود. رشته‌های dsRNA تشکیل شده در طول همانندسازی به‌وسیله سیستم ایمنی میزبان شناسایی می‌شود و برای فرار از این سیستم همانندسازی در غشای میزبان ادامه پیدا می‌کند. اسیدنوکلئوئیک دورشته‌ای ایجاد شده به RNA های مثبت تک‌رشته‌ای تجزیه می‌شود که الگوی همانندسازی مجدد یا ترجمه هستند.
• همانندسازی RNA دورشته‌ای: RNA دورشته‌ای در بدن انسان وجود ندارد و سیستم ایمنی به سرعت این مولکول را پاتوژن شناخته و از بین می‌برد. به همین دلیل همانندسازی و رونویسی ویروس‌های dsRNA معمولا داخل کپسید انجام شده و mRNA حاصل برای ترجمه به سیتوپلاسم سلول میزبان منتقل می‌شود.
• همانندسازی RNA منفی: تمام ویروس‌های ssRNA منفی به جز دلتاویروس‌ها از این روش برای همانندسازی ژنوم استفاده می‌کنند. در این ویروس‌ها RNA پلیمراز ویروسی در سیتوپلاسم میزبان RNA منفی را به مثبت تبدیل می‌کند. سپس RNA مثبت به‌وسیله سیستم ترجمه میزبان بیان شده و پروتئین‌های کپسید سنتز می‌شود. همانندسازی ویروس‌هایی که ژنوم چند قطعه‌ای دارند در هسته میزبان انجام می‌شود.
• همانندسازی پارارتروویروس‌ها: پارارتروویروس‌ها از انواع ویروس های dsRNA با ژنوم حلقوی هستند. همانندسازی ماده ژنتیکی این ویروس به‌وسیله پلیمرازهای میزبان در هسته رونویسی شده و «RNA پیش‌ژنومی» (Pregenomic RNA | pgRNA) تشکیل می‌شود. pgRNA وارد سیتوپلاسم شده و با استفاده از آمینواسیدها و ریبوزوم میزبان ترجمه می‌شود. آنزیم رونوشت‌بردار معکوس یکی از پروتئین‌های سنتز شده از ترجمه pgRNA است که dsDNA لازم برای تشکیل ویروس جدید را رونویسی می‌کند. ژنوم این ویروس‌ها برخلاف رتروویروس با ژنوم میزبان ادغام نمی‌شود.
• همانندسازی رتروویروس‌ها: رتروویروس‌ها از انواع ویروس های ssRNA و از خانواده ویروس‌های جانوری هستند که ژنوم ان‌ها با ژنوم میزبان ادغام می‌شود. آنزیم رونوشت‌بردار معکوس این ویروس‌ها پس از ورود به سیتوپلاسم میزبان ssRNA را به dsDNA رونویسی می‌کند. DNA تشکیل شده به‌وسیله کمپلکس منفذ هسته یا از بین رفتن غشا در تقسیم میتوزی میزبان وارد هسته می‌شود. «تکرارهای بلند انتهایی» (Long Terminal Repeats| LTRs) این DNA به‌وسیله آنزیم اینتگراز ویروسی شناسایی می‌شود. این آنزیم در DNA ویروسی برش ایجاد کرده و دو DNA با هم ادغام خواهد شد. با همانندسازی DNA میزبان DNA ویروسی نیز همانندی می‌شود.

تشکیل ویروس جدید

برای تشکیل ویروس جدید اسیدنوکلئوئیک ویروسی باید در کپسیدها قرار بگیرد. در ویروس‌های مارپیچی همزمان با همانندسازی ژنوم پروتئین‌های کپسید به ژنوم متصل می‌شود. اما کپسیدهای ۲۰ وجهی قبل از اتمام همانندسازی ژنوم و با خودآرایی (ساختارهای ساده) یا کمک پروتئین‌های ویروسی داربست (ساختارهای پیچیده) تشکیل می‌شود. در مرحله بعد DNA یا RNA وارد کپسید خواهد شد.

ویروس‌های پوشش‌دار برای خروج از میزبان از یکی از اندامک‌های غشادار (شبکه اندوپلاسمی یا دستگاه گلژی) یا غشای پلاسمایی جوانه می‌ژنند. در این فرایند برهم‌کنش پروتئین‌‌های کپسید با مولکول‌های غشا سبب خم شدن غشا و تشکیل پوشش لیپیدی اطراف کپسید می‌شود. اگر ویروس از غشای اندامک‌ها جوانه بژند، به‌وسیله اگزوسیتوز از سلول خارج خواهد شد. ویروس‌های بدون پوشش با استفاده از سیستم اگزوسیتوز بیا با القای آپوپتوز از سلول میزبان را ترک می‌کنند.

