ویروس یک واحد ژنتیکی عفونی است و از میان تمام انواع باکتری‌ها، ساختمانی کوچک‌تر دارد. ویژگی‌های «ویروس‌ها» (Viruses)، آن‌ها را در مرز بین موجود زنده و غیر زنده قرار می‌دهد. ویروس‌ها به طور معمول هر دو سلول‌های یوکاریوت‌ها (مانند حیوانات ، حشرات و گیاهان) و پروکاریوت‌ها (مانند باکتری ها) را آلوده می‌کنند. ماده ژنتیکی ویروس‌ها درون یک پروتئین محافظ جای دارد، همین پوشش محافظ ویروس‌ها را از پریون‌ها (عوامل عفونی که تنها از  پروتئین ساخته شده‌اند) و ویروئیدها (عوامل عفونی که نوکلئوتیدهایی از جنس RNA بدون پوشش پروتئینی هستند) متمایز می‌کنند.

ویروس‌ها انگل‌های داخل سلولی هستند، به این معنی که آن‌ها فقط با ورود به سلول میزبان و استفاده از ظرفیت‌ها و امکانات آن برای تولید مثل خود، می‌توانند تکثیر شوند. ویروسی که باکتری‌ها را آلوده می‌کند به عنوان یک باکتریوفاژ شناخته می‌شود که اغلب به صورت اختصاصی به آن‌ها «فاژ» (Phage) می‌گویند. ویروس‌ها بیماری‌هایی بسیاری را در بدن انسان ایجاد می‌کنند. بیماری‌های انسانی ناشی از عفونت ویروسی شامل سرماخوردگی، آنفولانزا، ابولا، آبله مرغان و ایدز است.

با اینکه بیماری‌های ویروسی توسط مکانیسم‌های مختلفی از جمله حشرات منتقل شده و شیوع پیدا می‌کنند، اما چنانچه جامعه انسانی قوانین و هنجارهای بهداشتی را به خوبی رعایت می‌کرد، کمتر با انواع ویروس‌های شایع در سراسر جهان مواجه بودیم. این قوانین شامل کارهای ساده‌ای مانند جلوگیری از انتشار و دفع حشرات، رعایت بهداشت در اماکن عمومی، رعایت بهداشت جنسی و انجام مراقبت‌های شخصی، واکسیناسیون و غیره است که می‌توانند در کاهش شیوع بیماری‌های همه گیر ویروسی موثر واقع شوند. در واقع گاهی برای کاهش شیوع بیماری‌های ویروسی و حتی درمان آن‌ها باید به آموزش بهداشت و مراقبت‌های شخصی در افراد و جامعه پرداخت.

ویروس‌ها به طور گسترده در سراسر زمین مانند اقیانوس‌ها، رودخانه‌ها، چشمه‌های آب گرم و در اعماق زیر زمین پراکنده شده‌اند.

منشا ژن‌های ویروسی، مانند ژن syncytin در ژن‌های پستانداران است، این ژن نقش محوری در تشکیل جفت در پروسه بارداری دارد، ژن syncytin در ژنوم بسیاری از ارگانیسم‌ها یافت می‌شود، این امر نشان می‌دهد که ویروس‌ها ممکن است، یکی از منابع تنوع ژنتیکی در دوره تکامل بوده‌اند.

به طور کلی ویروس‌ها موجودات غیر زنده محسوب می‌شوند، زیرا همه معیارهای تعریف معمول و مورد قبول زندگی در آن‌ها دیده نمی‌شود. از میان این معیارها می‌توان به این موارد اشاره کرد که ویروس‌ها غشای سلولی ندارند و به خودی خود نمی‌توانند غشا بسازند یا حتی متابولیسم انجام دهند. پاسخ قطعی به این سوال که آیا ویروس‌ها موجودات زنده‌ای هستند یا خیر هنوز وجود ندارد، زیرا برخی از ارگانیسم‌ها هستند که زنده به شمار می‌آیند اما ویژگی‌هایی مانند ویروس‌ها را از خود نشان می‌دهند.

مطالعه چرخه زندگی و فعالیت ویروس‌ها تحت عنوان علم ویروس شناسی شناخته شده است و به فردی که ویروس‌ها را مطالعه می کنند، ویروس شناس گفته می‌شود.

فیلم آموزشی آشنایی با نحوه عملکرد ویروس‌ها

ساختار ویروس‌

یک ذره ویروسی کامل به نام «ویرون» (Virion) شناخته می‌شود. ویرون‌ها کمی بیشتر از یک انتقال دهنده ژن‌ هستند، به طوری که دارای حداقل میزان نوکلئیک اسید بوده که توسط یک پوشش پروتئینی به نام «کپسید» (Capsid) پوشیده شده است.

کپسید از پروتئینی ایجاد شده که توسط ژنوم ویروس کدگذاری می‌شود و ممکن است ساختار کروی یا مارپیچ داشته باشد. این پروتئین‌ها همراه با اسیدهای نوکلئیک ساختارهایی به نام «نوکلئوپروتئین‌ها» (Nucleoproteins) را می‌سازند. ترکیب نوکلئوپروتئین‌ها و اسیدهای نوکلئیک ساختارهایی را ایجاد می‌کنند که به عنوان «نوکلئوکپسید» (Nucleocapsid) شناخته می‌شوند.

ساختمان ویروسی
شکل ۱: ساختمان ویروس؛ شکل‌گیری نوکلئوکپسید

مواد ژنتیکی

در گونه‌های مختلف ویروس هر دو نوع اسید نوکلئیک یعنی DNA و RNA یافت می‌شوند اما در هر ویروس فقط یکی از آن‌ها وجود دارد و هیچ ویروسی به طور همزمان دارای DNA و RNA نیست. در این مورد تنها یک استثنا وجود دارد؛ «سیتومگالویروس» (‌Cytomegalovirus)، نام ویروسی انسانی است که به طور همزمان یک DNA مرکزی و رشته mRNA دارد.

