میکروب شناسی پزشکی

8. ویروس شناسی بالینی

8.1. همانند سازی و طبقه بندی ویروس ها

شكل 1-22

تصور كنيد كه ويروس يك نوع مخصوص سفينه ي فضايي جنگي است كه يك جدار خارجي مقاوم دارد اما مهندسان فراموش كردند كه يك مخزن سوخت براي اين سفينه بسازند بنابراين بايد آنقدر بچرخد تا يك سياره مناسب براي فرود پيدا كند و وقتي كه فرود آمد محموله نظامي اش از سفينه خارج مي كند اين محموله طوري طراحي شده كه بتواند كنترل تمام كارخانجات را در دست بگيرد و به آن ها دستور بدهد كه سفينه هايي مانند سفينه اوليه بسازند يعني بدون منبع سوخت و وقتي كه تعداد آنها زياد شد و سياره را نابود كردند آن جا را ترك مي كنند.

1)  ويروس ها فاقد انرژي هستند و به صورت شناور و سرگردان مي باشند تا اينكه با يك سلول مناسب تماس پيدا كنند

2) آن ها اشكال پايه اي حيات هستند كه از يك پوشش پروتئيني كه كپسيد ناميده مي شود و ماده ژنتيكي را احاطه كرده تشكيل شده اند ويروس ها فاقد ارگانل يا ريبوزوم هستند ويروس هاي خاصي اغلب توسط يك غشاي خارجي دو لايه ليپيدي احاطه شده اند كه كسپيد را فرا گرفته و هم چنين شامل گليكو پروتئين مي باشد. بعلاوه بعضي ويروس ها، پروتيئن ها و آنزيم هاي ساختاري را درون كپسيد خودشان حمل مي كنند.

(داراي يك نوع اسيد نوكلئيك DNA يا RNA در ژنوم خود مي باشند)

3) ماده ژنتيكي يا DNA است يا RNA اما نه هر دو مواد ژنتيكي شامل اطلاعاتي براي ساختن ميليون ها كلوني از ويروس هاي پايه اي ( ابتدايي) هستند.

4) نسخه برداري مواد ژنتيكي وقتي اتفاق مي افتد كه ويروس بر تشكيلات ساختگي سلول ميزبان غلبه كند.

ويروس ها همه اطلاعات ژنتيكي را در بر مي گيرند به جز آنزيم ها ، نياز به ايجاد ميليون ها نسخه از ويروس هاي اصلي است.

ريخت شناسي ويروسي

 گفته مي شود كه با تمرين بهتر ياد مي گيريم پس بيابيد با ساختن يك ويروس، ساختار ويروسي را بررسي كنيم از اسيد نوكلئيك شروع مي كنيم و تا كپسيد و غشا ادامه مي دهيم.

اسيد نوكلئيك

شكل 2-22

ويروس ها به دو گروه ويروس هاي DNA دار و ويروس هاي RNA دار تقسيم مي شوند بناباين ما 2 انتخاب براي ويروس ها داريم . RNA  يا DNA قطعاً هيچكدام به همين آساني نيستند، اسيدهاي نوكلئيك رشته اي مي توانند به فرم هاي زير باشند:

قطعه قطعه يا رشته اي پيوسته

تك رشته اي يا دو رشته اي

خطي يا حلقوي.

 توالي اسيدهاي نوكلئيك مي توانند يك پيام ساده را رمز دهي كنند يا صدها آنزيم و پروتئين هاي ساختاري را رمزدهي كنند.

RNA ويروس ها

 بيابيد RNA ر ا به عنوان ژنوم هسته اي ويروس ها انتخاب كنيم . سه نوع RNA براي ويروس ها وجود دارد. رشته اي مثبت (+) و رشته اي منفي (-) و يا RNA ويروس هاي بازگشت كننده (رترو ويروس).

 مثبت بدين معني است كه RNA دقيقاً شبيه mRNA است. وقتي كه يك ويروس RNA رشته اي مثبت وارد يك سلول ميزبان مي شود RNA آن مي تواند سريعاً توسط ريبوزوم هاي ميزبان به پروتئين ترجمه شود . وقتي كه ويروس هاي RNA رشته اي منفي وارديك سلول مي شوند قادر نيستند كه بلافاصله ترجمه را شروع كنند بايد ابتدا به فرم هاي RNA رشته اي مثبت تبديل شوند ( مانند mRNA ) براي اينكار ويروس هاي RNA رشته اي منفي بايد در كپسيد هايشان يك آنزيم را كه RNA پليمراز وابسته به RNA نام دارد را حمل كنند كه كار اين آنزيم تبديل نسخه برداري رشته هاي منفي به رشته هاي مثبت است. سلول هاي انساني RNA پليمراز وابسته به RNA را ندارند. بنابراين ويروس هاي رشته اي منفي خودشان بايد آنها را حمل كنند.

