ویروس شناسی چیست و چه کاربردی دارد؟ + معرفی بهترین منابع یادگیری

ویروس شناسی تمام جنبه‌های ویروس را از تکامل، ساختار، چرخه زندگی و عملکرد گرفته تا بیماری‌هایی که آن‌ها مسئول هستند و میزبان در برابر آن‌ها از خود محافظت می‌کند. مبانی علم ویروس شناسی پزشکی با سایر علوم زندگی، به ویژه میکروب شناسی و بیماری‌های عفونی در هم آمیخته است.

ویروس شناسی چیست؟

ویروس شناسی مطالعه ویروس‌ها و عوامل شبه ویروسی، از جمله، طبقه بندی آن‌ها، خصوصیات ایجاد کننده بیماری، کشت و ژنتیک آن‌ها بوده اما تنها محدود به همین نیست. ویروس شناسی اغلب بخشی از میکروب شناسی یا آسیب شناسی نیز در نظر گرفته می‌شود. ویروس‌ها ذرات عفونی بوده که مملو از مواد ژنتیکی (DNA یا RNA) هستند و خود را درون سلول‌های میزبان قرار می‌دهند، ماده ژنتیکی خود را به ژنوم میزبان می‌چسبانند و خود را تکثیر می‌کنند. ویروس شناسی مطالعه عفونت‌های ویروسی، مانند سرخچه، تبخال، هپاتیت و ایدز است.

فیلم آموزش ویروس شناسی Medical Virology در فرادرس

کلیک کنید

در طی سال‌های اولیه پیدایش ویروس شناسی این رشته وابسته به پیشرفت در علوم شیمی و فیزیک بود. با این حال، ویروس‌ها به زودی به ابزاری برای سنجش فرایندهای اساسی بیوشیمیایی سلول‌ها تبدیل شدند. به طور سنتی ویروس‌ها در یک جایگاه نسبتاً منفی به عنوان عوامل مسئول بیماری‌هایی که باید کنترل شده یا از بین بروند، مشاهده می‌شوند. با این حال، ویروس‌ها همچنین دارای خواص مفید خاصی هستند که می‌توانند برای اهداف مفید مورد بهره برداری قرار گیرند، همانطور که هم در ژن درمانی و هم در واکسن شناسی مشهود است.

اهمیت مطالعه ویروس شناسی

از آنجایی که بسیاری از عفونت‌های باکتریایی تسلیم درمان با آنتی بیوتیک‌ها شده اند، اکنون عفونت‌های ویروسی به تناسب تهدید بسیار بیشتری برای سلامت جامعه جهانی نسبت به یک قرن پیش محسوب می‌شوند. بیماری‌های ویروسی تلفات ویژه‌ای را در بین کودکان خردسال و نوزادان در کشورهایی که از نظر اقتصادی کمتر توسعه یافته اند و منابع بهداشتی در آن‌ها محدود است، ایجاد می‌کنند. به علاوه علاقه به ویروس‌هایی که باکتری‌ها را هدف قرار می‌دهند (باکتریوفاژها) به عنوان یک استراتژی جایگزین برای کنترل برخی از عفونت‌های باکتریایی مقاوم در برابر دارو به طور فزاینده‌ای وجود دارد. علاوه بر مشکلاتی که ویروس‌ها به طور مستقیم برای سلامتی انسان ایجاد می‌کنند، تهدیدی عمده برای دام و گونه‌های گیاهی نیز هستند و از این رو در تغذیه انسان و تأمین غذا از اهمیت زیادی برخوردار هستند.

سازگاری انسان با بیماری‌های دام و گیاهان در کشاورزی نقش عمده‌ای در توسعه تمدن‌ها داشته است. ویروس شناسی بسیار گسترده‌تر از ارتباط یک بیماری خاص با یک پاتوژن خاص است زیرا صدها ویروس جدید کشف شده اند که ظاهراً مربوط به هیچ بیماری پاتولوژیک شناخته شده‌ای از حیوانات یا انسان‌ها نیستند و بسیاری از این موارد ممکن است در آینده به بیماری‌های انسانی مرتبط باشند. کشف یک پاتوژن ویروسی جدید انسانی اغلب کشف عوامل مرتبط، اما ناشناخته‌ای را تحریک می‌کند که ممکن است در آینده تهدیدهایی برای سلامتی انسان ایجاد کنند. یک نمونه برجسته ظهور ویروس SARS، ویروس کرونا و انفجار متعاقب آن در دانش بشر از خانواده کرونا ویروس‌ها است. این امر به شناسایی سریع ویروس تنفسی انسانی دیگر یعنی ویروس MERS (ویروس کرونا و سندرم تنفسی) کمک کرد.

مطالعه ویروس ها

میکروارگانیسم‌های تک سلولی را می‌توان به ترتیب کاهش اندازه و پیچیدگی در سه دسته پروتوزوآ، قارچ‌ها و باکتری‌ها قرار داد. این میکروارگانیسم‌ها، هرچند کوچک و ساده اما سلول هستند. در چنین میکروارگانیسم‌هایی DNA به عنوان مخزن اطلاعات ژنتیکی است و همچنین گونه‌های مختلفی دارای RNA به عنوان ماده ژنتیکی خود هستند. این میکروارگانیسم‌ها با سنتز ترکیبات ماکرومولکولی (اسیدهای نوکلئیک، پروتئین‌ها، کربوهیدرات‌ها و لیپیدها) رشد می‌کنند و اکثر آن‌ها با شکافت دوتایی تکثیر می‌شوند. از طرف دیگر ویروس‌ها نه سلول هستند و نه میکروارگانیسم. ویروس‌ها اندامک‌های عملکردی (به عنوان مثال، میتوکندری، دستگاه گلژی، کلروپلاست‌ها و شبکه آندوپلاسمی) ندارند و بنابراین برای ماشین آلات تولید انرژی و سنتز ماکرومولکول‌ها کاملاً به میزبان وابسته هستند.

