ویروس، پریون و ویروئید؛ همانندسازی ویروس: چرخه لیزوژنی و لیتیک

گلودرد ممکن است در اثر عفونت بافت های گلو با نوعی باکتری «استرپتوکوکوس» باشد. اگرچه بعضی باکتری‌ها و ویروس‌ها بیماری زایند, اما امروزه در آزمایشگاه‌های مهندسی ژنتیک از ویروس ها و باکتری ها به فراوانی استفاده می شود. باکتری ها امروزه منبع مهم تولید کنندۀ غذا, دارو و بعضی محصولات صنعتی به شمار می روند.

آیا ویروس زنده است؟

در کتاب علوم زیستی و بهداشت سال اول دبیرستان, با ویژگی های جانداران آشنا شدیم. آموختیم که همۀ جانداران از سلول ساخته شده اند و فعالیت هر سلول تحت کنترل اطلاعاتی است که در مادۀ وراثتی آن ذخیره شده است. هم چنین دانستیم که جانداران قادر به رشد و تولید مثل‌اند. کوچکترین جانداری که این ویژگی ها را دارد، باکتری است.

ویروس، قطعه ای از نوکلئیک اسید است که درون پوششی از پروتئین قرار دارد. ویروس ها از باکتری ها بسیار کوچکترند. بیش تر ویروس ها فقط با میکروسکوپ الکترونی قابل مشاهده اند. ویروس ها همگی برای تولیدمثل وارد سلول ها می شوند و با آلوده کردن سلول میزبان استفاده از امکانات آن، تولیدمثل می کنند. منظور از «آلوده کردن»، وارد شدن ویروس یا مادۀ ژنتیک آن به درون سلول است. چون ویروس ها همۀ ویژگیهای حیات را ندارند، زیست شناسان آنها را زنده نمی شمارند. ویروس ها رشد نمی کنند، هومئوستازی (حالت پایدار) ندارند و متابولیسمی درون آنها رخ نمی دهد؛ اما در بسیاری از جانداران باعث بروز بیماری می شوند و بنابراین تاثیر مهمی بر دنیای زنده برجای می‌گذارند.

ویروس آنفلوآنزا. اگر ۱۰۰ ویروس آنفلوآنزا در کنار یکدیگر قرار بگیرند، طول آنها برابر طول یک باکتری می شود.

ویروس‌ها شکل‌های مختلف دارند

پوشش پروتئینی ویروس، کپسید نام دارد. درون کپسید ممکن است DNA یا RNA وجود داشته باشد (اما نه هر دو). از ویروس های RNA دار می توان به ویروس نقص ایمنی اکتسابی (HIV) که باعث ایدز می شود، ویروس آنفلوآنزا و ویروس هاری اشاره کرد. از ویــروس های DNA دار می توان ویروس آبله مرغان و زگیــل را نــام برد. بسـیاری از ویـــروس ها، نظیـــر ویروس آنفلوانــــزا، غشایی دارند که پوشش نامیده می شود و کپسید را احاطه می کند. پوشش، ویروس را در ورود به سلول یاری می کند و از پروتئین، لیپید و گلیکو پروتئین ساخته شده است. این مولکول‌ها از سلول میزبانی قبلی تامین شده اند. بعضی از ویروس‌ها ممکن است آنزیم های مخصوصی نیز همراه داشته باشند.

ساختار ویروس. ویروس ممکن است کروی, مارپیچی، یا چند وجهی باشد. بعضی از ویروس ها پوشش هم دارند.

بیشتر ویروس‌ها به یکی از این دو شکل‌اند: مارپیچی یا چند وجهی. ویروس‌های مارپیچی شکل, مثل TMV، ظاهری میله مانند دارند و پروتئین های سازندۀ کپسید آنها مارپیچ و از اطراف نوکلئیک اسید را فرا گرفته اند. ویروس چند وجهی، مانند آدنوویروس وجوه متعددی دارد و کروی به نظر می رسد. در بیشتر ویروس های چند وجهی، کپسید از ۲۰ وجه مثلثی شکل تشکیل شده است. این شکل، کارآمدترین شکل کپسید، برای گنجاندن ژنوم ویروس است.