شكل3-22

ترجمه ويروس هاي RNA مثبت و منفي

 يك نوع مخصوص ويروس هاي RNA دار در اينجا ذكر مي شود به نام رتروويروس ها كه ويروس هاي HN يك عضو از آن ها هستند.

شكل4- 22

RNA  رتروويروس ها به يك مدل معكوس يعني DNA رونويسي مي شود. براي اين منظور اين ويروس ها يك آنزيم منحصر به فرد را حمل مي كنند كه ترنس كرپيتاز معكوس ناميده مي شود.

DNA ويروس ها

شكل 5-22

برخلاف RNA ، DNA نمي تواند مستقيماً به پروتئين ترجمه شود ابتدا بايد به mRNA تبديل شود و سپس به پروتيئن هاي ساختاري و آنزيم ها ترجمه شود. هر ويروس DNA دار هم رشته منفي و هم رشته ي مثبت دارد كه يك حالت امتناع كننده را پيش مي آورد مثبت براي رونويسي نشان دار مي شود در حالي كه رشته ي منفي ناديده گرفته مي شود.

شكل 6-22

رشته ي مخالف  RNA رشته اي مثبت مستقيماً به پروتيئن ترجمه مي شود و DNA رشته اي مثبت به عنوان يك الگو براي رونويسي و تبديل به mDNA استفاده مي شود.

 

كپسيدها

اكنون كه ما درباره ي انواع مختلف اسيد هاي نوكلئيك اطلاعاتي داريم حال بياييد ژنوم آن را بسازيم. ابتدا بايد يك كپسيد بسازيم، دو نوع كپسيد وجود دارد ايكوزادرال و هليكال.

شكل 7-22

يك يا چند زنجيره پلي پپتيد را در نظر بگيريدو آن ها را در يك مجموعه پروتئيني كروي قرار دهيد، اين مجموعه بلوك ساخته شده ما خواهد بود و كپسومر ناميده مي شود .

شكل 5-22

كپسومرها را در يك مثلث متساوي الساقين قرار دهيد.

شكل 9-22

20 مثلث را در كنار هم قرار دهيد تا يك ايكوزادرال به وجود آيد. DNA يا RNA را داخل يك كپسيد ايكوزادرال بسته بنديي كنيد.

كپسيد ها با تقارن هليكال

شكل 10-22 

در تقارن هليكال كپسومرهاي  پروتئيني به RNA متصل مي شوند و به دور كپسيد نوكلئوپروتئيني  به هليكال مي پيچند. (هميشه به RNA متصل مي شوند زيرا فقط ويروس هاي RNA تقارن هليكال دارند) اكثر اينها كروي شكل هستند به جز ويروس هاي هاري كه كپسيد هايي با ظاهر گلوله مانند دارند.

غشاء

شكل 11-22

اكنون ما يك كپسيد ايكوزادرال كه در داخل آن يك نوكلئيك اسيد (DNA يا RNA) و يك نوكلئو كپسيد هليكال مارپيچ ( RNA) است ساخته ايم.

حال بيابيد تا اين ساختار را با يك غشا دو لايه ليپيدي بپوشانيم، ويروس ها اين غشا را با استفاده از هسته سلول ميزبان يا با استفاده از غشا سيستوپلاسمي مي سازند و همين طور كه هسته سلول را ترك مي كنند ممكن است گليكو پروتئين هاي متنوعي را در غشاء خود جاي سازي كرده باشند.

ويروسهايي كه غشاء ندارند به عنوان ويروس هاي برهنه يا بدون غشاء شناخته مي شوند. و آن هايي كه غشاء دارند به عنوان ويروس هاي غشادار ناميده مي شوند.

اتمام ساخت

شكل 12-22

شكل ظاهري ويروس هاي كامل شده و  اندازه تقريبي آن ها با باكتري E.coli مقايسه مي شود و هم چنين با باكتري هاي خيلي كوچك Chlamydia, arickettsia, and Mycoplasma Pneum oniae.