پاسخ ایمنی به انواع ویروس

سیستم ایمنی بدن از مکانیسم‌های دفاع ذاتی و اختصاصی برای از بین بردن انواع ویروس ها استفاده می‌کند. «گیرنده‌های تول لایک» (Toll-like Receptors | TLRs)، «رتینوئیک اسید» (Retinoic Acid-inducible Gene I | RIG-I) و «نود لایک» (NOD-like Receptors | NLRs) ازجمله گیرنده‌های شناخت الگو در غشای و سیتوپلاسم سلول‌های دندریتی، ماکروفاژها و سلول‌های پارانشیمی هستند که آنتی‌ژن‌های ویروسی را شناسایی می‌کنند.

TLR3، TLR7، TLR8و TLR9 گیرنده‌های سیتوپلاسمی هستند که ژنوم ویروس و dsRNA های حدواسط را شناسایی می‌کنند. گیرنده‌های سیتوپلاسمی RIG-I ژنوم RNA یا RNA رونویسی شده از DNA ویروسی و گیرنده‌های NLRs ژنوم ویروسی DNA را شناسایی می‌کنند. اتصال گیرنده به اسیدنوکلئوئیک ویروسی با رونویسی و ترشح فاکتورهای التهابی، سیتوکین‌ها و اینترفرون‌ها از سلول‌های ایمنی همراه است. اینترفرون آلفا و بتا دو پروتئین آنتی‌ویروسی مهم دفاع ذاتی بدن هستند که بیان ژن اینترفرون‌های دیگر را تحریک می‌کنند. این پروتئین‌ها با مهار پروتئین‌سازی در سلول میزبان تکثیر ویروس‌ها را مهار می‌کنند. «سلول‌های کشنده طبیعی» (Natural Killer | NK) از مهم‌ترین سلول‌های ایمنی ذاتی در برابر آنتی‌ژن‌های انواع ویروس هستند که به‌وسیله اینترفرون نوع I فعال می‌شوند. این سلول‌ها با ترشح سیتوکین، سلول‌های آلوده به ویروس را از بین می‌برند.

ایمنی اختصاصی ویروس

لنفوسیت‌های B پس از اتصال گیرنده به آنتی‌ژن‌های ویروسی محلول در لنف (پروتئین‌های کپسید) یا آنتی‌ژن همراه گیرنده‌های سلول‌های T کمک‌کننده فعال و به پلاستوسیت‌های آنتی‌بادی‌ساز و سلول‌های خاطره تمایز می‌یابند. اتصال آنتی‌بادی به این آنتی‌ژن‌های ویروسی ورود ویروس به سلول‌های سالم را مهار می‌کند. به علاوه اتصال پروتئین‌های سیستم کمپلمان به این آنتی‌بادی‌ها منجر لیز شدن ویروس و افزایش احتمال فاگوسیتوز آن می‌شود. سلول‌های T کشنده $$CD8^+$$ آنتی‌ژن ویروسی همراه با مولکول‌های MHC I در غشای سلول‌های ارائه‌کننده آنتی‌ژن (APC) و آنتی‌ژن همراه مولکول‌های MHC II در غشای سلول‌های آلوده به ویروس را شناسایی می‌کند. این سلول‌ها پس از اتصال به آنتی‌‌ژن تقسیم شده و سلول‌های T عمل‌کننده و خاطره تمایز می‌یابند.

گزانزیم و پرفورین‌ها پس از فعال شدن این لنفوسیت‌ها آزاد می‌شود. پرفورین‌ها پروتئین‌های هیدروفوبی هستند که با ایجاد کانال، ساختار غشای سلول میزبان را به‌هم ریخته و همزمان مسیری برای ورود گرانزیم به سلول ایجاد می‌کنند. گرانزیم پس از ورود به سلول مسیر آپوپتوزی را فعال کرده و ویروس‌ها از بین می‌روند. به علاوه در غشای لنفوسیت T فعال لیگاند Fas و در غشای سلول آلوده به ویروس گیرنده‌های Fas وجود داردو اتصال این پروتئین به گیرنده با فعال کردن مسیر آپوپتوز همزمان ویروس و سلول آلوده را از بین می‌برد.

