פולומיאליטיס, כלבת, אבעבועות שחורות, הרפס, תסמונת כשל חיסוני נרכש ידועות לכולם מחלות הנגרמות על ידי פתוגנים מאוד ספציפיים. אורגניזמים העומדים על הגבול בין חיים ללא חיים, טפילים תאיים מחייבים (חובה) - וירוסים. מורפולוגיה, פיזיולוגיה ועצם קיומם על הפלנטה מעלים שאלות רבות כיום.
Virology: Getting Started
הסצנה היא המעבדה של הגן הבוטני ניקיצקי באקדמיה הרוסית למדעים, שבה חוקר הביולוג דמיטרי יוסיפוביץ' איבנובסקי (1864-1920) את מחלת הפסיפס המסתורית של טבק. הגורם הגורם למחלה בצמח עובר דרך מסנני החיידקים הקטנים ביותר, אינו גדל על חומרי הזנה ואינו נותן תסמינים כאשר צמחים בריאים נגועים בתסנינים של חולים.
זה היה אז, ב-1892, המדען הגיע למסקנה שזה לא חיידק. והוא קורא לפתוגן וירוסים (מהנגיף הלטיני,- אני). דמיטרי איבנובסקי ניסה כל חייו לראות וירוסים, אבל ראינו את המורפולוגיה של וירוסים בשנות ה-30 של המאה העשרים, כאשר המציאו מיקרוסקופים אלקטרונים.
אבל התאריך הזה ממש נחשב לתחילתו של מדע הווירולוגיה, ודמיטרי איבנובסקי הוא המייסד שלו.
Amazing Kingdom
המורפולוגיה והפיזיולוגיה של וירוסים כל כך מדהימות שהאורגניזמים האלה מבודדים בממלכה עצמאית של וירה. צורת החיים הפשוטה ביותר הזו היא בעלת ממדים מיקרוסקופיים (מ-25 עד 250 ננומטר) והיא חומצת גרעין עם קבוצה של גנים סגורה בקליפה. אלו טפילים שיכולים להתרבות רק בתאים של יצורים חיים אחרים - צמחים, פטריות, בעלי חיים, חיידקים ואפילו וירוסים אחרים (נגיפי לווין).
המאפיינים המבדילים של וירוסים הם כדלקמן:
- הכיל רק סוג אחד של חומצת גרעין (RNA או DNA).
- המורפולוגיה של וירוסים חסרה מערכות סינתזה של חלבונים ואנרגיה.
- אין להם מבנה סלולרי.
- טפילות וירוס מתממשת ברמה הגנטית.
- עובר דרך מסנני חיידקים ואינם תרבותיים על גבי מדיה מלאכותית.
חלק מהעולם האורגני של כדור הארץ
לנגיפים, כטפילים מחייבים, יש קשר גנטי ברור עם נציגי החי והצומח של כדור הארץ. יתרה מכך, על פי מחקרים עדכניים, 32% מהגנום האנושי מורכב ממרכיבים דמויי וירוסמבנים.
עד היום תוארו יותר מ-6,000 וירוסים, אך ההערכה היא שיש יותר ממאה מיליון. זוהי הצורה הביולוגית המרובה ביותר על פני כדור הארץ, והיא מיוצגת בכל המערכות האקולוגיות (התפלגות בכל מקום (בכל מקום).
הופעתם על הפלנטה היום אינה ברורה. דבר אחד ידוע - כאשר צורות החיים התאיות הראשונות הופיעו, וירוסים כבר היו קיימים.
חי ולא חי
לאורגניזמים המדהימים האלה יש שתי צורות קיומם, השונות באופן משמעותי זה מזה.
מחוץ לתא, צורת קיומם היא הוויריון. כאשר הוא חודר לתא, הקליפות שלו מתמוססות וחומצות הגרעין של הנגיף משולבות בחומר הגנטי של המארח. אז אנחנו מדברים על זיהום ויראלי. גנום הנגיף משתלב במנגנוני השכפול הטבעיים של גנום התא המארח ומתחיל שרשרת של תגובות, המבצע את קיומו הטפילי.
Virion הוא בעצם חלק דומם מהחיים. והגנום של וירוס בתא הוא המרכיב החי שלו, כי שם הנגיפים מתרבים.
מורפולוגיה ומבנה אולטרה של וירוסים
בהקשר זה, אנחנו מדברים על ויריון - צורה חוץ-תאית.
גודל הווירונים נמדד בננומטרים - 10-9 מטרים. נגיפי השפעת הם בינוניים בגודלם - 80-120 ננומטר, ונגיף האבעבועות השחורות הוא ענק עם ממדים של 400 ננומטר.
המבנה והמורפולוגיה של וירוסים דומים לאסטרונאוטים. בתוך הקפסיד (מעטפת חלבון, לפעמיםהמכיל שומנים ופחמימות), כמו ב"חליפת חלל", הוא החלק היקר ביותר - חומצות גרעין, הגנום של הנגיף. יתרה מכך, "קוסמונאוט" זה מוצג גם בכמות מינימלית - רק חומר תורשתי ישירות ומינימום אנזימים לשכפול שלו (העתקה).
כלפי חוץ, ה"חליפה" יכולה להיות בצורת מוט, כדורית, בצורת כדור, בצורה של איקוסהדרון מורכב, או בכלל לא בצורתה. זה תלוי בנוכחות בקפסיד של חלבונים ספציפיים שאחראים לחדירת הנגיף לתא.
איך הפתוגן נכנס לגוף המארח
ישנן דרכים רבות לחדור, אבל הנפוצה ביותר היא מוטס. אינספור חלקיקים זעירים נזרקים לחלל לא רק בעת שיעול או התעטשות, אלא פשוט בעת נשימה.