اسید نوکلئیک در گونه‌های مختلف ویروس‌ها به صورت تک رشته یا دو رشته است. بنابراین در ویروس‌ها اسیدهای نوکلئیک به چهار حالت دو رشته و تک رشته DNA و دو رشته و تک رشته RNA دیده می‌شوند.

در ویروس‌های حیوانی تمام حالت‌های رشته‌های اسیدهای نوکلئیک دیده می‌شود اما در گیاهان تنها حالت تک رشته ‌RNA قابل مشاهده است. اکثر باکتریوفاژها هم دارای دو رشته DNA هستند. علاوه بر این‌ها تک یا دو رشته‌های DNA می‌توانند به صورت خطی یا حلقوی باشند.

اندازه ژنوم یا به اصطلاح وزن نوکلئوتیدها در بین گونه‌های مختلف می‌تواند متفاوت باشد. کوچک‌ترین ژنوم که تنها ۴ پروتئین را کد می‌کند، وزنی برابر یا ۱۰6 دالتون دارد. در حالی که بزرگ‌ترین ژنوم ویروسی ۱۰۸ دالتون وزن داشته و بالغ بر ۱۰۰ پروتئین را کد می‌کند. برخی از ویروس‌ها نوکلئوتیدهای غیر طبیعی دارند. به عنوان مثال، این ویروس‌ها درون ژنوم خود به جای نوکلئوتید سیتوزین، هیدروکسی متیل سیتوزین دارند.

در ویروس‌هایی که دارای رشته‌های RNA هستند، این رشته‌ها به عنوان رشته مثبت (Plus Strand) یا رشته منفی (Minus Strand) شناخته می‌شوند. رشته مثبت RNA ویروسی با رشته mRNA یکسان است و می‌تواند بلافاصله توسط سلول میزبان به پروتئین ترجمه شود. رشته منفی RNA ویروسی، مکمل رشته mRNA است و بنابراین باید ابتدا توسط RNA پلیمراز به رشته مثبت تبدیل شود و سپس مورد ترجمه قرار گیرد.

همه ژنوم‌های دو رشته‌ای از جنس‌ RNA و بعضی از ژنوم‌های تک رشته‌ای RNA «قطعه قطعه» (Segmented) هستند و به بخش‌های جدا از هم تقسیم می‌شوند.

هر بخش در یک رشته ممکن است یک پروتئین را کد کند. همچنین بخش‌های مختلف معمولا با هم دیگر در یک کپسید قرار می‌گیرند. این نکته قابل توجه است که برای ایجاد عفونت و بیماری‌زایی همیشه لازم نیست که تمام بخش‌های ژنوم یک ویروس درون یک ذره یا کپسید قرار بگیرند.

ریخت شناسی یا مورفولوژی

به طور کلی ویروس‌ها از نظر شکل به ۴ دسته تقسیم می‌شوند. در هر چهار نوع یک کپسید وجود دارد که می‌تواند مارپیچ، بیست وجهی و یا ترکیبی از هر دو آن‌ها باشد. واحدهای پروتئین‌هایی که توسط ژنوم ویروسی کد می‌شوند، «پروتومر» ( Protomers) نام دارند و در کنار هم تجمع یافته و کپسیدها را شکل می‌دهند. تعداد کمی از ویروس‌ها کدهای پروتئین‌هایی که کپسید را می‌سازند، دارند اما این پروتئین‌ها به خودی خود نمی‌توانند با هم به شکل مجموعه‌ای، کپسید را بسازند.

ویروس‌های مارپیچی (Helical Viruses)

کپسیدهای مارپیچی یک نوع پروتومر محوری ایجاد می‌کنند که حول دایره مرکزی می‌چرخد و توسط لوله‌هایی که مانند پلکان مارپیچ هستند، احاطه می‌شود. این آرایش باعث تشکیل ویرون‌هایی میله‌ای شکل می‌شود که ممکن است کوتاه و محکم یا بلند و انعطاف پذیر باشند. ذرات ویروسی بلند مارپیچی باید انعطاف پذیر باشند تا از خراب شدن ساختار آن‌ها در فشارهای محیطی مختلف جلوگیری کنند.

مواد ژنتیکی ویروس در مرکز جسم لوله‌ای شکل قرار می‌گیرند و به این ترتیب از آسیب‌های محیط بیرون محافظت می‌شوند. در حالت کلی طول کپسیدهای مارپیچی وابسته به طول اسید نوکلئیکی است که درون آن‌ها قرار دارد، در حالی که قطر آن‌ها به طول کلی و آرایش پروتومرهای آن بستگی دارد. یکی از شناخته شده‌ترین ویروس‌هایی که کپسید مارپیچی دارد «ویروس موزائیک تنباکو» (Tobacco Mosaic Virus) است.

ویروس‌های مارپیچی
شکل ۲: ویروس‌های مارپیچی. الف: ساختار شماتیک یک ویروس مارپیچی را نشان می‌دهد. ب: تصویر تهیه شده توسط میکروسکوپ TEM از یک ویروس مارپیچی را به نمایش می‌گذارد.

ویروس‌های بیست وجهی (Lcosahedral Viruses)

کپسیدهای بیست وجهی متقارن ظاهری کروی از ویروس‌ها را در بزرگ‌ نمایی کم نشان می‌دهند. این کپسیدها از کپسومرهای آرایش یافته در یک الگوی هندسی منظم تشکیل شده‌اند که مانند توپ فوتبال هستند با این که آن‌ها دقیقا کروی نیستند.

کپسومرها ساختارهای حلقه مانندی هستند که از ۵ یا ۶ کپی از پروتومرها ساخته شده‌اند. این ساختارها از طریق پیوندهای غیر کووالانسی، اسید نوکلئیک هسته را احاطه می‌کنند.

