ویروس چیست؟

ویروس‌ها

ویروس‌ها مجموعه‌ای از اجزای ژنتیکی هستند که قادرند به‌طور مستقل درون سلول‌های زنده تکثیر شوند. آن‌ها می‌توانند بیماری‌زا باشند و می‌توانند در انسان، حیوانات، گیاهان و حتی میکروب‌ها و حتی ویروس‌های دیگر عفونت ایجاد کنند. ویروس‌ها اندازه‌های بسیار کوچکی دارند و به تنهایی نمی‌توانند به شکل مستقل فعالیت کنند. به جای آن، ویروس‌ها برای تکثیر خود نیازمند استفاده از ماشین‌های زنده‌ای مانند سلول‌های میزبان  هستند.

قبل از پرداختن به بقیه مباحث توصیه می‌شود که ویدیوی زیر را جهت درک بهتر ساختار و عملکرد ویروس‌ها ببینید:

ویروس‌ها به طور عمومی از دو قسمت اصلی تشکیل شده است: ژنوم و پوشش. ژنوم ویروس حاوی اطلاعات ژنتیکی است که برای تولید نسل جدید ویروس لازم است. این ژنوم می‌تواند از DNA یا RNA تشکیل شده باشد و بسته به نوع ویروس متفاوت است. پوشش ویروس شامل پروتئین‌ها است که ژنوم را محافظت کرده و به ویروس کمک می‌کنند تا به سلول‌های میزبان متصل شود و درون آنها نفوذ کند.
وقتی یک ویروس به سلول میزبان وارد می‌شود، اجزای آن(مانند پروتئین‌ها) با اجزای سلول تعامل می‌کنند و ویروس را به درون سلول راه می‌دهند. سپس ژنوم ویروس وارد سلول می‌شود و آن را به تولید نسل جدید ویروس‌ها تحریک می‌کند. این فرآیند موجب از بین رفتن و تخریب سلول میزبان می‌شود و می‌تواند علائم بیماری را به وجود آورد.

تاریخچه کشف ویروس‌ها

تاریخچه کشف ویروس‌ها به قدمتی بسیار طولانی برمی‌گردد. این میکروسکوپی که بتواند ویروس‌ها را مشاهده کند در سال ۱۹۳۱ کشف شد. در ادامه، برخی از مراحل کلیدی در تاریخچه کشف ویروس‌ها را بررسی می‌کنیم.

1.  سال ۱۸۹۲:  رشته‌شناس فرانسوی دمتری آیونوفسکی اولین ویروس را درختان بذر آفتابگردان کشف کرد و آن را ویروس موزاییک آفتابگردان نامید.
2. سال ۱۸۹۸:  ویلیام مارتینوس بیترینک و فلوزا را در بومی‌سازی ویروس‌ها مطرح کردند. او نشان داد که بومی‌سازی ویروس‌ها را می‌توان برای تولید واکسن‌ها استفاده کرد.
3. سال ۱۹۳۱:  الکترون میکروسکوپ که قادر به مشاهده ویروس‌ها بود، توسط ارنست روسکا و ماکس کوهنل در آلمان توسعه یافت. این پیشرفت تحقیقات در زمینه ویروس‌شناسی را بهبود بخشید.
4. سال ۱۹۳۶: ویروس تب وحشتی در گونه‌های سلطنتی مانند سگ و گربه توسط استانلی پراین نامگذاری شد. او همچنین روش‌هایی را برای توسعه و تعیین هویت ویروس‌ها توسعه داد.

ساختار ویروس‌ها

ویروس‌ها ساختارهای بسیار کوچکی دارند که در قطر حدود ۲۰-۲۵۰ نانومتر قرار می‌گیرند. آن‌ها متشکل از یک مجموعه ژنتیکی (DNA یا RNA) هستند که با یک پوشش پروتئینی به نام کپسید محافظت می‌شوند. معمولاً ساختار ویروس شامل سه قسمت است: سر ، ساقه و دم.
سر حاوی ساختارهای مهم برای اتصال به سلول میزبان است. ساقه قسمتی است که از سر به دم متصل است و میتواند متنوع باشد. دم نیز شامل ساختارهای مورد استفاده برای تثبیت ویروس در سلول میزبان است. با توجه به نوع ویروس، ممکن است دارای تغییرات مورفولوژیکی دیگری باشد، مانند پوشش بیرونی (انوولوپ) یا سازوکارهای خاصی برای ورود به سلول میزبان داشته باشد. در کل، ساختارهای ویروس براساس نوع و میزبان میتوانند متفاوت باشند.