لنفوسیت‌های T کمک‌کننده $$CD4^+$$ با فعال کردن سلول‌های B و T اولیه، ترشح سیتوکین و تشکیل سلول‌های T خاطره به ایمنی سلولی بدن در برابر انواع ویروس‌ها کمک می‌کنند. سلول‌های خاطره این لنفوسیت‌ها در برخورد مجدد با ویروس سریع‌تر از سلول‌های عمل‌کننده جدید پاسخ ایمنی ایجاد می‌کنند.

درمان بیماری های ویروسی

ترکیبات و روش‌هایی که برای از بین بردن ویروس‌ها استفاده می‌شود باید آنزیم‌ها و ساختارهای سلول هدف را از اسیدنوکلئیک و پروتئین‌های ویروسی را از هم تشخیص دهد. به علاوه سرعت تکثیر ویروس‌ها بسیار زیاد است و بسیاری از آن‌ها قبلا از ایجاد علائم بالینی در بدن پخش می‌شوند. به کمک واکنش‌ها می‌توان از شروع بیماری‌های ویروسی در بدن پیشگیری کرد. اما ترکیبات آنتی‌ویروسی به درمان بیماری‌هایی که واکسنی ندارد، کمک می‌کنند. این ترکیبات یکی از مراحل اتصال پروتئین ویروسی به غشای سلول هدف، جدا شدن پوشش، سنتز اسید نوکلئیک ویروس، بیان پروتئین‌های ویروسی و خارج شدن ویروس از میزبان را مهار می‌کنند. آنالوگ نوکلئوتیدها، مهارکننده آنزیم رونوشت‌بردار معکوس، مهارکننده پروتئاز، مهارکننده اینتگراز و مهارکننده هم‌جوشی انواع ترکیبات آنتی‌وایرال هستند.

• ترکیبات آنالوگ نوکلئوتیدها به پلیمرازهای ویروسی متصل شده و همانندسازی ژنوم مهار می‌کنند. به علاوه استفاده سلول از این ترکیبات برای رونویسی منجر به تشکیل mRNA غیرعملکردی، مهار پروتئین‌سازی و توقف تکثیر ویروس می‌شود.
• ترکیبات مهارکننده پروتئازها به جایگاه فعال آنزیم‌های مرحله انتهایی تشکیل ویروس متصل شده و برش پروتئین‌های پیش‌ساز gag را مهار می‌کند.
• ترکیبات مهارکننده اینتگراز در از بین بردن رتروویروس‌ها کاربرد دارند. این ترکیبات به جایگاه فعال اینتگراز متصل شده و از ورود DNA ویروسی به ژنوم میزبان جلوگیری می‌کنند. در نتیجه رونویسی ژن‌ها و تشکیل ویروس جدید مهار می‌شود.
• ترکیبات مهارکننده هم‌جوشی تغییر کنفورماسیون پروتئین‌ها سطحی و اتصال ویروس-میزبان را مهار می‌کنند.

واکسن ویروسی چیست؟

واکسن‌های ویروسی مثل واکسن‌های باکتریایی با فعال کردن یا تقویت ایمنی اختصاصی بدن از ابتلا به بیماری‌های عفونت پیشگیری می‌کنند. این واکسن‌ها با استفاده از ویروس کشته شده یا ضعیف شده تولید می‌شود. آنتی‌ژن ویروسی این واکسن‌ها لنفوسیت‌های B را فعال می‌کند. آنتی‌بادی‌های ترشح شده از این سلول‌ها برای مدتی در لنف و بافت مخاطی وجود دارد. به علاوه سلول‌های خاطره تشکیل شده سرعت ایجاد پاسخ ایمنی به ویروس را افزایش می‌دهد. پاسخ ایمنی ایجاد شده به‌وسیله ویروس‌ها کشته شده ضعیف‌تر است و نیاز به یادآور دارد.

فیلم آموزش واکسیناسیون و مراحل طراحی واکسن پروتئینی در محیط Insilico + گواهینامه در فرادرس

کلیک کنید

کدام ویروس ها در ایجاد تومور نقش دارند؟

ویروس‌های توموری از انواع DNA ویروس‌ها یا RNA ویروس‌هایی هستند که در مسیر همانندسازی آن‌ها DNA سنتز می‌شود. این ویروس‌ها با اضافه کردن توالی نوکلئوتیدی به ژن میزبان یا تغییر بیان ژن‌های قبلی تنظیم چرخه سلولی را تغییر می‌دهند. القای سرطان به‌وسیله این سلول‌ها نیاز به فاکتورهای کمکی محیطی یا سلولی (تغییر پروتئین‌های تنظیمی) دارد. جدول زیر شش خانواده ویروس‌های توموری نشان داده شده است.