مورفولوژی اکثر ویروس‌ها به اندازه کافی مشخص است تا تصویر را به عنوان ویروس شناسایی کرده و ویروس ناشناخته‌ای را به خانواده مناسب اختصاص دهد. علاوه بر این، برخی از ویروس‌های غیر قابل کشت توسط میکروسکوپ الکترونی قابل تشخیص هستند. همچنین برخی از آزمایشاتی که می‌توانند برای شناسایی آنتی بادی‌های ویروسی مورد استفاده قرار گیرند شامل هماگلوتیناسیون، آزمایشات تثبیت مکمل، سنجش رادیویی، ایمونوفلورسانس، روش جذب کننده سیستم ایمنی مرتبط با آنزیم (ELISA)، رسوب رادیوایمنی و سنجش وسترن بلات است.

تکنیک‌های مولکولی مانند واکنش زنجیره ای پلیمراز (PCR) نیز به طور گسترده‌ای برای تشخیص ویروس فعال و همچنین برای تعیین وجود آنتی بادی علیه ویروس استفاده می‌شود. برخی از کاربردهای مختلف آزمایش PCR را می‌توان در ویروس شناسی بالینی تشخیصی و همچنین برای اهداف تحقیق در نظر گرفت. استفاده از فن آوری اسید نوکلئیک محور، پیشرفت‌های چشمگیری در شناسایی ویروس‌ها ایجاد می‌کند و می‌تواند با ترکیب برخی از تکنیک‌های مولکولی دیگر در ترکیب با تکنیک‌های مربوط به اسید نوکلئیک مطالعه ویروس‌ها را در علم ویروس شناسی ساده‌تر و کاربردی‌تر کند.

فیلم آموزش واکنش زنجیره ای پلیمراز PCR و طراحی پرایمر در فرادرس

کلیک کنید

ویروس چیست؟

ویروس یک انگل کوچک است که به تنهایی قادر به تولید مثل نیست. اگرچه سلول‌های حساس را آلوده می‌کند، با این حال، ویروس می‌تواند سیستم‌های داخل سلول را به سمت تولید ویروس‌های بیشتر هدایت کند. اکثر ویروس‌ها یا RNA یا DNA را به عنوان ماده ژنتیکی خود دارند، اسید نوکلئیک آن‌ها ممکن است یک رشته یا دو رشته باشد. کل ذره ویروس عفونی که ویریون نامیده می‌شود از اسید نوکلئیک و یک پوسته خارجی پروتئینی تشکیل شده است. ساده‌ترین ویروس‌ها به اندازه کافی RNA یا DNA فقط برای رمزگذاری چهار پروتئین را دارند. پیچیده‌ترین آن‌ها می‌توانند 100 تا 200 پروتئین را رمزگذاری کنند.

مطالعه ویروس‌های گیاهی از اولین آزمایشات در زیست شناسی مولکولی الهام گرفته است. در سال 1935، وندل استنلی ویروس موزاییک تنباکو (TMV) را تصفیه و تا حدودی متبلور کرد. ویروس‌های گیاهی دیگر به زودی ساختار کریستالی آن‌ها مشخص شدند. بسیاری از تحقیقات بعدی در مورد ویروس‌های باکتریایی و ویروس‌های حیوانی درک کاملی از ساختار ویروسی را فراهم کرده است و سلول‌های آلوده به ویروس به عنوان سیستم‌های مدل برای مطالعه جنبه‌های اساسی زیست سلولی بسیار مفید شناخته شده اند. در بسیاری از موارد، ویروس‌های DNA دار از آنزیم‌های سلولی برای سنتز ژنوم DNA و mRNA های خود استفاده می‌کنند. همه ویروس‌ها از ریبوزوم‌های سلولی طبیعی، tRNA ها و فاکتورهای ترجمه برای سنتز پروتئین‌های خود استفاده می‌کنند.

آیا ویروس زنده است؟

ویروس‌ها فقط حاوی یک نوع اسید نوکلئیک عملکردی DNA یا RNA هستند و هرگز هر دوی آن‌ها را باهم ندارند. از نظر تفاوت با میکروارگانیسم‌ها باید گفت که چرخه زندگی قابل تقسیم به دو مرحله کاملاً مشخصی ندارند. خارج از سلول میزبان، ویروس‌ها از نظر متابولیکی بی اثر هستند و می‌توانند به عنوان مجموعه‌ای از ماکرومولکول های بزرگ در نظر گرفته شوند، در طی این مرحله خارج سلولی چرخه زندگی ویروسی، انتقال ویروس به حرکات هوا و مایع و در بعضی موارد به چرخه زندگی ناقلین حشرات بستگی دارد.

فیلم آموزش علوم تجربی پایه نهم – بخش زیست و زمین شناسی در فرادرس

کلیک کنید

گرچه ویروس‌ها پس از ورود به سلول میزبان، با بسیاری از امکانات داخل بدن موجودات زنده زندگی می‌کنند اما از نظر متابولیکی فعال هستند از این رو که ژنوم ویروسی از ماشین همانندسازی میزبان برای تولید نسخه‌های ژنوم جدید گرفته تا پیام رسان ویروسی RNA و پروتئین‌های ویروسی (غالباً همراه با کربوهیدرات‌ها و لیپیدها)، همه جمع می‌شوند تا ویروسی جدید (ویریون، ذره ویروس کامل) ایجاد کنند. با توجه به این ویژگی‌ها ویروس‌ها را در مرز قرارگیری به عنوان موجود زنده ارزیابی می‌کنند.

در پاسخ به پرسش منشا ویروس‌ها در ویروس شناسی می‌توان گفت سه نظریه اصلی وجود دارند که سال‌ها مورد بحث قرار گرفته اند. اول اینکه ویروس‌ها ممکن است به عنوان ژن‌های یوکاریوتی فرار کرده باشند، یعنی توالی‌های اسید نوکلئیک که برای رمزگذاری پوشش‌های پروتئینی محافظ، تکامل یافته اند تا بتواند در خارج از محیط سلول زنده بمانند (ترانسپوزون‌ها و رتروترانسپوزون‌ها به عنوان پیش سازهای رترو ویروس‌ها پیشنهاد شده اند). دوم، ویروس‌ها ممکن است اشکال از بین رفته انگل‌های داخل سلولی باشند که اکثر عملکردهای سلولی را از دست داده اند (باکتری‌ها به عنوان پیش تولید کننده میتوکندری، کلروپلاست‌ها و ویروس‌های سلولی پیشنهاد شده اند) و سوم، ویروس‌ها ممکن است به طور مستقل همراه با سایر مولکول‌های بدوی منشا گرفته و با قابلیت‌های خود - تکثیری ایجاد شده باشند.