منشا ویروس‌ها

منشأ ویروس‌ها هنوز به طور کامل مشخص نیست و  همچنان درباره آن مطالعه می‌کنند. تئوری‌های مختلفی درباره منشأ ویروس‌ها وجود دارد. یک تئوری مهم، فرضیه هیپوتتیک یا تئوری “گیاه خمیری” است که بر اساس آن، ویروس‌ها از گیاهان یا جانداران خمیری در طول زمان بروز یافته‌اند. نظریه دیگر فرضیه “بدست آمدن تصادفی” است که می‌گوید ویروس‌ها از ترکیبات تصادفی مولکول‌های ژنتیکی در محیط طبیعی نشات می‌گیرند.
با این حال، تا به امروز، منشأ ویروس‌ها به طور دقیق مشخص نشده است و تحقیقات بیشتری برای کشف این رازهای بیولوژیکی لازم است.

ژنوم ویروس

همه ویروس‌ها دارای ماده ژنتیکی (ژنوم) هستند که از اسید نوکلئیک ساخته شده است. در واقع دو نوع اسید نوکلئیک به نام‌های  RNA و  DNA  می‌تواند درون ویروس‌ها وجود داشته باشد اما دقت کنید که درون یک ویروس تنها یک نوع اسید نوکلئیک می‌تواند وجود داشته باشید؛ یعنی یا می‌تواند دارای RNA باشد یا دارای DNA  باشد. انسان‌ها می‌دانند که DNA دو رشته‌ای و RNA  تک‌رشته‌ای است. ویروس‌ها می‌توانند تمام ترکیب‌های رشته‌ای و  اسید نوکلئیک (DNA دو رشته‌ای، RNA دو رشته‌ای، DNA تک‌رشته‌ای، RNA تک رشته‌ای) را داشته باشند. ژنوم‌های ویروسی نیز می‌توانند اشکال، اندازه‌ها و انواع مختلفی داشته ‌باشند.

پاکت‌های ویروس

همان‌طور که گفته شد برخی از ویروس‌ها یک غشای لیپیدی خارجی دارند که به عنوان یک پوشش شناخته شده و کل کپسید را محافظت می‌کند. به طور کل، ویروس‌های دارای پاکت حاوی پروتئین‌هایی هستند که توسط ویروس مشخص شده‌اند، که اغلب به اتصال ذرات ویروسی به سلول‌های میزبان کمک می‌کنند.

ویروس‌ها موجود زنده نیستند و این برای، درک چگونگی انتشار ویروس‌ها و انتقال ژن در آن‌ها به‌طور کامل قابل درک نیست. ویروس‌ها متابولیسم خاص خود را ندارند. در واقع ویروس‌ها، در سلول‌های میزبانی، اطلاعات ژنتیکی خود را وارد می‌کنند و متعاقباً، سلول‌های میزبان آلوده، ویروس‌های بیشتری تولید می‌کنند. بسته به ویروس، میزبان ممکن است انسان باشد، اما حیوانات، گیاهان، قارچ‌ها یا باکتری‌ها نیز می‌توانند به عنوان میزبان عمل کنند . حال قصد داریم نحوه انتقال ژن در ویروس‌ها را برسی کنیم.

همان‌طور که گفته شد 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 دارای یک DNA مرکزی و رشته mRNA می‌باشد. اسید نوکلئیک در گونه‌های مختلف ویروس‌ها به صورت تک رشته یا دو رشته یافت می‌شود. 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 با ۱۰۶ 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؛ درواقع، 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 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.

همانند سازی ویروس‌ها

همانندسازی ویروس‌ها فرایندی است که ویروس‌ها برای تکثیر و انتقال خود به سلول‌های میزبان استفاده می‌کنند. این فرایند معمولاً در چند مرحله انجام می‌شود.
ابتدا، ویروس برای ورود به سلول میزبان، از مکانیسم‌های خاصی مانند پروتئین‌های سطحی یا سامانه‌های تشدید استفاده می‌کند. سپس، پس از ورود به سلول، ویروس میزبان را تحت کنترل خود درمی‌آورد و دستورالعمل‌های بیولوژیکی را برای ساخت و تولید نسخه‌های جدید خود به سلول میزبان می‌دهد.
در این مرحله، ویروس از منابع سلولی میزبان برای ترجمه ژنوم خود به پروتئین‌های ویروسی استفاده می‌کند. پروتئین‌های ویروسی سپس به هم می‌پیوندند و نسخه‌های جدید ویروس را تشکیل می‌دهند. سپس، این نسخه‌های جدید ویروس از سلول میزبان جدا می‌شوند و به سایر سلول‌ها یا میزبانان دیگر منتقل می‌شوند.
همانندسازی ویروس‌ها ممکن است به صورت سیکل مستقیم و یا از طریق سیکل توام با تکثیر سلولی صورت بگیرد. در هر صورت، هدف اصلی ویروس افزایش تعداد خود و انتشار در محیط است. این فرایند پیچیده و تطابق دار با ماشین‌آلات مولکولی ویروس و تعاملات آن با سلول میزبان است.

روش‌های تشخیص ویروس‌ها

مهمترین روش‌های تشخیص ویروس‌ها شامل روش‌های مولکولی و روش‌های بر پایه سرولوژی هستند.
روش‌های مولکولی، از جمله روش‌های PCR (زنجیره‌ای پلیمراز) و روش‌های مشتق شده از آن، برای تشخیص ویروس‌ها به کار می‌روند. این روش‌ها بر اساس تکثیر و تضخیم قسمت‌های مشخصی از ژنوم ویروس برای تشخیص حضور ویروس در نمونه‌ها استفاده می‌شوند. این روش‌ها بسیار حساس و دقیق هستند و می‌توانند ویروس را حتی در نمونه‌های با تعداد کم شناسایی کند.
روش‌های بر پایه سرولوژی، شامل تشخیص آنتی‌بادی‌ها و آنتی‌ژن‌های مرتبط با ویروس در نمونه‌ها است. این روش‌ها از طریق آزمایش‌های مختلفی مانند آزمون‌های مصنوعی میزان آنتی‌بادی و آنتی‌ژن و همچنین روش‌های الایزایمونوسنس (ELISA)  و آزمون‌های تثبیت می‌توانند حضور ویروس و واکنش ایمنی میزبان را در برابر آن تشخیص دهند.
همچنین، روش‌های دیگری مانند سیتومگالوویروس (CMV) و استفاده از تصویربرداری تشخیصی مثل رادیوگرافی و تصویربرداری با رزونانس مغناطیسی (MRI) نیز برای تشخیص ویروس‌ها استفاده می‌شوند.
ترکیب این روش‌ها و استفاده از تجهیزات پیشرفته به ما امکان می‌دهد تا ویروس‌ها را با دقت و قابل اطمینان تشخیص دهیم و برنامه‌های درمانی و حتی پیشگیری مفید تری درنظر داشته باشیم .

ویروس‌های خطرناک

در محیط اطراف ما تعداد زیادی ویروس خطرناک وجود دارد که برای سلامتی انسان‌ها و دیگر موجودات زنده مخرب هستند. در اینجا، به برخی از خطرناک‌ترین ویروس‌ها اشاره خواهم کرد:

1. ویروس اچ‌آی‌وی (HIV): این ویروس باعث ایجاد ایدز، یک بیماری بسیار خطرناک و مزمن، در انسان‌ها می‌شود. HIV  سیستم ایمنی بدن را تخریب کرده و باعث آسیب و ضعف قوی در سیستم ایمنی می‌شود که بدن را در مقابل عفونت‌ها و بیماری‌ها آسیب‌پذیر می‌کند.
2.  ویروس ابولا (Ebola): این ویروس باعث ایجاد تب ابولا می‌شود که به سرعت پیشرفت می‌کند و عفونت‌های شدید خونی را در انسان‌ها ایجاد می‌کند. ابولا با علایم شدیدی مانند تب بالا، خونریزی داخلی و خارجی، اسهال و افزایش خطر مرگ عمل می‌کند.
3. ویروس انفلوآنزا (Influenza): انواع مختلفی از ویروس انفلوآنزا وجود دارند و ممکن است عفونت‌های سریع و وسیع را در انسان‌ها و حیوانات ایجاد کنند. برخی از نسخه‌های ویروس انفلوآنزا بسیار خطرناک و قابل انتقال به انسان‌ها هستند و می‌توانند به وباهای جهانی منجر شوند.
4. ویروس هپاتیت C (HCV):  این ویروس عفونت کبدی حاد و مزمن را در انسان‌ها ایجاد می‌کند. اغلب بیماری‌های هپاتیت C  بدون علائم و درد کبدی وجود دارند، اما در برخی از موارد
   می‌تواند به کبد و سیستم گوارشی آسیب جدی برساند. این ویروس معمولاً از طریق مایعات بدنی مانند خون، مدفوع، و آب آلوده منتقل می‌شود.
5. ویروس هندوانه غربی نیل (West Nile):  این ویروس توسط پشه‌ها به انسان منتقل می‌شود و می‌تواند عفونت‌های مغزی خطرناکی مانند آنسفالیت و میلینگیت را در انسان‌ها ایجاد کند. علائم این عفونت شامل تب بالا، سردرد شدید، تشنج، کمردرد، سرگیجه و کاهش وضوح ذهنی است.
6. ویروس زیکا (Zika):  این ویروس نیز توسط پشه‌ها منتقل می‌شود و می‌تواند به ویژه در زمان بارداری عفونت جدی را در زنان باردار و تولید نازادان مبتلا به میکروسفالی را ایجاد کند. علائم عفونت زیکا شامل تب، خس خس، اسهال، انتشار پوستی و آلت تناسلی قرمز و خارش است.

ویروس‌های مفید

ویروس‌ها معمولاً با تصویر منفی و عفونی بودن در ذهن ما به تصویر کشیده می‌شوند، اما در عین حال باید بدانیم که ویروس‌ها هم می‌توانند نقش مفیدی در جهان زیستی ایفا کنند. به تعدادی از ویروس‌های مفید و نقش آن‌ها اشاره می‌کنم:

1. ویروس‌های باکتریوفاژ (Bacteriophage): این ویروس‌ها قادرند به باکتری‌ها حمله کرده و آن‌ها را نابود کنند. از این خاصیت می‌توان در ضدعفونی‌کننده‌های طبیعی، کنترل عفونت‌های باکتریایی و حتی در درمان بیماری‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک استفاده کرد.
2. ویروس‌های گیاهی (Plant viruses): برخی از ویروس‌ها در گیاهان عفونت‌های بیماری‌زا ایجاد می‌کنند، اما در عین حال برخی از ویروس‌های گیاهی نیز به عنوان عامل‌های کنترل آفات مورد استفاده قرار می‌گیرند. این ویروس‌ها می‌توانند به عنوان آفتکش‌های زیستی عمل کرده و به کنترل آفات گیاهی بپردازند.
3.  ویروس‌ تراپی (Therapeutic viruses):  برخی ویروس‌ها می‌توانند در درمان بیماری‌های انسانی مفید باشند. به عنوان مثال، ویروس‌های تراپی به عنوان واسطه‌هایی برای انتقال ژن‌های درمانی به سلول‌های بیمار استفاده می‌شوند و می‌توانند در درمان بیماری‌های سرطانی و ژنتیکی مؤثر باشند.

راه های برقراری ارتباط ویروس ها با یکدیگر

ویروس‌ها برای برقراری ارتباط با یکدیگر از راه‌های مختلفی استفاده می‌کنند.
ویروس‌ها اغلب به منظور تکثیر خود به یک میزبان نیاز دارند. وقتی یک ویروس به یک میزبان وارد می‌شود، ابتدا باید وارد سلول میزبان شود. برای این کار، ویروس از مواد ژنتیک خود برای نفوذ به داخل سلول استفاده می‌کند. به عنوان مثال، ویروس‌های پوشش دار مانند ویروس انفلوآنزا از طریق پروتئین‌های پوششی خود به سلول میزبان متصل می‌شوند و سپس مواد ژنتیک خود را منتقل می‌کنند.
بعد از نفوذ به سلول میزبان، ویروس برای تولید نسل جدید خود اقدام می‌کند. این عملیات شامل تکثیر ژنوم ویروس و ساخت ساختارهای پروتئینی ویروسی است. در این مرحله، ویروس می‌تواند از منابع سلولی میزبان برای تولید اجزای خود استفاده کند. .
پس از تولید و آماده‌سازی نسل جدید، ویروس برای آزادسازی خود از سلول میزبان استفاده می‌کند. این می‌تواند از طریق فرایندهایی مانند لیزیس سلولی (که در آن سلول میزبان از بین می‌رود) یا بروز فرایند خروج آرام از سلول باشد. در بعضی موارد، ویروس‌ها می‌توانند به طور لاتنت در سلول میزبان باقی بمانند و در زمان‌های مناسب فعال شوند.

نحوه بیماری‌زایی ویروس‌ها

بیماری‌زایی ویروس ها به عنوان عوامل بیماری زا در سراسر جهان شناخته شده‌اند. این موجودات بسیار کوچک هستند و نیاز به یک میزبان برای تکثیر و گسترش دارند. فرایند بیماری زایی ویروس ها شامل چند مرحله است که در زیر به طور خلاصه توضیح داده می‌شود:

• ورود به میزبان: ویروس برای تکثیر ویروس‌های جدید و دستیابی به میزبان خود، نیازمند ورود به سلول‌های زنده است. این ورود می‌تواند به وسیله تماس مستقیم با سلول یا از طریق راه های ورودی مانند دستگاه تنفسی، گوارشی و مجرای خونی صورت گیرد.
• پیوستن به سلول میزبان ویروس برای ورود به سلول میزبان خود، به سلول میزبان متصل می‌شود. این اتصال می‌تواند از طریق پروتئین‌های ویروسی در سطح سلول یا به کمک سایر مولکول‌های موجود در سطح سلول صورت بگیرد.
• تخریب سیستم دفاعی سلول: ویروس با استفاده از آنزیم‌ها و پروتئین‌های خود، سیستم دفاعی سلول را غیرفعال می‌کند و به خود اجازه تکثیر بیشتر را می‌دهد. این عمل باعث ضعیف شدن مقاومت سلول در برابر عفونت می‌شود.
• تکثیر و تولید ویروس‌های جدید: پس از تخریب سیستم دفاعی سلول، ویروس آغاز به تکثیر درون سلول می‌کند. این فرآیند باعث تولید ویروس‌های جدید می‌شود که سپس به سایر سلول‌ها منتشر می‌شوند.

اخیرا، پیشرفت‌های چشمگیری در حوزه شناخت ویروس‌ها صورت گرفته است، که به توسعه ما در درک بهتر از این موجودات میکروسکوپی‌ بیماری زا کمک کرده است. یکی از مهم‌ترین کشف‌ها، شناسایی و توصیف ویروس‌های جدید و پتانسیل بیماری‌زایی آن ها است. به عنوان مثال، ویروس کرونا SARS-CoV-2  که منجر به بیماری COVID-19  می‌شود، به شدت مورد توجه قرار گرفته است. مطالعات جدید نشان می‌دهند که انتقال این ویروس از طریق تنفس هوا صورت می‌پذیرد و قابلیت شیوع سریع بین افراد را دارد.
علاوه بر این، نقش سیستم ایمنی بدن در مقابله با عفونت های ویروسی و مورد بررسی قرار گرفته است. با بهبود تکنولوژی‌های تشخیصی و روش‌های درمانی، از جمله توسعه واکسن‌ها و داروهای ضد ویروس، می‌توان مبارزه با ویروس‌ها را تسهیل کرد.
استمرار تحقیقات و پیشرفت‌ها در حوزه ویروس شناسی، نشان از تلاش علمی پژوهشگران در سراسر جهان برای بهبود درک و مقابله با بیماری‌های ویروسی است. این تلاش‌ها شامل شناسایی ویروس‌های جدید، توسعه روش‌های پیشرفته تشخیص و درمان، تحلیل عملکرد و عفونت ویروسی، و تحقیقات در مورد عواملی که باعث شیوع و توسعه ویروس‌ها است.

نویسندگان: سارا قجریان، هلیا مشهدی باقر کرباسی

منابع:

1. https://www.sciencedirect.com/topics/immunology-and-microbiology/virus-morphology
2. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK8174/#:~:text=Morphology%3A%20Viruses%20are%20groued%20on,many%20filamentous%20and%20pleomorphic%20viruses
3. https://magazine.hms.harvard.edu/articles/good-viruses-do#:~:text=Oncolytic%20viruses%E2%80%94from%20onco%2C%20meaning,while%20largely%20sparing%20healthy%20cells
4. https://www.khanacademy.org/science/biology/biology-of-viruses/virus-biology/a/intro-to-viruses#:~:text=Virus%20enters%20cell%20by%20endocytosis,proteins%20using%20a%20host%20ribosome.
5. https://www.sciencedirect.com/topics/immunology-and-microbiology/virus-genome#:~:text=The%20viral%20genome%20consists%20of,Molecular%20Diagnosis%20in%20Pathology%2C%202017