ویروس‌هایی که باکتری ها را آلوده می‌کنند، باکتریوفاژ نامیده می‌شوند. باکتریوفاژها ساختار پیچیده‌ای دارند. کپسید آنها چند وجهی است و یک دم مارپیچی به آن متصل است. مولکول طویل نوکلئیک اسید آن قدر پیچ و تاب خورده است که توانسته درون کپسید چند وجهی آنها جای بگیرد.

باکتریوفاژهایی که یک باکتری را آلوده کرده اند. ابتدا باکتریوفاژها به باکتری متصل می شوند بعد نوکلئیک اسید خود را به درون سلول تزریق می کنند و سرانجام سلول را وادار می کنند ویروس را تکثیر کند.

ویروس‌ها درون سلول‌های زنده همانندسازی می‌کنند.

ویروس‌ها آنزیم‌های لازم برای متابولیسم و نیز ساختارهای لازم برای پروتئین سازی را ندارند. بنابراین مجبورند برای همانندسازی به سلول‌های زنده (سلول‌های میزبان) متکی شوند. بنابراین قبل از آنکه ویروس بتواند همانندسازی کند، باید سلول زنده ای را آلوده کرده باشد.

ویروس‌ها، سلول‌ها را از راه‌های گوناگون آلوده می کنند. باکتریوفاژها دیوارۀ سلولی باکتری را سوراخ و بعد نوکلئیــک اســید خــود را به درون آن تزریق می کنند. ویروس های گیاهی، مثل TMV، از طریــق شکاف های کوچکــی که در دیوارۀ سلولی ایجـــاد شـده است، به سلـــول وارد می شـــوند. ویــروسهای جانوری از طریق آندوسیتوز به سلول وارد می شوند.

زیان ویروس‌ها وقتی آشکار می‌شود که درون سلول‌ها همانندسازی خود را آغاز می کنند. ورود ویروس به درون سلول به خودی خود مضر نیست, اما بعد از چند صد مرتبه همانندسازی، تعداد ویروسها آنقدر زیاد می شود که سلول می ترکد و از بین می رود. آسیب سلول ها ممکن است در نهایت به آسیب اندام ها منجر شود به شرطی که تعداد بافت هایی که از بین می روند، برای از کار افتادن یک اندام کافی باشد.

گاهی ویروس بلافاصله بعد از آن که سلولی را آلوده کرد، شروع به همانندسازی می‌کند و ویروس های جدیدی را می سازد. به این مسیر ، چرخۀ لیتیک می گوییم. اما گاهی ویروس تا مدتی درون سلول باقی می ماند و همانندسازی نمی کند. این مسیر را چرخۀ لیزوژنی می نامیم.

چرخه لیتیک: مراحل آلوده سازی سلول، همانندسازی ویروس همراه با تخریب سلول را چرخه لیتیک می‌نامیم. ژن های ویروسی، بعد از آن که وارد سلول شدند, امکانات سلول میزبان را در اختیار می گیرند و به تولید ژن های ویروسی و نیز پروتئین های ویروسی، مثل کپسید می‌پردازند. سپس پروتئین‌ها و ژن‌های ویروسی – در واقع نوکلئیک اسید ویروس – با آرایش مخصوصی کنار هم قرار می‌گیرند و ویروس کامل را پدید می‌آورند. این چرخه در شکل ۴-۹ نشان داده شده است.

همانندسازی ویروس در باکتری. ویروس‌ها در باکتری‌ها می‌توانند از طریق چرخه لیتیک یا لیزوژنی همانند سازی کنند.

