التضاعف والتكاثر في الفيروسات

الفيروسات تتضاعف داخل الخلايا الحية، لذلك فأن الطاقة التي تحتاجها والمواد الاولية تكون مجهزة من قبل الخلايا المضيفة، اضافة الى استغلال الفيروس للمكائن الخلوية لتخليق فيروسات جديدة. والجينوم الفيروسي يحوي على المعلومات اللازمة لبناء فيروسات جديدة مرتبة بشكل دقيق. اما القفيصة او الغلاف البروتيني المكون من بروتينات سكرية في العادة فتحمي الجينيوم، كما انها تحدد تداخلات الفيروسات مع الخلايا اذ تساعد الفيروس على الالتصاق واختراق الخلايا ليبدأ دورة حياة جديدة. وداخل الخلية يقوم الفيروس بتعطيل المكائن الخلوية وتوجيهها لتكوين فيروسات جديدة لتعبأ في الغلاف البروتيني وبعض الأحيان يندمج الجينوم الفيروسي مع كروموسوم الخلية. اما الجزئيات التي تعبأ وتكون وحدات فيروسية متكاملة فيمكن ان تنطلق الى البيئة الخارجية.

وتختلف الفيروسات في الطرق التي تسلكها في التضاعف اعتمادا على تركيب جينوميتها، فقد تكون مكونة من اشرطة مفردة من RNA وهذه ليست فيها جينات تشفر للغلاف البروتيني لذلك تعتمد على الخلية المضيفة ومثل هذه الفيروسات تحوي على تواليات نووية (IR) Inverted repeats بشكل يشبه العناصر القافزة Transposable elements ومثل هذه الفيروسات القهقرية Retroviruses التي يعتقد أنها نشأت من العناصر القافزة.

ودورة حياة الفيروسات وخطوطها العريضة تختلف في بالتفاصيل والطرق التي تسلكها الفيروسات للتضاعف في الخلايا التي تتطفل عليها. والشكل (1) يوضح مراحل او اطوار حياة احد الفيروسات وهو من الفيروسات المكونة من DNA  التي تصيب الخلايا البكتيرية.

المرحلة الأولى : تشمل التصاق الفيروس للخلية المضيفة واختراق الحواجز لها بعد ازالة الاغلفة البروتينية. ويتم الالتصاق بتداخل الفيروس مع مواقع لمستلمات خاصة على سطوح الخلايا.

وتختلف جزيئات المستلم للفيروسات المختلفة ولكن بصورة عامة هي بروتينات سكرية، وبعض الأحيان تكون من البروتينات او تجمعات بروتينية، وعلى كل حال فهذه المستلمات تمثل تكامل في التراكيب الفراغي للمستلم للتركيب الفيروسي، فمثلا يرتبط فيروس HIV المسبب لمرض نقص المناعة المكتسبة CD4 على الخلايا التائية (cells – T) ويرتبط فيروس Epstein Bar virus الى المستلم CD21 على الخلايا البائية (B-cells) للجهاز المناعي كما ان وجود المستلم على سطوح الخلايا يؤثر في تحديد انتحاء الفيروس نحو الخلايا Cell tropism وبالتالي يساعد على امراضية الفيروس. وعلى العموم فليس كل الخلايا تملك المستلمات الفيروسية على سطوحها ولكنها يمكن ان تصاب فمثلا فيروس شلل الاطفال Poliovirus يستطيع الوصول الى خلايا الجهاز العصبي المركزي عن طريق القناة الهضمية.

شكل 1 : الاطوار المختلفة بعد اصابة البكتريا بالعاثيات

وكل خلية مستهدفة (في حالة وجود المستلمات) يمكن ان تحمل حوالي 100000 موقع مستلم على سطحها الأنواع من الفيروسات. وعملية الارتباط بالمستلمات تؤدي الى حدوث تغيرات تجسيمية او فراغية في المكونات التي ارتبطت وتكون عادة غير قابلة للرجوع.

وبعد عملية الالتصاق تحصل عملية الاختراق والتي تتم في بعض الأحيان بطريقة الاحتساء الخلوي Endocytosis لتدخل الفيروسات الى داخل الخلية عبر الغشاء الخلوي ضمن ما يسمى بالجسيمات الداخلية Endosomes، وفي حالات اخرى يندمج غلاف الفيروس مع غشاء الخلية إذ يندمج بروتين الدمج الفيروسي Vial fusion protein مع مستلم خلوي اخر يقع على الغشاء الخلوي يسمى المستلم المساعد Co receptor مثل مستلمات Chemokine في حالة فيروس نقص المناعة المكتسبة HIV .

وعند دخول الفيروسات تبقى اغلفته البروتينية على السطح، لذلك تقوم الفيروسات بإنتاج mRNA لبناء هذه البروتينات عند اكتمال الدورة، وعملية ازالة الاغلفة البروتينية او القفيصة تكون متزامنة وبعد مدة قصيرة من عملية الاختراق. وهذا يعني حصول تغير او فصل فيزيائي للحوامض النووية للفيروس عن مكونات التراكيب الخارجية، كي تتمكن الحوامض النووية من ممارسة وظيفتها. الجينوم يمكن ان ينطلق كحوامض نووية حرة كما في مجموعة Picornaviruses او على شكل Nucleocapsids كما في Reoviruses وهذا يعني انطلاق الحوامض النووية مع بعض البروتينات ومنها انزيمات الكوثرة Polymerases.

جدول 1 : المسارات المختلفة لانتساخ الحوامض النووية لمجاميع ممن الفيروسات

اشرطة مزدوجة. ds

اشرطة مفردة ss

• اشرطة سالبة

+ اشرطة موجبة

± حلزونات تحوي على اشرطة سالبة وموجبة

المرحلة الثانية : وتشمل مرحلة تخليق الحوامض النووية ودورة تضاعف الفيروس وتلي عادة دخول الفيروسات وازالة الاغلفة البروتينية، ويكون ذلك بانتساخ جزيئات خاصة من mRNA وتستعمل الفيروسات (DNA) المختلفة مسارات مختلفة لتخليق mRNA اعتمادا على تركيب الحوامض النووية التي تحويها، وهناك عدة اليات تعمل على جعل mRNA الفيروسي يتنافس مع mRNA الخلوي لإنتاج البروتينات بكميات كافية، والبعض منها موضح في الجدول (1)

في الفيروسات ذات الأشرطة المزدوجة dsDNA فأن البروتينات المبكرة تتكون بسرعة بعد الاصابة والبروتينات المتأخرة مثل بروتينات القفيصة تتكون في مرحلة متأخرة من الاصابة، والجينات المبكرة قد تغلق او تبقى مفتوحة التعبير عند المراحل النهائية من الدورة.

اما الفيروسات المكونة من RNA فيتم التعبير عن الجينات كلها في الوقت نفسه، ولكن توجد سيطرة على عمليات تخليق البروتينات اعتمادا على الحاجة إليها وبالكميات اللازمة والتنظيم يتم ببعض البروتينات الفيروسية التي تسيطر على عمليات استمرار انتساخ وترجمة mRNA.

وفي حالة التواليات المتداخلة (Overlapping sequences) وهي حالة شائعة في الفيروسات وذلك يعني اشتراك بعض التواليات في تخليق بروتينين، فان التحديد يتم باستعمال آلية قراءة الاطارات Reading frames او استعمال اثنين من جزيئات mRNA وتبدأ بقراءة الجينات من مناطق مختلفة. ومن الملاحظ أكثر التغيرات تحصل في التعبير عن الجينات في الفيروسات RNA. اما فيروسات DNA فهي تتضاعف في النواة وتستعمل RNAP و DNA Polymerase وأنزيمات المعالجة الاخرى العائدة للخلية. وتكون الفيروسات الكبيرة اقل اعتمادا على المكائن الخلوية من الفيروسات الصغيرة لذلك تكون حساسة لمواد العلاج الكيماوية ضد الفيروسات. وبشكل عام تختلف مواضع تكاثر الفيروسات داخل أقسام الخلية وكذلك مواقع نضجها ومدة تضاعفها والجدول (2) يوضح بعض هذه المؤشرات.

ويمكن إجمال بعض المعلومات عن الفيروسات التي تصيب الخلايا حقيقية النواة بالآتي:

1. ان فيروسات DNA تتضاعف في النواة، في حين ان فيروسات RNA تتضاعف في السايتوبلازم بشكل عام مع جود بعض الاستثناءات.
2. عمليات تخليق البروتينات الفيروسية تحصل في السايتوبلازم على تجمعات الرايبوزومات Polyribosomes.
3. العديد من البروتينات الفيروسية تعاني من تحويرات بعد الترجمة مثل التسكر او اضافة مجاميع الاسيل (Acyl) وغيرها.

المرحلة الثالثة : وتمثل مرحلة التجميع او التشكل والانطلاق، فبعد تكون الأشرطة النووية وبروتينات القفيصة تتجمع مع بعضها لتكون الافراد الجديدة من الفيروسات، وبعد ذلك تتفجر الخلية التي قد تصل اعداد الجزيئات الفيروسية فيها الى حوالي 100000، ولكن في بعض الأحيان وخاصة في الفيروسات المغلقة بأغلفتها البروتينية تخرج من الخلايا بعملية تشبه عملية التبرعم، اذ يتم اقحام الغلاف الفيروسي المكون من البروتينات السكرية في غشاء الخلية ثم تندفع Viral nucleocapsids في البرعم وفي أثناء هذه العملية تكتسب الفيروسات الغلاف الخارجي Envelope

جدول 2 : بعض مواصفات الفيروسات ومواقع تضاعفها في الخلايا

وفي بعض الخلايا حقيقية النواة فان بعض الفيروسات قد لا يتم نضجها بشكل كامل لذلك تتجمع في الخلية مكونة الأجسام الاشتمالية Inclusion bodies، وتظهر على الخلايا اعراض مرضية وبالتالي تؤدي الى  موت الخلايا. وفي بعض الحالات تبقى الفيروسات دون ان تتجمع داخل الخلية ولا تدمرها.

ويلاحظ ان الفيروسات يمكن ان تظهر آليات مختلفة لحدوث الاستماتة Apoptosis. وبشكل عام فان ظاهرة الاستماتة هي احداث وراثية مبرمجة تؤدي بالخلايا الى تدمير نفسها، وبعض الفيروسات تؤخر الاحداث المبكرة للاستماتة لغرض السماح لمزيد من الافراد الجديدة بالتكون. كما ان بعض الفيروسات تحفز بشكل نشط المراحل الاخيرة للاستماتة والتي تسمح بانتشار الافراد الناتجة لتنتقل الى خلايا جديدة.

والحقيقة ان ليس جميع اصابات الفيروسات تؤدي الى انتاج افراد جديدة من الفيروسات فالاصابات المنتجة تحدث في الخلايا التي تسمح بذلك Permissive cells  اما الاصابات المجهضة Abortive infections تفشل في انتاج الافراد الجديدة وذلك لان الخلايا تكون غير متاحة Non -Permissive cells ولا تستطيع تدعيم التعبير عن الجينات الفيروسية، او ان الاصابة تكون ناقصة او معلولة وفيها نقص لبعض الجينات الفيروسية الفعالة. وفي احيان اخرى تحدث الاصابة الكامنة Latent infection وفيها تحدث الاصابة بالجينوم الفيروسي الكامل ولكن لا يمكن التعبير عن الجينات او التعبير عن عدد قليل منها وتبقى محافظة على الخلايا المصابة.

المصادر

الخفاجي , زهرة محمود (2008) . التقنية الحيوية الميكروبية (توجهات جزيئية ) . معهد الهندسة الوراثية والتقنية الحيوية . جامعة بغداد .