تعداد پروتئین‌های لازم برای تشکیل کپسید ویروس‌های کروی با عبارت عدد T نمایش داده می‌شود که براساس فرمول  «60×T»  تعداد پروتئین‌ها بدست می‌آید. در مورد ویروس هپاتیت B عدد T برابر با ۴ است، بنابراین پروتئین‌های لازم برای تشکیل کپسید آن برابر با  ۲۴۰ می‌شود.

ویروس بیست وجهی
شکل ۳: ساختمان ویروس بیست وجهی. الف: شکل شماتیک از ساختار ویروس چند وجهی را نشان می‌دهد. ب: تصویر آدنوویروس یک ویروس چند وجهی است که توسط میکروسکوپ TEM به دست آمده است.

ویروس‌های پوشش دار (Enveloped Viruses)

علاوه بر کپسید برخی از ویروس‌ها می‌توانند غشای پلاسمایی تغییر یافته‌ای از سلول میزبان آلوده شده را در اطراف خود به عنوان غشای محافظ قرار دهند. این غشا دارای یک لایه لیپید بیرونی است که «پاکت ویروسی» (Viral Envelope) نام دارد.

این غشای خارجی با پروتئین‌هایی پوشیده شده که بوسیله ژنوم ویروسی و ژنوم میزبان کد می‌شوند. در حالی که لیپید غشایی و تمام کربوهیدرات‌های موجود در آن از سلول‌ میزبان تهیه شده‌اند. پاکت ویروسی فوایدی برای ویرون دارای پاکت نسبت به ویرون بدون پاکت دارد به عنوان مثال، پاکت ویروسی، از ویرون در برابر آنزیم‌ها و ترکیبات شیمیایی محافظت می‌کند.

پروتئین‌هایی که روی پاکت ویروسی قرار دارند شامل گیلکوپروتئین‌ها هستند که به عنوان گیرنده‌های مولکولی عمل کرده و باعث می‌شوند که سلول‌های سالم، ویرون‌ها را به عنوان سلول بیگانه تلقی نکنند و همین امر موجب جذب آسان ویرون‌ها به درون سلول می‌شود. باید در نظر داشت که برخی از ویروس‌ها بسیار وابسته به پاکت ویروسی هستند به طوری که اگر پاکت ویروسی از آن‌ها جدا شود، تمام عملکردهای ویروس از بین می‌رود. تمام ویروس‌ها مانند ویروس‌های مارپیچی و چند وجهی می‌توانند دارای پاکت یا پوشش ویروسی باشند.

ویروس‌های دارای پاکت ویروسی
شکل ۴: ویروس‌های دارای پاکت ویروس

ویروس‌های پیچیده

«ویروس‌های پیچیده» (Complex ‌Viruses)، کپسیدی دارند که نه کاملا مارپیچ و نه کاملا بیست وجهی است، بلکه ممکن است دارای ساختارهای اضافه‌ای مانند دم‌های پروتئینی یا کمپلکس‌های دیواره خارجی باشند. باکتریوفاژها ساختمان پیچیده دارند که شامل یک سر بیست وجهی است که به یک دم مارپیچی توسط یک پروتئین طوقی و یک صفحه پایه‌ای شش ضلعی همراه با فیبرهای پروتئین‌های دمی که از آن بیرون زده‌اند، متصل شده است.

ساختمان باکتریوفاژ
شکل ۵: ساختمان باکتریوفاژ

«ویروس آبله» (Poxviruses) ویروس بزرگ و پیچیده‌ای است که یک ساختار ظاهری غیر عادی دارد. ژنوم ویروسی آن همراه با پروتئین‌های آن درون یک ساختار دیسکی شکل به نام «نوکلئوید» (Nucleoid) قرار گرفته‌اند. این نوکلئوید با غشا و «دو جسم کناری» (Lateral Bodies) با عملکردی ناشناخته، آن را احاطه کرده‌اند. پاکت خارجی ویروس با لایه ضخیمی از پروتئین‌های سطحی پوشیده شده است. ساختمان کلی ویروس ساختاری چند شکلی دارد و اشکال تخم مرغی تا هرمی در آن دیده می‌شوند.

ساختمان ویروس آبله
شکل ۶: ساختمان ویروس آبله

اندازه ویروس

ویروس‌هایی که تاکنون مورد مطالعه قرار گرفته‌اند، قطرهایی بین 10 تا 400 نانومتر دارند. برای که بتوانید تصور کنید اندازه آن‌ها چقدر است، یک ویروس با اندازه متوسط در کنار حشره کک تقریباً برابر با اندازه انسان در کنار کوهی دو برابر کوه اورست است.

بیشتر ویروس‌ها با میکروسکوپ نوری قابل مشاهده نیستند، بزرگترین آن‌ها تقریباً به اندازه کوچکترین باکتری‌ها هستند. هر دو میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و عبوری (TEM) معمولاً برای تصویر برداری و مشاهده ذرات ویروسی به کار می‌روند.

طبقه‌بندی ویروس‌ها

در تاکسونومی، طبقه‌بندی ویروس‌ها به دلیل فقدان سوابق فسیلی و اختلاف نظر در مورد این که آن‌ها موجودات زنده هستند یا غیر زنده، بسیار مشکل است. آن‌ها به راحتی در هیچ یک از حوزه‌های طبقه‌بندی زیستی قرار نمی‌گیرند و بنابراین طبقه‌بندی ویروس‌ها از سطح خانواده آغاز می‌شود.

برای حوزه‌ای که بتوان ویروس‌ها را در آن قرار داد نام «Acytota» پیشنهاد شده است. Acytota به معنی ساختارهای فاقد سلول است. قرار دادن ویروسٰ‌ها در یک حوزه جداگانه بین سایر موجودات دارای حوزه مانند «آرکی‌ها» (Archaea) و «یوباکترها» (Eubacteria) و «یوکاریوت‌ها» (Eukarya) برای مطالعه بهتر آن‌ها مفید واقع می‌شود.