דרך נוספת של נגיפים להיכנס לגוף היא מדבקת (מגע פיזי ישיר). שיטה זו טבועה בקבוצה די קטנה של פתוגנים, כך מועברים הרפס, זיהומים מין, איידס.
שיטת ההדבקה באמצעות וקטור, שיכולה להיות קבוצות שונות של אורגניזמים, היא די מסובכת. וקטור שרכש פתוגן ממאגר של זיהום הופך לאתר של וירוסים להשתכפל או להתקדם בשלבי התפתחות. נגיף הכלבת הוא פתוגן כזה.
מה קורה בגוף המארח
בעזרת חלבונים חיצוניים של הקפסיד, הנגיף נצמד לממברנת התא וחודר דרך אנדוציטוזיס. הםלהיכנס לליזוזומים, שם, תחת פעולת אנזימים, הם נפטרים מ"חליפת החלל". וחומצות הגרעין של הפתוגן נכנסות לגרעין או נשארות בציטופלזמה.
חומצות הגרעין של הפתוגן מובנות בשרשראות של חומצות הגרעין של המארח, ותגובת שכפול (העתקה) של מידע תורשתי יוצאת לדרך. כאשר מספר מספיק של חלקיקים ויראליים מצטבר בתא, הווירונים משתמשים במנגנוני האנרגיה והפלסטיק ובמשאבים של המארח.
השלב האחרון הוא שחרור נגיפים מהתא. וירוסים מסוימים מובילים להרס מוחלט של תאים וחודרים לחלל הבין-תאי, אחרים חודרים אליו דרך אקסוציטוזיס או ניצנים.
אסטרטגיות פתוגנים
אינטראקציה בין וירוס לתא מארח יכולה להתפתח לפי מספר תרחישים. המאפיין העיקרי בו הוא מידת האוטונומיה של הטפיל.
מבנה המורפולוגיה של הנגיפים מובילה לתלות מוחלטת של הפתוגן באנרגיה ובפוטנציאל סינתזת החלבון של התא, התנאי היחיד הוא שהוא משכפל את חומצות הגרעין שלו לפי לוח הזמנים שלו. אינטראקציה כזו נקראת פרודוקטיבית (זה טבעי לנגיף, אבל לא לתא). לאחר שמיצה את מלאי התא, הנגיף מוביל למותו.
סוג אחר של אינטראקציה הוא בהסכמה. במקרה זה, גנום הנגיף, המשולב בגנום המארח, משתכפל באופן קוולנטי עם חומצות הגרעין של התא עצמו. ואז התפתחות התרחיש יכולה ללכת בשני כיוונים. הנגיף מתנהג בשקט ואינו מתבטא. וירונים צעירים עוזביםתא רק בתנאים מסוימים. או שהגנים הפתוגנים פועלים כל הזמן, מייצרים מספר רב של דור צעיר, אבל התא לא מת, אלא הם עוזבים אותו דרך אקסוציטוזיס.
קשיים בטקסונומיה
הסיווג והמורפולוגיה של וירוסים שונים במקורות שונים. במקביל, התכונות הבאות משמשות לסיווגם:
- סוג חומצת גרעין (מכיל RNA ומכיל DNA) ושיטת השכפול שלה. הסיווג הנפוץ ביותר של וירוסים שהוצע על ידי הוירולוג האמריקאי דיוויד בולטימור ב-1971.
- מורפולוגיה ומבנה הנגיף (חד-גדילי, דו-גדילי, ליניארי, מעגלי, מקוטע, לא מקוטע).
- מידות, סוג סימטריה, מספר קפסומרים.
- נוכחות של סופרקפסיד (קליפה חיצונית).
- נכסים אנטיגנים.
- סוג של אינטראקציה גנטית.
- מעגל של מארחים פוטנציאליים.
- לוקליזציה בתא המארח - בגרעין או בציטופלזמה.
בחירת הקריטריון העיקרי והמורפולוגיה של הנגיפים היא הקובעת גישות שונות לסיווג הנגיפים במיקרוביולוגיה. זה לא ממש קל. הקושי טמון בעובדה שאנו מתחילים ללמוד את המורפולוגיה והמבנה של הנגיף רק כאשר הם מובילים לתהליכים פתולוגיים.
בררני ולא כל כך טוב
לפי בחירת המארח, הפתוגנים הללו מגוונים ביותר בהעדפותיהם. חלקם תוקפים רק מין ביולוגי אחד - יש להם "רישום" קפדני מאוד. למשל, לאכולנגיפי שפעת של חתולים, שחפים, חזירים, בטוחים לחלוטין עבור בעלי חיים אחרים. לפעמים ההתמחות מפתיעה - נגיף הבקטריופאג P-17 מדביק רק זכרים מזן אחד של E. coli.
וירוסים אחרים מתנהגים אחרת לגמרי. לדוגמה, וירוסים בצורת כדור, שהמורפולוגיה שלהם דומה לכדור, גורמים למחלות שונות לחלוטין ובמקביל, מגוון המארחים שלהם רחב ביותר. וירוסים כאלה כוללים את וירוס הכלבת, שמדביק את כל היונקים, או את וירוס הסטומטיטיס שלפוחית בקר (מועבר על ידי חרקים, אגב).
יש ניואנסים אחרים. וירוסים עם זנב (virions) תוקפים בעיקר תאי חיידקים, חוטים או ספירליים הם טפילים של צמחים, ובתאים של בעלי חיים יש סיכוי גבוה יותר לטפילים של וירוסים עם קפסיד מורכב וצורת ויריון רב-פנים.