این ویروس‌ها عفونت‌های طولانی‌مدت ایجاد می‌کنند. کاهش بیان ژن، تغییر محل تکثیر (HPV)، جهش آنتی‌زن‌های ویروسی (HIV)، القای تغییر مولکول‌های MHC I در غشای سلول میزبان (آدونوویروس و سیتومگاویروس)، مهار پردازش آنتی‌ژن و مهار سلول‌های ایمنی (HIV) مکانیسم‌های این ویروس‌ها برای فرار از سیستم ایمنی است. در بعضی از سلول‌ها ادغام بخشی از DNA ویروسی با DNA میزبان با افزایش بیان و ترشح فاکتورهای رشد و توموری شدن سلول‌های اطراف همراه است.

طبقه بندی انواع ویروس

ویروس‌ها را بر اساس مورفولوژی ویریون، ساختار ژنوم و روش‌های همانندسازی به خانواده‌های کوچک‌تر تقسیم و با پسوند ویرید (viridae-) نام‌گذاری می‌کنند. هر خانواده بر اساس تفاوت‌های زیستی، ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی، ژنومی و سرولوژی به زیرگروه‌های کوچک‌تر «جنس» (Genus) تقسیم و با پیوند ویروس (virus-) نا‌م‌گذاری می‌شوند. در ادامه این مطلب از مجله فرادرس ویژگی‌های چند خانواده از RNA و DNA ویروس‌های جانوری را توضیح می‌دهیم.

فیلم مجموعه آموزش میکروب شناسی و ویروس شناسی – از دروس دانشگاهی تا کاربردی در فرادرس

کلیک کنید

طبقه بندی DNA ویروس

DNA ویروس‌های جانوری به هشت خانواده تقسیم می‌شوند. شکل و اندازه کپسید، تعداد نوکلئوتیدهای ماده ژنتیکی و روش بافت هدف این ویروس‌ها متفاوت است.

• «پاروویریدها» (Parvoviridae) ویروس‌های بسیار کوچک (۱۸ تا ۲۶ nm) با تقارن مکعبی هستند. کپسید این ویروس‌ها زا ۳۲ کپسومر تشکیل شده است و پوشش لیپیدی ندارند. ژنوم پاروویریدها DNA خطی و تک‌رشته‌ای است که فقط در مرحله میتوز سلول‌های میزبان همانندسازی می‌کند و کپسید آن در هسته تشکیل می‌شود.
• «آنلوویریدها» (Anelloviruses) ویروس‌های ۲۰ وجهی و بدون غشا هستند که قطری حدود ۳۰ nm دارند. ژنوم این ویروس‌ها DNA حلقوی و تک‌رشته‌ای منفی است که از ۲ تا ۴ kb تشکیل شده است.
• اندازه «پلیوماویریدها» (Polyomaviridae) حدود ۴۵ nm است. کپسید این ویروس‌ها تقارن مکعبی و ۷۲ کپسومر دارد. این ویروس‌های مقاوم به گرما فاقد پوشش لیپیدی هستند. ژنوم پلیوماویرید DNA حلقوی و دورشته‌ای است که در هسته سلول میزبان همانندسازی می‌شود. بعضی جنس‌های این ویروس در سلول‌های انسانی سرطان ایجاد می‌کنند.
• پاپیلوماویرید از DNA حلقوی و دورشته (۸ Kb) و کپسیدی مکعبی تشکیل شده است. پوشش لیپیدی در این ویروس وجود ندارد و بعضی جنس‌های آن در اندام‌های تناسلی سرطان ایجاد می‌کنند.
• آدنوویوریدها ویروس‌های با اندازه متوسط (۷۰ تا ۹۰ nm) و فاقد پوشش لیپیدی هستند. کپسید این ویروس‌ها تقارن مکعبی دارد و گلیکوپروتئین‌های سطح آن به اتصال با سلول میزبان کمک می‌کند. ژنوم آن‌ها DNA دورشته‌ای (۲۶ تا ۴۸ Kb) است که در هسته میزبان تکثیر می‌شود. این ویروس‌ها با حمله به بافت مخاطی و لنفاوی انسان، بیماری‌های تنفسی، التهاب ملتحمه چشم و التهاب لوله گوارش ایجاد می‌کنند.
• هپادناویریدها ویروس‌های کوچک و غشادار با DNA حلقوی (۴۰ تا ۴۸ nm) هستند. بخش‌هایی از ژنوم این ویروس‌ها دورشته‌ای است. در همانندسازی این ویروس‌ها بخش‌های تک‌رشته همانندسازی شده، ژنوم رونویسی می‌شود و سپس آنزیم رونوشت‌بردار معکوس RNA را به DNA ژنومی رونویسی می‌کند. کپسید هپادناویریدها ۲۰ وجهی است و گلیکوپروتئین‌های غشای لیپیدی سیستم ایمنی انسان را تحریک می‌کند. سلول میزبان این ویروس‌ها هپاتوسیت‌های کبدی و ویروس هپاتیت B یکی از اعضای این خانواده است.
• «هرپس ویریدها» (Herpesviridae) ویروس‌های بزرگی با اندازه ۱۵۰ تا ۲۰۰ nm هستند که در انسان زخم‌های پوستی ایجاد می‌کنند. نوکلئوکپسید این ویروس‌ها تقارن مکعبی دارد و از ۱۶۲ کپسومر تشکیل می‌شود. پوشش لیپیدی روی کپسید این ویروس‌ها قرار دارد. ژنوم این ویروس‌ها DNA دورشته‌ای (۲۴۰ Kb) و خطی است.
• «پوکسویریدها» (Poxviridae) ویروس‌های بزرگ (۲۲۰ تا ۴۵۰ nm طول، ۱۴۰ تا ۲۶۰ nm عرض و ۱۴۰ تا ۲۶۰ nm ارتفاع) مکعب‌مستطیل یا تخم‌مرغی با پوشش لیپیدی هستند. ژنوم این ویروس‌ها DNA خطی (۱۳۰ تا ۳۷۵ Kb) و دورشته‌ای است. همانندسازی ژنوم ، رونویسی و تشکیل کپسید این ویروس‌ها در سیتوپلاسم سلول میزبان انجام می‌شود. RNA پلیمراز وابسته به DNA یکی از پروتئین‌های پوکسویرید است.