لازم به ذکر است که در حال حاضر هنوز همه‌ خانواده‌های ویروسی در رده‌ها و همه جنس‌های ویروسی در خانواده‌ها طبقه‌بندی نمی‌شوند. برخی ویروس‌های گیاهی هنوز در هیچ خانواده ویروسی قرار نگرفته‌اند. به عنوان نمونه، ویروس آبله مرغان در رده‌بندی ویروسی به صورت زیر می‌توان طبقه‌بندی کرد: این ویروس متعلق به خانواده Herpesviridae، زیر خانواده Alphaherpesvirinae و جنس Varicellovirus است.

ساختار کلی طبقه‌بندی به شرح زیر است.

  • رده (virales)
    • خانواده (viridae)
      • زیر خانواده (virinae)
        • جنس (virus)
          • گونه‌ها (virus)

کمیته بین‌المللی طبقه‌بندی ویروس‌ها، سیستم طبقه‌بندی فعلی را توسعه داده و دستورالعمل‌هایی را ارائه داده است که برای حفظ یکنواختی خانواده، به ویژگی‌های خاص ویروس‌ها توجه شود.

به همین منظور، تاکسون‌شناسان باید برای طبقه‌بندی ویروس‌ها موردی مانند نوع اسید نوکلئیک موجود و تعداد رشته‌های آن (اسید نوکلئیک می‌تواند تک رشته‌ای یا دو رشته‌ای باشد) و وجود یا عدم وجود یک پوشش ویروس (پوششی لیپوپروتئینی که بعضی اوقات نوکلوکپسید را احاطه می‌کند) را در نظر بگیرند. پس از این سه ویژگی اصلی، می‌توان ویژگی‌های دیگری را برای طبقه‌بندی ویروس‌ها در نظر گرفت که از جمله می‌توان به نوع میزبان، شکل کپسید، ویژگی‌های ایمنی و نوع بیماری که ایجاد می‌کنند، اشاره کرد.

ریشه نام گذاری ویروس

کلمه ویروس ریشه لاتین دارد. در این زبان، ویروس به هر چیزی که به سم و چیزهای مضر دیگر اشاره دارد، می‌گویند. این کلمه برای اولین بار در سال 1392 به زبان انگلیسی وارد شد. کلمه Virulent، از کلمه لاتین Virulentus به معنی مسموم، مربوط به سال 1400 است.

قبل از این که زیست شناس روسی – اوکراینی «دیمیتری ایوانوفسکی» (Dmitry Ivanovsky) ویروس‌ها را در سال 1892 کشف کند، عبارت «عامل ایجاد کننده بیماری عفونی» (Agent that causes Infectious Disease) برای اولین بار در سال 1728 مطرح شد. صفت ویروسی یا Viral نیز در سال ۱۹۴۸ مطرح شد.

دیمیتری ایوانوفسکی
تصویر ۷: «دیمیتری ایوانوفسکی»، کسی که اولین بار موفق به کشف ویروس‌ها شد.

امروزه، کلمه ویروس برای توصیف ویروس‌های بیولوژیکی بحث شده در بالا و همچنین به عنوان استعاره‌ای برای سایر موارد مانند ویروس‌های رایانه‌ای (از سال 1972) استفاده می‌شود.

زندگی ویروس‌ها

بحث درباره اینکه ویروس‌ها واقعاً زنده هستند یا نه همچنان ادامه دارد. در حالی که دانشمندان مشکلی برای طبقه‌بندی یک اسب به عنوان موجود زنده ندارند و می‌توانند روابط تکاملی بین آن و سایر حیوانات را مشاهده کنند، اما وقتی آن‌ها به بررسی چیزهای ساده‌تر مانند ویروس‌ها، ویروئیدها و پریون‌ها می‌پردازند، اوضاع پیچیده‌تر می‌شود.

ویروس‌ها به دلیل اینکه می‌توانند تولید مثل کنند، به موجودات زنده شبیه بوده و دارای نوکلئیک اسید هستند و همچنین می‌توانند به تغییرات شرایط محیط زیست خود به روشی محدود پاسخ دهند. با این حال، بر خلاف سایر اشکال ثابت موجودات زنده، آن‌ها ساختار سلولی (به عنوان واحد اساسی سازنده هر موجود زنده) ندارند.

از طرفی دیگر ویروس‌ها فاقد سابقه فسیلی هستند و همین امر باعث می‌شود که بررسی روابط فیلوژنتیک‌ یا درخت تکاملی آن‌ها با مشکلاتی مواجه شود. علاوه بر موارد گفته شده باید این مورد را نیز مد نظر داشت که اگرچه ویروس‌ها قادر به تولید مثل هستند اما آن‌ها این کار را بدون استفاده از یک سلول دیگر به عنوان میزبان نمی‌توانند انجام دهند، بنابراین ویروس‌ها برای ادامه زندگی و سنتز و تولید پروتئین‌ها و سایر عواملی که برای تولید مثل لازم دارند، نیازمند سلول‌های دیگر هستند.

سؤالات دیگری که در این مورد مطرح است شامل طبقه‌بندی ویروس‌ها در درخت تکاملی و پیامدهای آن است. اگر ویروس‌ها به عنوان موجودات زنده تلقی شوند، معیارهای تعیین کننده یک موجود زنده نیز تغییر می‌کند و این سوال مطرح می‌شود که واقعا پیش نیازهای اصلی برای تعیین زنده بودن یک موجود چیست؟ آیا ذرات عفونی دیگر، مانند ویروئیدها و پریون‌ها را به عنوان اشکالی از موجودات زنده می‌توان در نظر گرفت؟ اگر ویروس‌ها به عنوان موجودات زنده در نظر گرفته شوند، کاملا منطقی به نظر می‌رسد که جواب مثبت باشد.