در صورت عدم وجود فسیل، اطلاعات در مورد تکامل ویروس تقریباً کاملاً به تجزیه و تحلیل توالی ژنوم ویروسی متکی است. به عنوان مثال، به نظر می‌رسد که ژن ویروسی گیاهی (یک عامل شبه ویروسی متشکل از RNA عفونی)، ویروس غده اسپیندل سیب زمینی، یک کپی RNA خودتکرار بخشی از DNA سیب زمینی میزبان است. بسیاری از ژن‌های ویروس‌های پاکس (خانواده‌ای از ویروس‌ها است که در انسان و سایر مهره‌داران و همچنین در بندپایان ایجاد بیماری می‌کنند) شبیه به میزبان‌های یوکاریوتی است. از تجزیه و تحلیل توالی ژنوم ویروسی به نظر می‌رسد که همه ویروس‌های شناخته شده فعلی از یک تک والد تکامل نیافته اند.

چرخه زندگی ویروس ها

چرخه‌های رشد ویروسی به عنوان لیتیک یا لیزوژنی طبقه بندی می‌شوند. سطح ویروس‌ها شامل نسخه‌های زیادی از یک نوع پروتئین است که به طور خاص به چندین نسخه از پروتئین گیرنده در سلول میزبان متصل یا به آن جذب می‌شوند. این فعل و انفعالات دامنه میزبان یک ویروس را تعیین کرده و روند عفونت را آغاز می‌کند. سپس، به یکی از روش‌های مختلف، DNA یا RNA ویروسی از غشای پلاسمایی به داخل سیتوپلاسم عبور می‌کند. مواد ژنتیکی وارد شده ممکن است هنوز با پروتئین‌های ویروسی داخلی همراه باشند، اگرچه در مورد بسیاری از باکتریوفاژها، تمام پروتئین‌های کپسید خارج از سلول آلوده باقی می‌مانند.

ژنوم اکثر ویروس‌های حاوی DNA که سلول‌های یوکاریوتی را آلوده می‌کنند (با برخی پروتئین‌های مرتبط) به هسته سلول منتقل می‌شود، جایی که DNA سلولی نیز در آن یافت می‌شود. DNA ویروسی پس از ورود به داخل سلول، با ماشین میزبان برای رونویسی DNA به mRNA در تعامل است. mRNA ویروسی که تولید می‌شود توسط ریبوزوم‌های سلول میزبان، tRNA و فاکتورهای ترجمه به پروتئین‌های ویروسی ترجمه می‌شود. بیشتر محصولات پروتئینی ویروسی به یکی از سه دسته زیر تقسیم بندی می‌شوند:

• آنزیم‌های ویژه مورد نیاز برای تکثیر ویروس
• عوامل بازدارنده‌ای که سنتز DNA ، RNA و پروتئین سلول میزبان را متوقف می‌کنند
• پروتئین‌های ساختاری مورد استفاده در ساخت ویروس‌های جدید

این پروتئین‌ها به طور کلی در مقادیر بسیار بیشتری نسبت به دو نوع دیگر ساخته می‌شوند. بعد از اینکه سنتز صدها تا هزاران ویروس جدید به پایان رسید، بیشتر سلول‌های باکتریایی آلوده و برخی سلول‌های گیاهی و حیوانی آلوده پاره یا لیز شده و همه ویروس‌ها به یکباره آزاد می‌شوند. در بسیاری از عفونت‌های ویروسی گیاهان و حیوانات، هیچ رویداد گسیخته‌ای وجود ندارد بلکه سلول میزبان مرده ویروس‌ها را آزاد می‌کند زیرا به تدریج از بین می‌رود. این رویدادهای جذب، نفوذ، همانند سازی و آزادسازی چرخه لیتیک ویروسی را توصیف می‌کند. نتیجه این تولید تعداد جدیدی از ذرات ویروسی و مرگ سلول است. در این حالت، ویروس‌ها از سلول میزبان جوانه می‌زنند و بدین ترتیب پوشش فسفولیپید خارجی خود را که بیشتر حاوی گلیکوپروتئین‌های ویروسی است، به دست می‌آورند.

در بعضی موارد، پس از ورود مولکول DNA باکتریوفاژ به سلول باکتریایی، ماده ژنتیکی آن در کروموزوم سلول میزبان ادغام می‌شود و در آنجا آرام می‌ماند و به عنوان بخشی از DNA سلول از نسلی به نسل دیگر تکثیر می‌شود. به این نوع ارتباط چرخه لیزوژنی گفته می‌شود و از DNA فاژ یکپارچه به عنوان پروفاژ یاد می‌شود. تحت شرایط خاص، DNA پروفاژ فعال شده و منجر به خارج شدن آن از کروموزوم سلول میزبان و ورود به چرخه لیتیک می‌شود. به ویروس‌های باکتریایی از این نوع، فاژهای معتدل گفته می‌شود. ژنوم تعدادی ویروس حیوانی همچنین می‌توانند در ژنوم سلول میزبان ادغام شوند که مهم‌ترین آن‌ها رتروویروس‌ها هستند. چند فاژ و ویروس حیوانی می‌توانند یک سلول را آلوده کرده و باعث تولید ویروسی جدید شوند بدون اینکه سلول از بین برود.

تاریخچه ویروس شناسی

ویروس‌ها و بیماری‌های ویروسی از هزاران سال قبل در مراکز علمی، کشاورزی و پزشکی مورد توجه بوده و برخی از بزرگ‌ترین چالش‌ها و پیروزی‌های انسان در علم ویروس شناسی بوده است. آبله یک نمونه بارز است و بزرگ‌ترین قاتل بشریت که به معنای واقعی کلمه تاریخ را در طول تسخیر اروپا در جهان جدید تغییر داد، همچنین تنها بیماری است که درتمام دنیا ریشه کن شده است. این دستاورد چشمگیر با شروع بررسی علمی بسیار خطرناک ادوارد جنر در سال 1796 که با تلقیح ضایعات آبله گاوی شروع شد که هدف آن محافظت در برابر ویروس «واریولا ماژور» (variola major) بود. تلاش هماهنگ واکسیناسیون جهانی در برابر آبله به رهبری سازمان بهداشت جهانی منجر به ریشه کن شدن این بیماری تا سال 1979 شد. موفقیت واکسیناسیون آبله تنها اولین مورد موفق در تحقیقات مهم و کشف شده با الهام از مطالعه ویروس‌ها بود.