طبقه بندی RNA ویروس

RNA ویروس‌ها بر اساس تفاوت‌های مورفولوژی و ژنتیکی به ۱۷ خانواده تقسیم می‌شوند.

• «پیکورناویریدها» (Picornaviridae) ویروس‌های کوچک مقاوم به اتر با تقارن مکعبی و RNA تک‌رشته‌ای (مثبت) هستند. این ویروس‌ها در بافت لوله گوارش (Enteroviruses)، بینی (Rhinoviruses) و سلول‌های کبدی (Hepatovirus) تکثیر می‌شوند.
• آستروویریدها ویروس‌های هم‌اندازه پیکویریدها هستند اما ساختار کپسید آن‌ها شبیه ستاره است. RNA تک‌رشته، خطی و مثبت این ویروس‌ها از ۶٫۸ تا ۷ Kb نوکلئوتید تشکیل می‌شود. پوشش لیپیدی در این ویروس‌ها وجود ندارد. این ویروس‌ها عامل ایجاد التهاب روده در انسان و جانوران هستند.
• کلسی ویریدها یکی دیگر از RNA ویروس‌ها و فاقد پوشش لیپیدی هستند. RNA این ویروس‌ها تک‌رشته‌ای (۷٫ تا ۸٫۳ Kb) و مثبت است. نوروویروس‌های این خانواده در انسان و جانوران اپیدمی التهاب لوله گوارش ایجاد می‌کند.
• «هپویریدها» (Hepeviridae) ویروس‌های کوچک مقاوم به اتر و از انواع ویروس های RNA دار هستند. RNA تک‌رشته‌ای (۷٫۲ Kb) و مثبت این ویروس‌ها در کپسیدی فاقد پوشش لیپیدی قرار گرفته است. ویروس هپاتیت E انسان در این خانواده قرار دارد.
• «پیکوبیرناویریدها» (Picobirnaviridae) ویروس‌هایی با ساختار ۲۰ وجهی، بدون پوشش لیپیدی و RAN دورشته‌ای هستند.
• رئوویریدها ویروس‌های مقاوم به اتر، بدون پوشش لیپیدی با تقارن ۲۰ وجهی هستند. در کپسید این ویروس‌ها پروتئین‌های میله‌ای وجود دارد که در اتصال به سلول میزبان شرکت می‌کنند. RNA دورشته‌ای (۱۸ تا ۳۰ Kb) و خطی این ویروس‌ها در سیتوپلاسم میزبان تکثیر می‌شود. شکل روتاویروس‌های این خانواده عامل التهاب روده در انسان هستند.
• توگاویریدها از RNA تک‌رشته و مثبت، پوشش لیپیدی و کپسید پروتئینی تشکیل شده‌اند.
• فلاویویریدها از پوشش لپیدی و RNA تک‌رشته‌ای مثبت تشکیل شده‌اند. چرخه زندگی بیشتر این ویروس‌ها به دو بخش بدن بندپایان و جانوران تقسیم می‌شود.
• آرناویریدها ویروس‌هایی بزرگ از ۶۰ تا ۳۰۰ nm هستند که RNA تک‌رشته‌ای آن‌ها در سیتوپلاسم میزبان تکثیر شده و به‌وسیله جوانه زدن از سلول خارج می‌شوند.