منشا ویروس‌ها

منشأ ویروس‌های جدید کاملاً مشخص نیست و ممکن است یک مکانیسم واحد برای منشا ایجاد ویروس‌ها وجود نداشته باشد. از آنجا که ویروس‌ها نمی‌توانند فسیل تشکیل دهند، تکنیک‌های مولکولی در فرضیه نحوه ظهور آن‌ها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. تحقیقات در مورد شناسایی میکرو فسیل‌ها و زیست‌شناسی مولکولی هنوز هم می‌تواند شواهد فسیلی مربوط به دوره آرکی‌ها یا «پروتروزوییک‌ها» (Proterozoic) را تشخیص دهد. در حال حاضر دو فرضیه اصلی وجود دارد:

  • ویروس‌های کوچک با تنها چند ژن ممکن است، بخش‌هایی از اسیدهای نوکلئیک فراری باشند که از ژنوم یک ارگانیسم زنده دیگر نشات می‌گیرند. مواد ژنتیکی آن‌ها می‌تواند از عناصر ژنتیکی قابل انتقال مانند «پلاسمیدها» (DNA دو رشته‌ای جدا شده از DNA کروموزومی هستند که در باکتری‌ها به فراوانی یافت می‌شوند) (‌Plasmids) گرفته شده باشد. پلاسمیدها توانایی حرکت دارند و می‌توانند از سلول خارج شده و وارد ژنوم ارگانیسم‌های دیگر شوند.
پلاسمیدهای باکتری
شکل ۸: پلاسمید در سلول‌های باکتری
  • ویروس‌های دارای ژنوم بزرگتر، مانند Poxviruses، ممکن است روزی سلول‌های کوچکی بوده‌اند که به عنوان انگل روی سلول‌های میزبان بزرگتر زندگی می‌کردند. با گذشت زمان، ژن‌هایی که برای سبک زندگی انگلی‌ آن‌ها مورد نیاز نبودند، در یک روند ساده‌سازی از بین رفتند. دو باکتری «ریکتسیا» (Rickettsia) و «کلامیدیا» (Chlamydia) سلول‌های زنده‌ای هستند که مانند ویروس‌ها فقط می‌توانند در سلول‌های میزبان تولید مثل کنند. وجود آن‌ها به این فرضیه اعتبار می‌دهد، زیرا احتمالاً آن‌ها به نفع سبک زندگی انگلیشان ژن‌هایی را از دست داده‌اند که امکان زنده ماندن در خارج از سلول میزبان را برای آن‌ها فراهم می‌کردند.

سایر ذرات عفونی نیز وجود دارند که ساختاری ساده‌تر از ویروس‌ها دارند که شامل «ویروئیدها» (Viroids)، «پریون‌ها» (Prions) و «ماهواره‌ها» (Satellites) (عوامل زیر ویروسی متشکل از اسیدهای نوکلئیک هستند که برای تولید مثل در سلول میزبان به عوامل ویروسی نیاز دارند) هستند.

بیماری‌های ویروسی انسان

نمونه‌هایی از بیماری‌های مشترک انسانی ناشی از ویروس‌ها شامل «سرماخوردگی» (The Cold)، «آنفولانزا» (The Flu)، «آبله مرغان» (Chicken Pox) و «تبخال» (Cold Sore) هستند. علاوه بر این‌ها، ویروس‌ها می‌توانند بیماری‌های کشنده و مهلکی را نیز در انسان ایجاد کنند، از این گروه بیماری‌ها می‌توان به «ابولا» (Ebola)، «ایدز» (AIDS)، «آنفولانزای مرغی» (Bird Flu) و «سارس» (SARS) اشاره کرد. توانایی نسبی ویروس‌ها در ایجاد بیماری با اصطلاح Virulence یا شدت بیماری‌زایی توصیف می‌شود.

ردیابی، تخلیص و تشخیص ویروس‌ها

در آزمایشگاه، چندین روش برای رشد و شناسایی ویروس‌ها وجود دارد. تخلیص ذرات ویروسی را می‌توان با استفاده از روش‌های سانتریفیوژ افتراقی، سانتریفیوژ گرادیان، رسوب‌گذاری با سولفات آمونیوم یا اتیلن گلیکول و حذف اجزای سلولی از یک مخلوط سلولی همگن با استفاده از حلال‌های آلی یا آنزیم‌ها (در این حالت ذرات ویروس در محلول باقی می‌مانند) انجام داد.

آزمون‌هایی که برای شناسایی و شمارش ویروس‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند، عبارتند از:

  • سنجش «هماگلوتیناسیون» (Hemagglutenation): روشی برای اندازه گیری کمی تعداد ذرات ویروسی در محلول گلبول‌های قرمز است، که با بررسی میزان رسوب یا آگلوتینه شدن ویروس‌ها در بین آن‌ها انجام می‌گیرد. در این تکنیک ویروس‌ها قادر به اتصال به سطح یک یا تعداد بیشتری از گلبول‌های قرمز هستند.
نتایج آزمون هماگلوتیتاسیون
تصویر ۹: نتایج آزمون هماگلوتیناسیون
  • شمارش مستقیم با استفاده از میکروسکوپ الکترونی: برای این کار مخلوطی رقیق از ذرات ویروس و دانه‌های با اندازه مشخص بر روی یک ورق مخصوص اسپری می‌شوند و تحت بزرگنمایی بالا مورد بررسی قرار می‌گیرند. در این حالت ذرات ویروس‌ها قابل شمارش می‌شوند.
  • سنجش پلاک ویروسی: این تکنیک شامل رشد یک لایه نازک از سلول‌های باکتریایی بر روی یک محیط کشت و افزودن مخلوط رقیق ویریون‌ها بر روی آن است. ویروس‌ها سلول‌های روی محیط کشت را آلوده می‌کنند و باعث ایجاد سوراخ‌هایی در لایه سلولی می‌شوند که به «پلاک» (Plaques) معروف است. تعداد پلاک‌ها قابل شمارش است و تعداد ویروس‌ها را با توجه به آن‌ها می‌توان تعیین کرد.
آزمون سنجش پلاک ویروسی
تصویر ۱۰: آزمون سنجش پلاک ویروسی

تشخیص و جداسازی ویروس‌های جدید از بیماران، موضوعی تخصصی و آزمایشگاهی است. به طور معمول، برای این کار نیاز به استفاده از امکانات و تجهیزات گران قیمت و متخصصان آموزش دیده مانند کارشناسان علوم آزمایشگاهی، زیست‌شناسان مولکولی و ویروس‌شناسان است.