در سال 1885، پاستور به دنبال تزریق اولین واکسن هاری به پسری به نام جوزف مایستر بود که توسط سگ هار به شدت گزیده شد، بنابراین مسیر استراتژی تولید واکسن از طریق فرایند ویروس کشته شده باز شد. دیمیتری ایوانوفسکی (1892) و مارتینوس بیجرینک (1898) نشان دادند که عامل ایجاد بیماری موزاییک در گیاهان توتون و تنباکو (اکنون ویروس موزاییک تنباکو [TMV] شناخته می‌شود) از طریق فیلترهای مخصوص به دام انداختن باکتری‌ها، عبور می‌کنند. در سال 1900 اولین ویروس انسانی، ویروس تب زرد و چرخه انتقال آن در بدن پشه توسط والتر رید، جیمز کارول با همکاری کمیسیون تب زرد ارتش ایالات متحده، در هاوانا، کوبا، (که توسط کارهای قبلی پزشک کوبایی کارلوس فایندلی هدایت می‌شد) کشف شد.

در سال 1970 هوارد تمین و دیوید بالتیمور به طور مستقل توانستند نشان دهند كه ویروس‌های آنكوژنیک حاوی یک آنزیم ترانس كریپتاز معكوس هستند، بنابراین توضیح می‌دهند كه چگونه یک ویروس RNA دار می‌تواند نسخه‌های DNA ژنتیکی خود را تولید كند. باکتریوفاژها به طور مستقل توسط Frederick Twort و Felix d’Herelle در سال ۱۹۱۵ کشف شدند که شیوع اسهال خونی را در میان نیروهای جنگ جهانی اول بررسی کردند. در دهه‌های بعدی قرن بیستم، بسیاری تصور می‌کردند که ویروس‌ها نمایانگر ذرات پروتئین عفونی هستند. در سال 1933 میکروسکوپ الکترونی توسط ارنست روسکا و ماکس نول اختراع شد و در سال 1938، بودو فون بوریس، هلموت روسکا و ارنست روسکا اولین میکروگراف الکترونی را از ویروس اکتروملیا (آبله مرغان) و ویروس واکسن منتشر کردند و به دنبال آن خیلی زود مشخص شد که تنوع زیادی در اندازه و شکل ویروس‌های مختلف وجود دارد.

ویروس های مفید کدام ها هستند؟

ویروس‌ها بیشتر به دلیل ماهیت تهاجمی و عفونی خود شناخته می‌شوند. درست است که اکثر ویروس‌ها با میزبان خود رابطه بیماری زایی دارند به این معنی که بیماری‌هایی از سرماخوردگی خفیف تا بیماری‌های جدی مانند سندرم حاد تنفسی (SARS) ایجاد می‌کنند. آن‌ها با حمله به سلول میزبان و در اختیار گرفتن ماشین آلات سلولی آن، ذرات ویروسی جدید ایجاد کرده که سلول‌های بیشتری را آلوده می‌کنند و باعث بیماری می‌شوند. اما همه آن‌ها بد نیستند. برخی ویروس‌ها در واقع می‌توانند باکتری‌ها را از بین ببرند یا برخی دیگر می‌توانند با ویروس‌های خطرناک‌تر مبارزه کنند. انسان همانند باکتری‌های محافظ (پروبیوتیک)، چندین ویروس محافظ نیز در بدن خود دارد.

فاژهای محافظ

باکتریوفاژها یا فاژها ویروس‌هایی هستند که باکتری‌های خاص را آلوده کرده و از بین می‌برند. آن‌ها در پوشش غشای مخاطی در دستگاه‌های هضم، تنفس و تولید مثل وجود دارند. مخاط ماده‌ای ژله مانند و ضخیم است که مانعی فیزیکی در برابر باکتری‌های مهاجم ایجاد می‌کند و سلول‌های زیرین را از آلوده شدن محافظت می‌کند. تحقیقات اخیر نشان می‌دهند که فاژهای موجود در مخاط بخشی از سیستم ایمنی طبیعی ما هستند و از بدن انسان در برابر حمله باکتری‌ها محافظت می‌کنند. فاژها برای درمان اسهال خونی، سپسیس (مسمویت خون به علت پاسخ بدن به سم عفونت) ناشی از استافیلوکوکوس اورئوس، عفونت‌های سالمونلا و عفونت‌های پوستی برای تقریباً یک قرن استفاده شده اند. منابع اولیه فاژهای درمانی شامل آب‌های محلی، آلودگی، هوا، فاضلاب و حتی مایعات بدن بیماران آلوده بودند. ویروس‌ها از این منابع جدا شده، خالص سازی شده و سپس برای درمان مورد استفاده قرار گرفتند.

با توجه به اینكه همچنان شاهد افزایش عفونت‌های مقاوم به دارو هستیم، فاژها مورد توجه قرار گرفته اند. اخیراً طی بررسی روشی درمانی، برای یک نوجوان در انگلستان هنگامی که از فاژها جهت درمان عفونت جدی که به آنتی بیوتیک‌ها مقاوم بود با موفقیت استفاده شدند، علارغم اینکه فرد نزدیک به مرگ بود. امروزه فاژها از نظر ژنتیکی مهندسی شده اند. سویه‌های جداگانه فاژها در برابر باکتری‌های هدف آزمایش می‌شوند و موثرترین سویه‌ها در غلظت زیاد خالص می‌شوند. سپس به صورت باکتریوفاژ ذخیره شده (کوکتل) نگه‌داری می‌شوند که حاوی یک یا چند سویه فاژ هستند و می‌توانند طیف وسیعی از باکتری‌ها را هدف قرار دهند یا به عنوان باکتریوفاژهای سازگار، که باکتری‌های خاص را هدف قرار می‌دهند، عمل کنند.