• کروناویریدها از پوشش لیپیدی و RNA تک‌رشته‌ای مثبت تشکیل شده‌اند و قطر آن‌ها بین ۱۲۰ تا ۱۶۰ nm است. ماده ژنتیکی کروناویروس‌ها در سیتوپلاسم همانندسازی شده و ویروس کامل در این بخش تشکیل می‌شود.
• پوشش لیپیدی رتروویریدها کپسید ۲۰ وجهی این ویروس‌ها را می‌پوشاند. ژنوم این پاتوژن‌ها از دو نسخه RNA تک‌رشته (مثبت) و خطی مشابه تشکیل شده است. آنزیم رونوشت‌بردار معکوس به رونویسی و همانندسازی ماده ژنتیکی این ویروس‌ها در میزبان کمک می‌کند.
• ارتومیکسوویریدها به شکل کروی یا رشته‌ای هستند. در سطح کپسید این ویروس‌ها پروتئین‌های هموآگلوتینین یا نورامینیداز وجود دارد که سیستم ایمنی میزبان را فعال می‌کند. RNA تک‌رشته و منفی این ویروس‌ها در سیتوپلاسم رونویسی و ویریون با جوانه زدن از سلول خارج می‌شود. ویروس آنفولانزای انسانی در این خانواده قرار دارد.
• بونیاویریدها شکل کروی دارند. ژنوم این ویروس‌ها از سه قطعه RNA تک‌رشته‌ای منفی تشکیل شده است که لایه‌ای از پوشش لیپیدی اطراف آن قرار می‌گیرد. ژنوم ویروس در سیتوپلاسم همانندسازی شده و ویریون تشکیل می‌شود. بیشتر اعضای این خانواده به‌وسیله بندپایان به مهره‌داران منتقل می‌شوند.
• بورناویرید کروی و پوشش‌دار با RNA خطی و تک‌رشته‌ای منفی هستند. همانندسازی RNA این ویروس‌ها در هسته میزبان انجام می‌شود.
• رابدوویریدها RNA ویروس‌های پوشش‌دار هستند. ساختار این ویروس‌ها استوانه بسیار کوچک با یک قاعده صاف و یک قاعده برآمده است. «ویروس رابی» (Rabies virus) از اعضای این خانواده هستند.
• پارامیکسوویرید از RNA تک‌رشته‌ای و خطی تشکیل شده‌اند که در سیتوپلاسم همانندسازی و رونویسی می‌شود. در کپسید این ویروس‌ها پروتئن‌های هماگلوتینن وجود دارد.
• فیلوویرید از انواع ویروس های پوشش‌دار با RNA تک‌رشته‌ای منفی و خطی هستند. ویروس ابولا از اعضای این خانواده است.

جمع‌بندی

در این مطلب از مجله فرادرس توضیح دادیم که ویروس‌ها بر اساس ژنوم به انواع RNA و DNA ویروس، بر اساس کپسید به انواع دارای سر و دم، رشته‌ای، چندوجهی و مارپیچی تقسیم می‌شوند. همه این ویروس‌ها به سیستم رونویسی و ترجمه سلول میزبان برای تکثیر نیاز دارند. اما در بعضی از ویروس‌ها آنزیم‌های پلیمراز خود ویروس در همانندسازی ماده ژنتیکی شرکت می‌کند. سیستم ایمنی بدن انسان با ترشح مولکول‌های شیمیایی و القای آپوپتوز سلول‌های آلوده به ویروس در برابر این پاتوزن از بدن دفاع می‌کند.