چرخه لیزوژنی: گاهی ویروس‌ها بعد از آن که سلولی را آلوده کردند، تا مدتی درون سلول میزبان باقی می مانند، اما ویروس جدیدی نمی سازند. ژن های ویروسی به جای آن که به تولید ذرات ویروسی جدید بپردازند، خود را درون کروموزوم میزبان جای می دهند. در این حالت به آنها پرو- ویروس گفته می شود. با هر بار تقسیم سلول، پرو- ویروس نیز تقسیم می شود و در نتیجه سلول های حاصل نیز به ویروس آلوده اند. در این چرخه، که چرخه لیزوژنی نام دارد، ژنوم ویروسی همانندسازی می کند، بدون آنکه سلول میزبان تخریب شود (شکل ۴-۹). در بعضی از ویروس های لیزوژنی، بروز تغییر در محیط ممکن است سبب شود تا پرو- ویروس چرخۀ لیتیک را آغاز کند. بدیهی است در این صورت سلول میزبان تخریب می شود.

در سلولهای جانوری، ویروس ها می‌توانند آنقدر اهسته همانندسازی کنند که سلول میزبان تخریب نشود. مثلا ویروس مولد تبخال آدمی، در اعصاب صورت پنهان می شود. وقتی شرایط بدن برای فعالیت ویروس مناسب شد، مثلا وقتی که در فشار روحی هستیم یا تب می کنیم، ویروس موجب آسیب بافتی می شود و ما آن را به صورت تبخال مشاهده می کنیم.

ویروس‌ها میزبان‌های ویژه دارند: مثلا TMV گیاه تنباکو و گیاهان خویشاوند آن را آلوده می کند و نمی تواند جانوران را آلوده کند. براساس فرضیه ای علت این ویژگی به منشأ ویروسها بر می گردد. طرفداران این فرضیه بر این باورند که ویروس ها هنگامی پدید آمدند که قطعاتی از نوکلئیک اسید سلول ها به خارج از سلول راه پیدا کردند.

HIV می‌تواند در سلول‌های انسان همانندسازی کند: نشانگان نقص ایمنی اکتسابی (ایدز) نوعی بیماری است که در آن فرد توانایی دفاع علیه عوامل بیماری زا را از دست می دهد و به عفونت هایی مبتلا می شود که معمولا در افراد سالم رخ نمی دهند.

افرادی که با HIV آلوده شده اند ممکن است تا سال ها علایم ایدز را نشان ندهند. بنابراین، فردی که با HIV آلوده شده است احساس تندرستی می کند و همین امر موجب انتشار ویروس از او به دیگران می شود.

HIV طی تماس های عادی روزمره از فرد آلوده به فرد سالم منتقل نمی شود. HIV در مایعات بدن(مثل مایع محتوی اسپرم، مایع واژینال و خون) یافت می شود. بنابراین از طریق روابط جنسی، تزریق با سوزن آلوده یا انتقال خون، از فرد آلوده به فرد سالم منتقل می شود. همچنین طی دوران بارداری یا شیردهی، HIV از مادر به کودک منتقل می شود.

پریون‌ها و ویروئیدها: در سال ۱۹۸۲، استانلی پروزینر، ذرات عفونی جدیدی را کشف کرد. این ذرات که پریون نام دارند از پروتئین ساخته شده اند و نوکلئیک اسید ندارند. بیماری زایی پریون‌ها بر پایۀ تغییر شکل پروتئین ها استوار است. شکل و ساختار پریونی که باعث بیماری می شود، به گونه ای تغییر می کند که قادر به کار نیست و بنابراین بیماری زاست. این پریون می تواند بر اثر تماس با پریونی که بطور طبیعی در بدن وجود دارد، شکل آن را تغییر دهد و آن را به پریون بیماری زا تبدیل کند.

پریون‌ها اولین بار به یک بیماری گوسفندی نسبت داده شدند. بعد، دانشمندان دریافتند که عامل بیماری های جنون گاوی نیز پریون است. اگر کسی از گوشت آلوده به پریون بیماری زا بخورد، بیمار می شود.

ویروئید تک رشته ای از RNA است که کپسید ندارد. ویروئیدها از عوامل مهم بیماری زایی در گیاهان اند.