اپیدمی

همه گیری یا اپیدمی واژه‌ای است که به بروز یا ظهور گسترده یک بیماری خاص در یک جمعیت مشخص اتلاق می‌شود. ویروس‌ها در طول تاریخ مسبب اپیدمی‌های زیادی در جهان بودند و هر ساله تعدادی زیادی از مردم در سراسر دنیا بر اثر ابتلا به بیماری‌های همه گیر با منشا ویروسی جان خود را از دست می‌دهند.

تعدادی از پاتوژن‌های ویروسی بسیار کشنده عضو خانواده‌ای از ویروس‌ها به نام Filoviridae هستند. «ویروس ماربورگ» (Marburg Virus) و ویروس ابولا (Ebola Virus) از اجزای این خانواده هستند، این ویروس‌ها اولین بار به ترتیب در سال 1967 و ۱۹۷۶ در دو منطقه از شهر ماربورگ در آلمان و حاشیه رودخانه ابولا در کشور کنگو کشف شدند.

ویروس Filovirus ذرات ویروسی طویل و کرم مانندی به حساب می‌آیند که در گروه‌های بزرگ، شبیه صفحه‌ای از رشته‌ها هستند. در آوریل 2005، ویروس ماربورگ به دلیل شیوع آن در آنگولا توجه مطبوعاتی زیادی را به خود جلب کرد. این اپیدمی یا همه‌گیری از ابتدای اکتبر 2004 شروع شد و تا سال 2005  ادامه پیدا کرد، این بیماری بدترین بیماری تب خونریزی دهنده همه گیر جهان به شمار می‌آید.

ویروس ابولا
تصویر ۱۱: تصویر میکروسکوپی ویروس ابولا از خانواده Filoviridae

بسیاری از جمعیت بومیان آمریکا در اثر بیماری‌های مسری، به خصوص آبله که توسط استعمارگران اروپایی به آمریکا آمد، از بین رفتند. هنوز مشخص نیست که چند آمریکایی بومی پس از ورود کلمبوس به قاره آمریکا توسط بیماری‌های خارجی کشته شدند، اما تخمین زده می‌شود که این تعداد برابر با 70 درصد از جمعیت کشور هندوستان باشد.

پیشگیری و درمان بیماری‌های ویروسی

همان طور که در بالا اشاره شد، ویروس‌ها از امکانات سلول‌های میزبان خود برای تولید مثل و محلی برای زندگی استفاده می‌کنند، به همین دلیل از بین بردن ویروس‌ها کار دشواری است. واکسیناسیون برای ایجاد مقاومت در برابر بیماری‌های ویروسی و همینطور تولید داروهایی برای درمان عفونت‌های ویروسی از جمله موثرترین رویکردهای پزشکی در رابطه با درمان و پیشگیری از بیماری‌های ویروسی بوده‌اند.

واکنیساسیون و داروها
تصویر ۱۲: واکسیناسیون و تولید داروها برای درمان عفونت‌های ویروسی

پزشکان عمومی اغلب در مواجه با بیماران مبتلا به بیماری‌های عفونی آنتی‌بیوتیک تجویز می‌کنند، اما آنتی‌بیوتیک‌ها در برابر ویروس‌ها کاملا بی‌فایده هستند؛ ناگفته نماند که استفاده نادرست از آنتی بیوتیک‌ها در عفونت‌های ویروسی یکی از دلایل ایجاد مقاومت باکتری‌ها نسبت به آن‌ها است.

پژوهش‌های انجام شده در ویروس‌شناسی

در حال حاضر تحقیقات در مورد ویروس‌ها بیشتر در زمینه ارتباط بین بیماری‌های ویروسی و سایر بیماری‌ها است. به عنوان مثال، براساس این مطالعات مشخص شده است که ویروس هرپس انسان (HHV6) با بیماری‌های عصبی مانند مولتیپل اسکلروزیس (MS) و «سندرم خستگی مزمن» (Chronic Fatigue Syndrome) ارتباط دارد. همچنین این پژوهش‌ها نشان می‌دهد که «سرطان گردن رحم» (Cervical Cancer) تا حدی ناشی از «ویروس پاپیلوماس» (Papillomavirus) است و این اولین شواهد مهم در انسان درباره ارتباط بین سرطان و یک عامل عفونی به شمار می‌آید.

مطالعات ویروس‌شناسان امروزه به دلیل شیوع ناگهانی و مکرر برخی از بیماری‌های مشترک انسان و حیوان مانند آنفلونزای مرغی به سمت بررسی و شناخت بیشتر این گونه ویروس‌ها تمایل دارد. یکی از موضوعاتی که به تازگی در بین محققان ویروس شناسی مورد بحث قرار دارد، این است که آیا ویروس Borna که قبلاً تصور می‌شد باعث ایجاد بیماری عصبی در اسب‌ها می‌شود، می‌تواند موجب ایجاد بیماری روانی در انسان باشد.

همانندسازی

جمعیت ویروسی از طریق تقسیم سلولی رشد نمی‌کند زیرا در واقع آن‌ها سلولی ندارند. در عوض، آن‌ها باید از امکانات و متابولیسم سلول میزبان استفاده کنند تا چندین نسخه از خود را همانندسازی کنند. ویروس‌هایی که از این طریق آزاد می‌شوند می‌توانند از یک میزبان به میزبان دیگر به روش تماس مستقیم یا اغلب از طریق مایعات بدن یا به وسیله انتقال دهنده یا وکتور منتقل شوند. در محیط‌های آبی، ویروس‌ها در آب به صورت شناور آزاد می‌شوند.