قبل از درمان، یک سواب از ناحیه آلوده به بیماری جمع آوری می‌شود، در آزمایشگاه برای شناسایی سویه باکتری کشت داده می‌شود و در برابر ذخایر فاژ درمانی آزمایش می‌شود. درمان می‌تواند با خیال راحت از طریق دهان انجام شود، مستقیماً بر روی زخم‌ها یا ضایعات باکتریایی اعمال شده و یا حتی روی سطح آلوده پخش شود. آزمایشات بالینی برای تزریق داخل وریدی فاژها ادامه دارد.

عفونت های ویروسی مفید

عفونت‌های ویروسی در سنین جوانی برای اطمینان از رشد مناسب سیستم ایمنی بدن مهم هستند. علاوه بر این، سیستم ایمنی بدن به طور مداوم توسط ویروس‌های سیستمیک در سطوح پایین برای مقاومت در برابر سایر عفونت‌ها تحریک می‌شود. برخی ویروس‌هایی که با آن‌ها روبرو می‌شویم از انسان در برابر عفونت توسط ویروس‌های بیماری‌زای دیگر محافظت می‌کنند. به عنوان مثال، ویروس‌های پنهان (غیر علامت دار) تبخال می‌توانند به سلول‌های کشنده طبیعی انسان (نوع خاصی از گلبول‌های سفید خون) کمک کنند سلول‌های سرطانی و سلول‌های آلوده به ویروس‌های بیماری‌زای دیگر را شناسایی کنند. آن‌ها سلول‌های کشنده طبیعی را با آنتی ژن‌ها (یک ماده خارجی که می‌تواند باعث ایجاد پاسخ ایمنی در بدن شود) مسلح می‌کنند این آنتی‌ژن‌ها به سلول‌های طبیعی کشنده بدن امکان می‌دهد سلول‌های تومور را شناسایی کنند.

این یک تاکتیک زنده ماندن توسط ویروس‌ها نیز است که در میزبان خود ماندگاری بیشتری داشته و باعث خلاص شدن از شر ویروس‌های رقابتی برای جلوگیری از آسیب رساندن به میزبان می‌شوند. در آینده، از ویروس‌های اصلاح شده‌ای از این دست می‌توان به طور بالقوه برای هدف قرار دادن سلول‌های سرطانی استفاده کرد. Pegivirus C یا GBV-C ویروسی است که علائم بالینی ایجاد نمی‌کند، مطالعات متعدد نشان داده است که بیماران HIV آلوده به GBV-C در مقایسه با بیماران بدون آلودگی به این ویروس عمر طولانی تری دارند.

این ویروس با مسدود کردن گیرنده‌های میزبان مورد نیاز برای ورود ویروس به سلول، پیشرفت بیماری را کُند کرده و باعث ترشح اینترفرون‌ها و سیتوکین‌های تشخیص دهنده ویروس (پروتئین‌های تولید شده توسط گلبول‌های سفید خون که التهاب و حذف سلول‌های آلوده یا پاتوژن‌ها را فعال می‌کنند) می‌شود. در مثالی دیگر، نشان داده شد در موش‌هایی که به آن‌ها آنتی بیوتیک داده می‌شود، نورو ویروس از روده محافظت می‌کنند. باکتری‌های محافظ روده که توسط آنتی بیوتیک‌ها از بین می‌روند، موش‌ها را مستعد ابتلا به عفونت‌های روده می‌کند. اما در صورت عدم وجود باکتری‌های خوب، این نورو ویروس‌ها توانستند از میزبان خود محافظت کنند.

کاربرد ویروس شناسی

با ظهور ویروس شناسی محققان چندین کاربرد برای این موجودات منحصر به فرد یافته اند و از آن‌ها در پزشکی و مهندسی ژنتیک بسیار استفاده شده است. تصور کنید ابزاری دارید که بتواند DNA خود را به سلول میزبان تزریق کند. امکانات استفاده از چنین ابزاری بی پایان است، این ابزار می‌تواند ویروس باشد. ویروس‌ها ابزاری فوق العاده مهم در مطالعه زیست شناسی سلولی و مولکولی هستند. از آنجا که ویروس‌ها با انتقال مواد ژنتیکی خود به هسته سلول میزبان، آن‌ها را آلوده می‌کنند، در بررسی عملکرد سلول‌ها مفید هستند. برخی از کاربردهای ویروس به شرح زیر بیان شده است.

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

کلیک کنید

اهمیت مطالعه ویروس ها در زیست شناسی

از ویروس‌ها در مطالعات زیست شناسی سلولی و مولکولی بسیار استفاده شده است. این ویروس‌ها مزیت ساده بودن سیستم‌هایی را دارند که می‌توانند برای دستکاری و بررسی عملکرد سلول‌ها مورد استفاده قرار گیرند. از ویروس‌ها در تحقیقات ژنتیک و درک ژن‌ها و تکثیر DNA، رونویسی، تشکیل RNA، ترجمه، تشکیل پروتئین و اصول ایمونولوژی بسیار استفاده شده است.

اهمیت مطالعه ویروس ها در پزشکی

از ویروس‌ها به عنوان وکتور یا ناقل استفاده می‌شود که مواد لازم برای درمان یک بیماری را به سلول‌های مختلف هدف می‌برند. آن‌ها به طور گسترده‌ای در مدیریت بیماری‌های ارثی و مهندسی ژنتیک و همچنین سرطان‌ها مورد مطالعه قرار گرفته اند. ویروس برای اینکه یک ناقل ویروسی مفید باشد، اصلاح می‌شود تا باعث بیماری نشود و فقط انواع خاصی از سلول‌ها را آلوده می‌کند. به روشی مشابه، در ویروس درمانی از ویروس‌ها برای اصلاح ژنتیکی سلول‌ها و بافت‌های بیمار استفاده می‌شود. ویروس درمانی نوید را به عنوان یک روش ژن درمانی، به ویژه در درمان سرطان نشان می‌دهد. ژن درمانی عبارت است از قرار دادن ژن‌ها در سلول‌ها و بافت‌های فرد برای درمان بیماری. در مورد یک بیماری ژنتیکی، ژن معیوب با یک ژن فعال جایگزین می‌شود.

اگرچه این فناوری هنوز جدید است، اما با موفقیت به کار رفته است. دانشمندان بر روی ژن درمانی برای بیماری‌های ناشی از نقص تک ژنی مانند فیبروز کیستیک، هموفیلی، دیستروفی عضلانی و کم خونی سلول داسی تمرکز کرده اند. در ژن درمانی، نسخه صحیح ژن با استفاده از وکتور ویروسی مانند آدنو ویروس نشان داده شده در شکل زیر، به سلول‌های انسانی وارد می‌شود.