طبقه بندي

ويروس ها با توجه به اين موارد طبقه بندي مي شوند

1- اسيدنوكلئيك

انواع اسيد نوكلئيك: DNA, RNA

اسيد نوكلئيك دو رشته اي يا تك رشته اي

اسيدهاي نوكلئيك تك قطعه اي يا چند قطعه اي

RNA رشته اي مثبت يا رشته اي منفي

پيچدگي ژنوم

2- كپسيد

ايكوزادرال

هليكال

3- غشا

برهنه

غشادار

4- اندازه

ضخامت كپسيد هليكال ويروس ها

تعداد كپسومرها در كپسيد هاي ايكوزادرال

اكنون ما بحث درباره ي خانواده ويروس ها و خصوصيات آنها را كه باعث تفاوت بين آن ها مي شود را به پايان مي بريم.

DNA ويروس ها

گاهي اوقات اين ها بنام ويروس هاي HHAPPPY شناخته مي شوند.

ويروسهاي

Herpes

Hepdna

Adeno

papova

Parvo

 Pox

اكثر ويروس ها با DNA دو رشته اي تقارن ايكوزادرال را نشان مي دهند و در هسته رونويسي مي شوند (جايي كه DNA معمولاً رونويسي مي شود).

دو ويروس هستند كه اين قوانين را مي شكنند:

1- Parvoviridae اين ويروس آنقدر ساده است كه فقط يك رشته DNA دارد و مانند بازي كردن در زمين گلف با يك سوراخ است.

2- Poxviridae اين ويروس در طرف ديگر طيف قرار دارد فوق العاده پيچيده است به دليل اينكه داراي DNA دو رشته اي است و ماهيت DNA نيز بسيار پيچيده است و مي تواند براي صدها نوع پروتئين كدگذاري كند اين ويروس ها تقارن ايكوزادرال را ندارد، DNA توسط پروتئين هايي با ساختار پيچيده احاطه شده است كه خيلي شبيه يك جعبه است (POX در يك BOX ) اين ويروس در سيتوپلاسم نسخه برداري مي شود.

سه نوع از ويروس هاي DNA دار غشا دارند : Hepadna-pox – Herpes سه نوع از آنها برهنه هستند. يك زن بايد براي تست پاپ اسمير برهنه شود PApova Adeno PArvo

RNA ويروس ها

اطلاعات عمومي زيادي درباره ي ويروسهاي RNA وجود دارد كه اغلب آنها متضاد DNA ويروس ها هستند اغلب RNA ويروس ها تك رشته اي هستند ( نيمي از آنها رشته ي مثبت و نيمي رشته ي منفي دارند) داراي غشاء مي باشند تقارن كپسيد هليكال نشان مي دهند و در سيستوپلاسم نسخه برداري مي شوند.

Toga        Orthomyxo

Corona     Paramyxo

Retro       Rhabdo

Picorna   Bunya

Calici     Arena

Reo        Fibo

 استثنائات.

1- Reoviridae دو رشته اي هستند

2- سه نوع هستند كه غشا ندارند Picorna, calici, Reoviridae

3- پنج نوع هستند كه غشاء ايكوزادرال دارند : calici, Toga, flavi, picorna,Reo 

(Rhabdo تقارن هليكال دارد اما ظاهراً مانند يك گلوله است.)

4- دو نوع هستندكه در هسته نسخه برداري مي شوند orthomyxo-Retro

نسخه برداري ويروس ها

ويروس ها نمي توانند خودشان توليد مثل كنند بلكه بايد از يك سلول استفاده كنند و با غلبه كردن بر سازمان هاي داخل سلولي و دستور دادن به اين سازمان ها، آنزيم ها و پروتيئن هاي ساختاري جديد ويروسي را بسازند و سپس مواد ژنتيكي ويروس را به ميزان كافي كپي كرده و كپي ها مي توانند در داخل ساختارهاي جديد ويروسي قرار بگيرند در نهايت ويروس ها، سلول ميزبان را ترك مي كنند، اين فرايند سلول ميزبان را مجبور مي كند تا پروتئين هاي ويروسي را بسازد و از مواد ژنتيكي ويروسي كپي برداري كند.