هنگامی که ویروس سلول را به تصرف خود در می‌آورد، بلافاصله باعث می‌شود که میزبان شروع به تولید پروتئین‌های لازم برای همانندسازی ویروس کند. برخی ویروس‌ها مانند تبخال موجب می‌شوند که میزبان سه نوع پروتئین بسازد:

  • پروتئین‌های اولیه: آنزیم‌هایی که در تکثیر اسید نوکلئیک شرکت می‌کنند.
  • پروتئین‌های دیررس: پروتئین‌هایی که برای ساخت پوشش ویروس استفاده می‌شوند.
  • پروتئین‌های لیتیک: آنزیم‌هایی که برای از بین بردن سلول و خروج ویروس از آن وارد عمل می‌شوند.

محصول نهایی ویروسی به صورت خود به خود مونتاژ شده و شکل می‌گیرد، به این ترتیب که قطعات به طور جداگانه توسط میزبان ساخته می‌شوند و به طور اتفاقی به هم متصل می‌شوند. این مونتاژ اغلب توسط پروتئین‌های چپرونی مولکولی یا پروتئین‌های ساخته شده توسط میزبان صورت می‌گیرد.

ویروس‌های جدید سپس سلول را با اگزوسیتوز (آزاد کردن مولکول‌های بزرگ از طریق غشا) و یا با لیز سلول (مرگ سلول با ترکیدن) ترک می‌کنند. ویروس‌های حیوانی که با یک پوشش احاطه شدند، باعث می‌شوند که شبکه آندوپلاسمی میزبان، پروتئین‌های خاصی به نام گلیکوپروتئین را بسازند که این پروتئین‌ها بعد از ساخت در عرض غشای سلولی قرار می‌‌گیرند. سپس ویروس از همین ناحیه غشا از سلول خارج می‌شود، این فرایند نوعی اگزوسیتوز است.

باکتریوفاژها (ویروس‌هایی که باکتری‌ها را آلوده می‌کنند) سلول را  تخریب می‌کنند تا بتوانند از آن خارج شوند. برای انجام این کار، فاژها دارای ژنی هستند که آنزیمی به نام لیزوزیم را رمزگذاری یا کد می‌کند. این آنزیم قادر است، دیواره سلولی را تجزیه کند. ویروس می‌تواند بدون ایجاد مرگ سلولی اثرات مخرب خود را داشته باشد که به آن‌ها اثرات سیتوپاتی می‌گویند.

تکثیر باکتریوفاژ

باکتریوفاژها با اتصال به مولکول‌های گیرنده سطحی غشای سلولی وارد سلول میزبان می‌شوند و باکتری‌های خاصی را آلوده می‌کنند. در مدت زمان کمی، گاهی اوقات فقط چند دقیقه بعد از ورود ویروس، آنزیم پلیمراز باکتریایی شروع به ترجمه mRNA ویروسی و تولید پروتئین می‌کند. این پروتئین‌ها به همراه پروتئین‌های کمکی در تجزیه سلول میزبان و خروج ویروس‌ها از آن به کار می‌روند.

باکتریوفاژها ممکن است دارای یک «چرخه لیتیک» (Lytic Cycle) یا یک «چرخه لیزوژنیک» (Lysogenic Cycle) باشند. برخی ویروس‌ها قادر به انجام هر دو چرخه هستند.

چرخه‌های زندگی در ویروس‌ها
تصویر ۱۳: انواع چرخه‌های زندگی در ویروس‌ها

همان طور که در بالا ذکر شد، تجزیه یا لیز سلولی شامل شکستن غشای سلول باکتریایی برای آزادسازی محتویات سلول است که در این حالت باکتریوفاژهای تازه مونتاژ شده نیز می‌توانند از سلول خارج شوند. آنزیم‌های ویروسی به تجزیه غشای سلولی کمک می‌کنند، به عنوان مثال تنها بیست دقیقه پس از آلوده شدن باکتری توسط فاژ T4، بیش از سیصد فاژ آزاد خواهند شد.

در چرخه لیتیک که در فاژهای کشنده مانند فاژ T4 انجام می‌شود، سلول‌های میزبان پس از تکثیر فوری ذرات ویروسی، تجزیه شده و می‌میرند. به محض از بین رفتن سلول ویروس‌ها مجبور می‌شوند، میزبان جدیدی پیدا کنند.

در مقابل، چرخه لیزوژنیک منجر به تجزیه و مرگ فوری سلول میزبان نمی‌شود. بلکه ژنوم ویروسی با DNA میزبان ادغام شده و همراه با آن تکثیر و همانندسازی می‌کند. در این چرخه ویروس خفته باقی می‌ماند، اما پس از اینکه سلول میزبان بارها و بارها همانندسازی کرد و تکثیر شد و در صورت وجود شرایط مساعد برای باکتریوفاژ، ویروس فعال شده و وارد چرخه لیتیک می‌شود. جالب است که از آنجا که چرخه لیزوژنیک به سلول میزبان امکان ادامه حیات و تولید مثل را می‌دهد، ویروس در همه سلول‌های تکثیر شده از میزبان اولیه وجود داشته و در آن‌ها نیز تکثیر می‌شود.

تکثیر ویروس‌های دارای DNA

ویروس‌های حیوانی دارای DNA، مانند ویروس تبخال، از طریق اندوسیتوز وارد میزبان می‌شوند. اندوسیتوز فرایندی است که طی آن سلول‌ها از محیط خارجی مواد را دریافت می‌کنند. بعد از ورود ویروس به سلول، ژنوم ویروس از کپسید آزاد شده و آنزیم پلیمراز سلول میزبان شروع به ترجمه mRNA ویروسی می‌کند. ذرات ویروسی جدید تولید شده به همراه اجزای ویروس مونتاژ شده‌اند و به دو روش تجزیه سلول میزبان یا جوانه زدن از غشای سلول خارج می‌شوند.