اهمیت مطالعه ویروس ها در باکتریوفاژ تراپی

این گروه از فاژها اغلب به عنوان وکتور برای اصلاح ژنتیکی باکتری‌ها استفاده می‌شوند. آن‌ها ویروس‌های بسیار خاصی هستند که می‌توانند باکتری‌های بیماری‌زا را هدف قرار دهند، آلوده کرده و (در صورت انتخاب صحیح) آن‌ها را از بین ببرند. اعتقاد بر این است که باکتریوفاژها بیشترین نوع ویروس‌ها هستند که بیشتر ویروس‌های موجود در زمین را تشکیل می‌دهند. این‌ها ابزارهای اساسی در زیست شناسی مولکولی هستند و برای استفاده در درمان مورد تحقیق قرار گرفته اند.

اهمیت مطالعه ویروس ها در فناوری نانو

فناوری نانو با ذرات میکروسکوپی سروکار دارد که کاربردهای مختلفی در زیست شناسی و پزشکی دارند. همچنین از فناوری نانو در مهندسی ژنتیک استفاده شده است. از ویروس‌ها می‌توان به عنوان حامل توالی‌های اصلاح شده ژنتیکی ژنوم‌ها به سلول‌های میزبان استفاده کرد.

اهمیت ویروس شناسی در جنگ بیولوژیک

سلاح‌های بیولوژیکی شامل هر میکروارگانیسم (مانند باکتری‌ها، ویروس‌ها یا قارچ‌ها) یا سم (ترکیبات سمی تولید شده توسط میکروارگانیسم‌ها) موجود در طبیعت است که می‌تواند برای کشتن یا آسیب رساندن به افراد استفاده شود. ویروس‌ها ممکن است ریز باشند اما توانایی ایجاد بیماری، مرگ و ویرانگری در جمعیت‌های بزرگ از طریق بیماری‌های همه‌گیر و خطرناک را دارند. این مسئله که می‌توان از ویروس‌ها برای جنگ‌های بیولوژیکی استفاده کرد باعث نگرانی‌هایی در جامعه جهانی شده است.

ویروس شناسی در کشاورزی

از روش‌های اصلاح و مهندسی ژنتیک می‌توان برای ساختن ژنوم‌های اصلاح شده گیاهان و حیوانات استفاده کرد که می‌تواند توسط ویروس‌هایی که به عنوان وکتور یا وسیله حامل ژن عمل می‌کنند، انجام شود. این روش می‌تواند به تولید حیوانات و گیاهان تراریخته با بهره وری بیشتر منجر شود.

فیلم آموزش ویروس شناسی گیاهی مقدماتی در فرادرس

کلیک کنید

اهمیت ویروس شناسی در درمان سرطان چیست؟

مشابه روش‌های انجام شده روی گیاهان و حیوانات در کشاورزی به دلایل فنی و اخلاقی، برای اصلاحات ژنتیکی انسان‌ها تلاش نشده است. اما اصلاح ژن‌های سلول‌های افراد برای سال‌ها تحت تحقیق بوده است که به عنوان ژن درمانی شناخته می‌شود. عنصر اصلی ژن درمانی، ورود ژن‌های عملکردی به سلول‌های یک بیمار انسانی است. این ژن جدید عملکردهای مطلوب را نشان می‌دهد و ژن‌های معیوب یا غیر عملیاتی درون آن سلول‌ها را اصلاح می‌کند. در این میان شایع‌ترین هدف سرطان‌ها بوده است، تقریباً دو سوم از کل آزمایشات بالینی تا به امروز شامل تلاش برای بهبود انواع سرطان بوده است. ویروس‌های آدنو به طور گسترده‌ای به عنوان وکتور مورد استفاده قرار می‌گیرند و می‌توان آن‌ها را مهندسی کرد تا اختصاصیت را افزایش داده و اثرات ناخواسته را به حداقل برساند.

ویروس شناسی و واکسن ها

از زمان ادوارد جنر در واکسن‌ها از ویروس استفاده می‌شود. جنر از ویروس آبله گاوی برای تلقیح افراد در برابر عفونت آبله استفاده کرد. واکسن‌ها علیه فلج اطفال، سرخک، آبله مرغان و غیره از ویروس‌های زنده و ضعیف شده باعث بیماری یا ذرات ویروس مرده استفاده می‌کنند. این ذرات، هنگامی که به یک فرد سالم وارد می‌شوند، به سیستم ایمنی بدن کمک کرده تا ایمنی را در برابر ویروس شناسایی و ایجاد کند. بدن، ارگانیسم مهاجم را به یاد می‌آورد و در صورت عفونت بعدی به آن حمله کرده بنابراین از بیماری جلوگیری می‌کند. واکسن‌های هپاتیت B و ویروس‌های پاپیلومای انسانی به ترتیب از سرطان کبد و سرطان دهانه رحم جلوگیری می‌کنند. در هر دو از پروتئین‌های منتخب ویروس (واکسن های زیر

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

کلیک کنید

اهمیت مطالعه ویروس ها در VDEP

آنزیم درمانی پیش دارو با ویروس یا VDEPT یک روش درمانی است که به سلول‌های هدف آنزیمی وارد می‌شود که می‌تواند یک پیش ماده یا فرم غیر فعال داروی سیتوتوکسیک که به صورت سیستمیک تولید می‌شود را، فعال کند. بنابراین، فرم سیتوتوکسیک فعال دارو فقط در جایی تولید می‌شود که آنزیم مربوطه وجود داشته و فعال باشد. به عنوان مثال، یک آدنو ویروس بیان کننده آنزیم تیمیدین کینازِ (TK) ویروس هرپس سیمپلکس می‌تواند با تجویز سیستمیک گانسیکلوویر ترکیب شود که توسط TK فقط در سلول‌هایی که این آنزیم وجود دارد به شکل فعال خود تبدیل می‌شود. این روش در درمان اچ آی وی نیز استفاده می‌شود.

اهمیت ویروس شناسی در کنترل آفات بیولوژیکی

از ویروس‌ها می‌توان برای کنترل آفات آسیب رسان نیز استفاده کرد. به طور سنتی این امکانات در کشاورزی مورد استفاده قرار می‌گرفت، اما برنامه‌هایی در کنترل عوامل مهم برای سلامت انسان نیز وجود دارد. انواع عواملی که برای این منظور استفاده می‌شوند ممکن است گونه‌های هدف را شکار کنند، ممکن است انگل‌هایی در آفات هدف وجود داشته باشند که بیماری‌زا باشد یا باعث بیماری در گونه‌های هدف شود یا به عنوان رقیب همزیست با آن‌ها باشند. در این کاربرد ویروس‌هایی که برای کنترل آفات استفاده می‌شوند معمولاً عوامل بیماری زایی هستند که باعث بیماری گونه‌های هدف می‌شوند. از ویروس‌ها برای کنترل چندین گونه حشره و همچنین جلوگیری از خورده شدن توسط خرگوش‌ها استفاده می‌شود اگرچه مقدار کمی از کل سموم دفع آفات را به خود اختصاص می‌دهند.

عوامل بیولوژیکی می‌توانند اثرات طولانی مدت ایجاد کنند و در بعضی موارد قادر به گسترش در میان جمعیت هدف هستند. آن‌ها همچنین توسط آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده به طور ذاتی کمتر از سموم دفع آفات معمولی شناخته شده اند. از معایب آن‌ها می‌توان به محدوده عملکرد، تأثیر آهسته در مقایسه با عوامل شیمیایی، هزینه‌های بالای درمان اولیه، ثبات کم محیطی، به ویژه در نور خورشید و غیره اشاره کرد.

بهترین منابع مطالعه ویروس شناسی

در این بخش لیستی از بهترین کتاب‌ها برای مطالعه ویروس شناسی را معرفی می‌کنیم. با مطالعه ویروس شناسی شما در مورد طبیعت و خواص ویروس‌ها، باکتریوفاژها، انتقال ویروسی، ویژگی‌های برجسته اسیدهای نوکلئیک ویروسی، همانند سازی، ویروس‌ها و سرطان، پیشگیری و کنترل بیماری‌های ویروسی و همچنین کاربردهای ویروس شناسی آشنا خواهید شد. تعدادی از مهم‌ترین کتاب‌های ویروس شناسی معرفی شده در کل دنیا شامل موارد زیر هستند.

کتاب ویروس ها و سرطان انسان

تحقیقات در مورد ویروس‌های سرطان‌زا و سرطان‌های انسانی مرتبط در دهه گذشته به سرعت پیشرفت کرده است. با این حال، بیشتر مقالات به ویروس‌های خاص سرطانی و سرطان متمرکز هستند. در نتیجه نیاز به یک تک نگاری جامع و به روز وجود دارد که دانش گسترده و یکپارچه‌ای را ارائه دهد. ویروس‌ها و سرطان انسان از علوم پایه تا پیشگیری بالینی برای تأمین این نیاز با ارائه یک بررسی اجمالی پیشرفته از جنبه‌های اساسی و بالینی ویروس‌های انکوژنیک و سرطان‌های انسانی ایجاد شده است.

کتاب Viruses and Human Cancer از علوم پایه گرفته تا پیشگیری بالینی، با نیاز به ارائه یک مرور کلی در مورد جنبه‌های اساسی و بالینی ویروس‌های انکوژنیک و سرطان‌های انسانی ایجاد شده است. در این کتاب ویروس شناسی التهاب ناشی از ویروس و صدمات بافتی، مکانیسم‌های سرطان‌زا، اپیدمیولوژی و استراتژی‌های پیشگیرانه و درمانی فعلی و نوظهور، همه به تفصیل بحث شده اند. به علاوه، این کتاب جنبه‌های فردی هفت ویروس سرطان‌زا، یعنی ویروس هپاتیت B، ویروس هپاتیت C، ویروس پاپیلومای انسانی، «ویروس اپشتین بار» (Epstein-Barr virus)، ویروس لنفوتروپیک سلول T انسانی، ویروس تبخال مرتبط با سارکوم کاپوسی و ویروس پلیوم سلول مرکل و سرطان‌های انسانی مرتبط با آن را شامل می‌شود.

کتاب ویروس شناسی بالینی و تشخیصی

کتاب Clinical and diagnostic virology یک بعد جدید در کتاب‌های درسی ویروس شناسی است که اطلاعات را در قالب عملی ارائه می‌دهد و مشاوره را آسان می‌کند. بخش‌های 1 و 2 کتاب، ویروس‌های منفرد و سایر ارگانیسم‌های مرتبط را که اغلب متعلق به ویروس شناسی هستند، مانند کلامیدوفیلا، پوشش می‌دهد، در حالی که بخش 3 به سندرم‌های بالینی می‌پردازد. در این بخش شرایط بالینی به عنوان مثال عوامل ایجاد کننده ذات الریه غیر معمولی تحت پوشش قرار می‌گیرند. در این کتاب به طور اجتناب ناپذیری نیاز به مراجعه متقابل بین فصول برای پوشش دادن تمام جنبه‌های ویروس‌های خاص وجود دارد به عنوان مثال ویروس Epstein – Barr در فصل 43 در مورد بیماران مبتلا به نقص ایمنی و در فصل 44 در مورد بدخیمی‌‌های ویروسی ظاهر می‌شود.

فیلم آموزش میکروبیولوژی پزشکی – میکروب شناسی در فرادرس

کلیک کنید

بخش 4 تکنیک‌های تشخیصی را در بر می‌گیرد و با توصیف نحوه ارسال نمونه‌ها به آزمایشگاه آغاز می‌شود، جنبه‌ای که اغلب نادیده گرفته می‌شود. تکنیک‌های مختلف تشخیصی به طور خلاصه اما مختصر شرح داده شده است. این کتاب با بخش 5 در مورد مدیریت بیمار، از جمله کنترل عفونت، خلاصه می‌شود. یک قالب سازگار در سر فصل‌های مختلف وجود دارد که خواندن ساده آن را میسر می‌کند. متن به اندازه کافی با جداول و الگوریتم‌های مفید آمیخته شده است، اگرچه یک نمودار از تکثیر ویروس وجود دارد که درک بخش 1 از ویروس شناسی را آسان می‌کند. همچنین دیدن اطلاعات مفیدتر وب سایت مانند فصل 27 مربوط به SARS CoV و سایر ویروس‌های کرونا می‌تواند مفید باشد. نویسندگان این کتاب، آن را به عنوان یک کتاب درسی که می‌توان مرتباً به آن مراجعه کرد و اطلاعات را به راحتی و به آسانی پیدا می‌کند، مفید می‌دانند.

کتاب مقدمه ای بر ویروس شناسی مدرن

کتاب Introduction to Modern Virology بیش از 25 سال است که در دانشگاه‌ها تدریس می‌شود. در این کتاب یک گزارش یکپارچه از موضوع در سیستم‌های انواع میزبان‌های مختلف، با تأکید بر ویروس‌های انسانی و حیوانی را فراهم کرده و زمینه ویروس شناسی را از زیست شناسی مولکولی تا فرایندهای بیماری با استفاده از یک رویکرد سیستمی منحصر به فرد پوشش می‌دهد. فصل جدیدی در مورد بیماری‌های ویروسی انسان و حیطه‌هایی که به سرعت در حال توسعه هستند، مانند استفاده از ویروس‌ها به عنوان ناقلین ژن درمانی در این کتاب گنجانده شده است.

فیلم آموزش ویروس شناسی Medical Virology در فرادرس

کلیک کنید

همچنین در این کتاب به پیشگیری و درمان از طریق تکامل ویروس‌های در حال ظهور توجه ویژه‌ای شده است و در بخش‌های خاصی به چالش‌های عمده عفونی ناشی از اچ آی وی پرداخته می‌شود. این متن برای همه دانشجویان مقطع کارشناسی و کارشناسی ارشد زیست شناسی و پزشکی که مایل به تحصیل در ویروس شناسی هستند مناسب است.

کتاب خصوصیات ویروس های گیاهی: روش ها و پروتکل ها

کتاب Characterization of Plant Viruses: Methods and Protocols اطلاعات دقیق در مورد مراحل مورد استفاده از روش‌های بیولوژیکی - سرولوژیکی و اسید نوکلئیک برای بررسی، تشخیص و مدیریت ویروس‌های گیاهی را ارائه می‌دهد. این کتاب به شش قسمت اصلی تقسیم شده است، قسمت اول تکنیک‌های مورد استفاده در توصیف بیولوژیکی و انتقال ویروس‌ها را ارائه می‌دهد، در حالی که قسمت دوم شناسایی و تکنیک‌های مربوط به خصوصیات فیزیکی - شیمیایی ویروس‌ها را پوشش می‌دهد. بخش سوم بر بیان in vitro، تولید آنتی بادی‌های پلی کلونال و مونوکلونال و در سنجش‌های سرولوژیکی مختلف از جمله آزمایش‌های رسوبات، الایزا، روش سنجش ایمنی بلات، میکروسکوپ الکترونی جاذب ایمنی و سنجش‌های ایمنی جریان جانبی تمرکز دارد.

قسمت چهارم به جداسازی DNA و RNA از گیاهان و روش‌های مبتنی بر اسید نوکلئیک مانند لکه گذاری نقطه‌ای (dot-blot)، واکنش زنجیره‌ای پلیمراز، Real-time PCR، تقویت ایزوترمال با واسطه حلقه و رویکردهای توالی یابی نسل بعدی اشاره دارد. قسمت پنجم در مورد شبیه سازی، تعیین توالی، تجزیه و تحلیل توالی و تولید کلون‌های عفونی بحث می‌کند، در حالی که قسمت آخر (قسمت ششم) روش‌های بیوتکنولوژی را برای مدیریت ویروس‌ها ارائه می‌دهد.

کتاب ویروس شناسی: اصول و کاربردها

کتاب Virology: Principles and Applications مقدمه‌ای روشن و در دسترس برای مطالعه ویروس‌ها بوده و به ارائه یک منبع جامع که خواننده را قادر می‌سازد مفاهیم اصلی پیرامون این موضوع هیجان انگیز را درک کند می‌پردازد. خواننده با اصول ساختار ویروس، تکثیر و ژنتیک، همراه با تئوری‌های منشا ویروس‌ها و چگونگی تکامل آن‌ها آشنا می‌شود. در این کتاب با رویکردی مدرن به موضوع ارتباط ویروس شناسی با زندگی روزمره به وضوح تأکید شده و بحث در مورد ویروس‌های نوظهور، سرطان، واکسن‌ها، داروهای ضد ویروس و وکتورهای ژنی در آن گنجانده شده است. متنی ارزشمند برای دانشجویان زیست شناسی، میکروبیولوژی، زیست شناسی مولکولی و علوم پزشکی در دوره‌های ویروس شناسی بوده و همچنین منبع مفیدی برای دانشجویان سطح کارشناسی ارشد است که به دنبال مقدمه‌ای در دسترس برای یادگیری این شاخه هستند.

کتاب اصول ویروس شناسی: زیست شناسی مولکولی ، پاتوژنز و کنترل

کتاب Principles of Virology: Molecular Biology, Pathogenesis, and Control که برای پر کردن شکاف موجود بین متون مقدماتی ساده و بررسی‌های بسیار پیشرفته در مورد خانواده‌های بزرگ ویروسی طراحی شده است، تمام جنبه‌های ویروس شناسی را به مقاطع کارشناسی ارشد، دانشجویان تحصیلات تکمیلی و دانشجویان پزشکی معرفی می‌کند. این کتاب به بخش‌هایی با تمرکز بر موضوعات خاص و نه ویروس‌های جداگانه تقسیم شده است و به دانشجویان اجازه می‌دهد موضوعات مشترک را که در خانواده ویروس‌ها وجود دارد، تجسم کرده و بر ویژگی‌های مشترک ویروس‌های مختلف تأکید کنند. با بهره گیری از تجربه فراوان تدریس هر یک از نویسندگان برجسته آن اصول ویروس شناسی با استفاده از سیستم‌های شناخته شده و نشان دادن چگونگی استفاده از دانش به دست آمده از این ویروس‌های مدل برای مطالعه سیستم‌های ویروسی، نشان می‌دهد که چرا و چگونه ویروس‌های حیوانی و سیستم‌های ویروسی که دانش ما در مورد آن‌ها هنوز کاملاً محدود است، مطالعه می‌شوند.