به منظور توليد مثل ويروس ها بايد چهار مرحله پشت سر گذاشته شود:

1- جذب و نفوذ          2- پوشش برداري از ويروس        3- تركيب و تجمع محصولات ويريون ها  4- انتشار و پراكندگي ويروس ها از سلول ميزبان

جذب و نفوذ

شكل 15-22

قطعات ويروسي غشاي سلول ميزبان را مي يابند . اين معمولاً يك عكس العمل مخصوص است كه در آن پروتئين كدگذاري شده ي ويروسي روي كپسيد يا گليكو‌پروتئين‌هاي جا سازي شده غشاي ويروسي به گيرنده هاي غشاي سلول ميزبان متصل مي شوند برخلاف باكتريوفاژ (رجوع به فصل 3 و ژنتيك باكتريال) كه تنها DNA خود را به سلول ميزبان تزريق مي كند،  اين ويروس ها به طور كامل وارد سلول ميزبان مي شوند همراه با كپسيد و  نوكلئيك اسيد.

پوشش برداري

اسيدنوكلئيك از كپسيد به هسته يا سيتوپلاسم آزاد مي شود.

نسخه برداري، ترجمه، رونويسي

RNA ويروس ها

معمولاً نسخه برداري ، رونويسي و ترجمه اين ويروس ها در سيتوپلاسم  انجام مي شود.

شكل 16-22

رونويسي ويروس هاي RNA تك رشته اي مثبت

اين ويروس ها RNA پليمراز وابسته به RNA را حمل نمي كنند زيرا كه آنها توسط سلول ميزبان مستقيماً به عنوان mRNA خوانده مي شوند.

شكل 17-22

 

رونويسي ويروس هاي RNA   تك رشته اي منفي

ويروس پوشش برداري مي شود و RNA پليمراز ويروسي ( مربوط به ويروس) را منتشر مي كند

و ابتدا بايد رشته منفي را به يك رشته مثبت تبديل كند رشته مثبت سپس مانندmRNA عمل مي كند و مورد نسخه برداري ترجمه قرار مي گيرد.

DNA ويروس ها

نسخه برداري و رونويسي معمولاً در هسته اتفاق مي افتد.

شكل 18-22

رونويسي ويروس هاي DNA عموماً از ويروس هاي RNA پيچيده تر است بنابراين نسخه برداري به سه قسمت خيلي سريع، سريع و آهسته تقسيم مي شود. موضوع مهم ديگر اين است كه DNA ويروس ها در يك مدل مشابه به عنوان ژنوم ما عمل مي كنند.

بخش هايي از DNA در هسته به mRNA ترجمه مي شوند و سپس mRNA  به طرف سيستوپلاسم حركت مي كند جايي كه ترجمه اتفاق مي افتد.

نسخه برداري خيلي سريع و سريع

رونويسي اوليه mRNA اينجا اتفاق مي افتد و بنابراين آنزيم ها و پروتئين هاي مورد نياز براي رونويسي DNA و نسخه برداري بعدي از قبل آماده است. (از mRNA قبلي )

نسخه برداري آهسته

mRNA معمولاً بعد از نسخه برداري DNA ويروسي، رونويسي مي شود و رونويسي آن از روي DNA اوليه است و پروتئين هاي ساختاري كپسيد از ژنوم mRNA قبلي ايجاد مي شود.

گردهمايي (سرهم شدن) و خروج

پروتئين هاي ساختاري و ژنوم (RNA يا DNA ) در ويروس با تقارن هليكال يا ايكوزادرال سرهم مي شوند و سپس ويروس خارج مي شوند.

 

ويريون هاي برهنه

سلول ممكن است ويريون را تجزيه و آزاد كند يا ممكن است ويريون ها با فاگوسيتوز معكوس (اگزوسيتوز) منتشر شود.

ويريون هاي غشادار

ويريون هاي برهنه تازه تشكيل شده مي تواند پوشش و غشاي خود را از طريق دستگاه گلژي، غشاي هسته يا غشاي سيتوپلاسمي به دست آورند (كندن قطعه اي از غشاي دولايه ليپيدي سلول ميزبان براي خروج)

مرگ

با عفونت ويروسي عملكرد سلول ميزبان مختل مي شود زيرا سلول به خدمت براي نسخه برداري ويروس قرار گرفته كه اين مي تواند منجر به مرگ سلول شود.

تغيير شكل

عفونت مي تواند باعث ناهماهنگي ژنتيكي شود و اين مي تواند در جريان رشد سلول اختلال ايجاد كند.

عفونت نهفته

ويروس مي تواند در حالت خفته و عدم فعاليت باقي بماند بدون ايجاد عفونت باليني فاكتورهاي متفاوتي مي توانند در فعاليت دوباره ويروسي مؤثر باشند.

عفونت  مزمن

بعضي از ويروس ها مي توانند بعد از گذشت سال ها باعث بروز بيماري شوند و عفونت مزمن ايجاد كند.