تکثیر ویروس‌های دارای RNA 

ویروس‌های حیوانی RNA دار بسته به نحوه تکثیر آن‌ها در چهار گروه مختلف قرار می‌گیرند. قطبیت RNA تا حد زیادی مکانیسم تکثیر و همچنین این که آیا ماده ژنتیکی تک رشته یا دو رشته باشد را تعیین می‌کند. برخی از ویروس‌های RNA دار در واقع مبتنی بر DNA هستند اما از یک RNA واسطه برای تکثیر استفاده می‌کنند. بسیاری از ویروس‌های دارای RNA به شدت به آنزیم همانندسازی RNA وابسته هستند که غالباً  توسط ژنوم ویروسی رمزگذاری می‌شوند.

کاربرد ویروس‌ها در علوم زیستی

مطالعه ویروس‌ها، نه تنها برای شناسایی و یافتن روش‌های درمانی بیماری‌های حاصل از آن‌ها اهمیت دارد، بلکه می‌تواند در سایر رشته‌های مربوط به علوم زیستی نیز مفید باشد. در ادامه به بررسی برخی از این برنامه‌های کاربردی در مطالعات ویروس‌شناسی می‌پردازیم:

کاوش در فرآیندهای اساسی سلولی

ویروس‌ها برای مطالعات زیست‌شناسی مولکولی و سلولی از اهمیت زیادی برخوردار هستند، زیرا سیستم‌های ساده ای را ارائه می‌دهند که می‌توانند برای دست‌ورزی و بررسی عملکرد سلول‌ها مورد استفاده قرار گیرند. مطالعه و استفاده از ویروس‌ها اطلاعات ارزشمندی را در مورد بسیاری از جنبه‌های زیست‌شناسی سلولی ارائه داده است. به عنوان مثال، ویروس‌ها مطالعه ژنتیک را ساده‌تر کرده و به درک انسان از مکانیسم‌های اساسی ژنتیک مولکولی مانند تکثیر DNA، رونویسی، پردازش RNA، ترجمه، انتقال پروتئین و ایمونولوژی کمک کرده‌اند.

مهندسی ژنتیک

متخصصان ژنتیک به طور متداول از ویروس‌ها به عنوان ناقل استفاده می‌کنند تا ژن‌ها را به سلول‌های مورد نظر خود وارد کنند. ویروس‌ها در این زمینه می‌توانند برای تولید یک پروتئین مفید مانند داروها و یا بررسی تاثیر ورود یک ژن به ژنوم موجودات مختلف مورد استفاده قرار گیرند.

علم مواد و فناوری نانو

دانشمندان توانسته‌اند از ویروس‌ها برای ایجاد سیم‌های فلزی استفاده کنند. در واقع ویروس‌ها این پتانسیل را دارند که برای اتصال به مواد مختلف و همچنین خود سامانی، بلورهای مایع، سلول‌های خورشیدی، باتری‌ها، سلول‌های سوختی و سایر لوازم الکترونیکی مورد استفاده قرار گیرند. در آینده، آن‌ها حتی می‌توانند به جای دستگاه‌های درمانی بیومکانیکی عمل کنند و به انسان و حیوانات امکان عمر طولانی‌تر و روند بهبودی کارآمدتری را بدهند.

در فناوری نانو، استفاده از ویروس با پروتئین شناخته شده در سطح آن برای اتصال به یک ماده خاص مورد استفاده قرار می‌گیرد. محل قرارگیری ژن این پروتئین در یک مکان مشخص در ژنوم است و با قرار دادن تصادفی توالی ژن درون فاژها می‌توان یک کتابخانه فاژی از میلیون‌ها ویروس مختلف ایجاد کرد که هر یک پروتئین متفاوتی را در سطح خود بیان می‌کنند. سپس می‌توان یک نوع خاص از این ویروس را یافت که به ماده مشخصی تمایل دارد. به عنوان نمونه، ویروسی که میل زیادی به طلا دارد، بنابراین نانوذرات طلا می‌توانند در اطراف آن رشد کنند، در نتیجه نانوذرات طلا در پوشش ویروس قرار می‌گیرند. در این فرایند یک سیم طلایی با طول، قطر و شکل دقیق تولید می‌شود.

نانو سیم طلا و ویروس‌ها
تصویر ۱۴: تجمع نانو سیم‌های طلا بر پایه ویروس موازئیک تنباکو

ویروس درمانی

ویروس درمانی فرایندی است که طی آن از ویروس‌ها به عنوان درمانی در برابر بیماری‌های مختلف استفاده می‌شود. در این روش، ویروس‌ها معمولاً برای هدف قرار دادن سلو‌ل‌ها و به طور خاص DNA‌ها به عنوان یک وکتور عمل می‌کنند. ویروس‌ درمانی روشی نوید بخش در درمان سرطان و ژن درمانی محسوب می‌شود.

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌ها و مطالب زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

^^

شکوفه دلخواهی (+)

شکوفه دلخواهی کارشناس ارشد نانوبیوتکنولوژی است. فعالیت‌های علمی و کاری او در زمینه تکنیک‌های زیست فناوری و طراحی نانوزیست‌حسگر بوده و اکنون در مجله فرادرس آموزش‌های زیست‌شناسی می‌نویسد.

بر اساس رای 30 نفر

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

4 نظر در “ویروس چیست؟ — به زبان ساده

  1. با سلام-اگرچه رشته من فنی مهندسی است اما بعلت علاقه به مطالب علمی از مطالعه این مقاله لذت بردم.ارزوی موفقیت دارم برای سرکار خانم دلخواهی برای نگارش این مقاله مفید واموزنده.

  2. باسلام.این مطالب جالب و عالی بود از شما بسیار متشکرم.

  3. با سلام
    مطالب فوق بسیار آموزنده و علمی و در حین حال روان و قابل فهم بود. با تشکر و آرزوی موفقیت برای شما

  4. با سلام و اجترام
    مطالب شما در مورد ویروس عالی بود متشکرم و ارزوی سلامتی و موفقیت برایتان دارم و دعا یتان کردم انشاالله موفق باشید

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *