الفيروسات

1. درست سابقاً أن الفيروسات عبارة عن جسيمات بروتينية تحتوي على حمض نووي، ولا تُعد من الكائنات الحية، حيث تعتمد على خلايا الكائنات الحية وتصبح قادرة على التكاثر، وبخلاف ذلك تكون في حالة خمول.
2. تسبب الفيروسات المرض ٕ للانسان والحيوان والنبات، وتصيب الكائنات الحية الدقيقة.

فكيف اكتشفت الفيروسات؟ وما أشكالها؟ وما طرق تكاثرها وتصنيفها؟ وما الأمراض التي تسببها؟

هذه الأسئلة وأخرى سأتمكن من ٕ الاجابة عليها بعد دراسة هذا الفصل وسأكون قادراً على:

1. وصف تركيب الفيروس.
2. التعرف إلى أشكال الفيروسات.
3. تصنيف الفيروسات اعتماداً على أسس معينة.
4. توضيح طرق تكاثر الفيروسات.
5. وصف بعض الأمراض الفيروسية.
6. تبيان أهمية الفيروسات في مجال التقانة الحيوية.
7. تصميم مجسمات للأشكال المختلفة من الفيروسات.

1. اكتشـفت الفيروسـات صدفـة أثنـاء إجـراء العالـم أدولـف مايـر ⁦Adolf Mayer⁩ بحوثـا علـى تبرقـش أوراق التبـغ، أنظـر الشـكل (1)، حيـث توصـل لوجـود دقائـق أصغـر مـن البكتيريـا تسـبب المـرض، ثـم تبعـه العالـم الروسـي إيفانوفســكي ⁦Ivanowsky⁩ الــذي تمكــن مــن تصفيـة عصـارة أوراق التبـغ المصابـة باسـتخدام مرشـحات خاصـة لا تسـمح للبكتيريـا بالمـرور، وقــام بمســح العصــارة بــأوراق غيــر مصابــة فلاحــظ إصابتهــا بالمــرض.
2. وقــد تبيــن لــه أن مســبب المــرض أصغــر مــن البكتيريــا، حيــث نفــذ عبــر المرشــحات البكتيريــة، ولكنــه لــم يسـتطيع رؤيتهـا مجهريـا.
3. وهـو أول مـن أطلـق علــى مســبب المــرض اســم فيــروس، ويعنــي باللاتينيــة (ســماً) لأن أثــره يشــبه الســم.

واســتمر هــذا الاعتقــاد إلــى أن أكــده العالـم بجرنـك ⁦Beijerinck⁩ عـام 1898م، ثـم تمكـن العالـم فينـدل سـتانلي ⁦Wendell Stanley⁩ عـام 1935م مـن عـزل فيـروس تبرقـش التبـغ كيميائيـاً علـى شـكل بلـورات، وأطلـق عليـه اسـم فيـروس التبـغ الفسيفسـائي ⁦Tobacco Mosaic Virus-TMV⁩، وتـم لاحقـاً التعـرف علـى كثيـر مـن الفيروسـات باسـتخدام المجهـر ِٕ الالكترونـي، الـذي اختـرع فـي الثلاثينيـات مـن القـرن الماضـي.

يتكـون الفيـروس مـن حمـض نـووي ⁦DNA⁩ أو ⁦RNA⁩ محـاط بغطــاء بروتينــي يســمى كابســيد ⁦Capsid⁩، فــي بعــض الفيروســات يحيــط بالغطــاء غــلاف خارجــي يتكــون مــن دهــون وبروتينــات وكربوهيــدرات، وعنــد ســطح الغطــاء توجــد نتــوءات مكونــة مــن بروتيـن سـكري ⁦Glycoprotein⁩. مـا أهميتهـا؟ أنظـر الشـكل (2).

تتنـوع أشـكال الفيروسـات تبعـاً لتركيـب وشـكل الغطـاء البروتينـي لهـا، وسـنتعرف علـى أربعـة أشـكال منهـا، أنظـر الشـكل (3).

أ- لولبـي ⁦Helical⁩: يكـون الحمـض النـووي لولبـي الشـكل يشـبه الزنبـرك تترتـب حولـه الوحـدات البروتينيـة، مثـل فيـروس تبرقـش التبـغ والحصبـة.

• ب. متعـدد السـطوح، عشـروني السـطوح ⁦Icosahedral⁩: تترتـب الوحـدات البروتينيـة مكونـة سـطوحاً مثلثـة الشـكل، والتـي تحيـط بالحمـض النـووي علـى صـورة شـكل هندسـي ذي 20 وجهـاً مثـل فيـروس جـدري المـاء.
• جـ. الفيروســات المغلفــة ⁦Enveloped⁩: تتميــز هــذه الفيروســات بوجــود غــلاف يحيــط بالغطــاء البروتينــي ويعطيهــا الشــكل الكــروي، مثــل فيــروس ٕ الانفلونــزا.
• د. الفيروسـات المعقـدة ⁦Complex⁩: لهـا رأس مضلـع يحتـوي علـى الحمـض النـووي، وعنـق، وذيـل أجـوف يحيـط بـه غـلاف حلزونـي بنهايتـه منطقـة الالتصـاق، وهـي صفيحـة قاعديـة تتصـل بهـا أليـاف الذيـل، مثـل الفيروسـات مهاجمـة البكتيريـا (الفاجـات).

تصنف الفيروسات اعتماداً على عدة أسس أهمها: أ- نوع الحمض النووي وتقسم ٕالى:

1. فيروسات ⁦DNA⁩: مثل فيروس الكبد الوبائي ⁦Hepatitis B⁩.
2. فيروسات ⁦RNA⁩: مثل فيروس الحصبة، وفيروس الأنفلونزا.

• ب. طرق انتقالها: عبر الفم، أو الاتصال الجنسي، أو الحقن، وغيرها.
• جـ. نوع الكائن المضيف: نبات، أو إنسان، أو حيوان، أو بكتيريا...
• د. من حيث شكل الفيروس كما ورد سابقا.
• هـ. وجود الغلاف الخارجي.

تعـد الفيروسـات دقائـق لا خلويـة لا تسـتطيع التكاثـر إلا عندمــا تهاجــم خلايــا الكائــن الحــي، معتمــدة علــى مكوناتهــا الخلويــة لمضاعفــة مادتهــا الوراثيــة، وتكويــن البروتينــات اللازمــة، لذلــك تُ ّ عــد الفيروســات متطفلــة داخليــة إجباريــة ⁦Obligate Intracellular Parasites⁩.

تختلــف آليــة تكاثــر فيروســات ⁦DNA⁩ عــن فيروســات ⁦RNA⁩ فــي الخلايــا حقيقيــة النــوى: أ- فيروسات ⁦DNA⁩: تتكاثر لدى دخولها خلية العائل، حيث يندمج ⁦DNA⁩ الفيروس مع ⁦DNA⁩ الخاص بخلية العائل، ثم يوجهها ٕلانتاج فيروسات جديدة. ب- فيروسـات ⁦RNA⁩: ومنهـا مـا تعـرف بفيروسـات النسـخ العكسـي ⁦Retroviruses⁩ فهـي تقـوم ٕبانتـاج جـزيء ⁦DNA⁩ مـن ⁦RNA⁩ باسـتخدام أنزيـم خـاص يسـمى ٔانزيــم النســخ العكســي ⁦Reverse Transcriptase⁩ فـي عمليـة تعـرف بالنسـخ العكسـي. لمـاذا؟، ثـم يندمـج ⁦DNA⁩ المنتـج مـع المـادة الوراثيـة للعائـل وينسـخ جزيئـات ⁦RNA⁩ جديـدة وبروتينـات خاصـة بالفيـروس. ومـن أمثلتهـا فيـروس ⁦HIV⁩ المسـبب لمـرض ٕ الايـدز أنظـر الشـكل (4).

سؤال: لماذا تُ ّعد بعض أنواع فيروسات ⁦RNA⁩ مسرطنة؟

تحتــوي الفيروســات مهاجمــة البكتيريــا (الفاجــات) علــى الحمــض النــووي ⁦DNA⁩، وتتكاثــر داخــل خلايــا البكتيريــا بآليتيــن همــا الــدورة المحللــة والاندماجيــة. أنظــر الشــكل (5).

وتتضمن هذه الدورة المراحل الآتية:

1. التصـاق الفيـروس ⁦Attachment⁩: يرتبـط الفيـروس بواسـطة أليـاف الذيـل بموقـع اسـتقبال خـاص ⁦Receptor Site⁩ علـى السـطح الخارجـي لجـدار الخليـة البكتيريـة.
2. حقـن المـادة الوراثيـة ⁦Injection⁩: يقـوم الفيـروس بحقـن مادتـه الوراثيـة ⁦(DNA)⁩ داخـل خليـة العائـل، ويبقـى الغطـاء البروتينـي خـارج الخليـة.
3. التضاعـف والبنـاء ⁦Biosynthesis⁩: يوجـه ⁦DNA⁩ الفيروسـي الخليـة لمضاعفـة مادتـه الوراثيـة وبنـاء بروتيناتـه مسـتخدماً أنزيمـات العائـل ومكوناتـه الخلويـة.
4. التجميع ⁦Assembly⁩: يتم تجميع مكونات الفيروس بعضها مع بعض ٕلانتاج فيروسات جديدة.
5. خروج الفيروسات ⁦Release⁩: تنفجر الخلية البكتيرية وتتحلل مطلقة الفيروسات الجديدة.

تحدث وفق الخطوات الآتية:

1. بعد دخول ⁦DNA⁩ الفيروسي إلى داخل الخلية ٕفانه يندمج مع ⁦DNA⁩ البكتيري.
2. يتضاعـف ⁦DNA⁩ الفيروسـي مـع تضاعـف ⁦DNA⁩ البكتيـري لعـدة أجيـال. وهـذا يمكـن الفيـروس مـن التكاثـر داخـل الخليـة دون قتلهـا.
3. ينفصل ⁦DNA⁩ الفيروسي عن ⁦DNA⁩ البكتيري، ويسيطر على أنشطة الخلية، ويوجهها لبناء فيروسات جديدة، حيث:

   أ- يدخــل الفيــروس الــدورة المحللــة، وعندمــا تصبــح الظــروف ملائمــة تنفجــر الخليــة البكتيريــة، وتطلــق الفيروســات مــن جديــد. ب- عنـد انفصـال الحمـض النـووي الفيروسـي عـن كروموسـوم الخليـة البكتيريـة، قـد يحمـل معـه قطعـة مـن جـزيء ⁦DNA⁩ البكتيـري، ويحيطهـا بغلافـه البروتينـي؛ وبهـذا ينتقـل جـزء مـن المـادة الوراثيـة للبكتيريـا إلـى خليـة بكتيرية ثانيـة عنـد مهاجمـة الفيـروس لهـا فيمـا يعـرف بعمليـة الانقـال الفيروسـي.

سـؤال: بالاسـتعانة بالشـكل (5) الـذي يوضـح مراحـل الـدورة المحللـة، أبيـن سـبب تسـمية الـدورة المحللـة بهذا الاسـم.

إن معظم ٕ الاصابات الفيروسية تتم عند مهاجمة الفيروسات لخلايا الجسم، فكيف تسبب الفيروسات المرض؟ تستخدم الفيروسات إحدى الآليات الآتية:

1. تُحطم الفيروسات الخلايا المصابة عند تكاثرها مسببة أعراض المرض.
2. تتدخل في العمليات الحيوية.
3. تندمـج مـع ⁦DNA⁩ للخلايـا المصابـة، ٕلانتـاج المكونـات البروتينيـة للفيـروس وتضاعـف مادتـه الوراثيـة، مـا يـؤدي إلـى ضعـف الخليـة، وبعض الفيروسـات تسـبب السـرطان.

عـلاج الأمـراض الناتجـة عـن الفيروسـات فـي كثيـر مـن الحـالات غيـر ممكـن، إلا أن هنـاك بعـض الأدويـة الحديثـة تعمـل علـى الحـد مـن انتشـار الفيروسـات فـي الجسـم مـن خـلال تنشـيط جهـاز المناعـة، ومـن ثـم القضـاء عليهـا.

سؤال: لماذا يصعب علاج الأمراض الفيروسية؟

1. ٕ الانفلونـزا ⁦Influenza⁩: عـدوى فيروسـية تنتشـر بيـن جميـع الفئـات العمريـة، تصيـب الأغشـية المخاطيـة فـي الجهـاز التنفسـي ٕ للانسـان؛ مؤديـة إلـى ارتفـاع فـي درجـة الحـرارة، وآلام فـي العضـلات والمفاصـل، واحتقـان الأنـف، يبـدأ المـرض بالتلاشـي تدريجيـا،ً وقـد يسـتمر لغايـة أسـبوع. وتنشـأ العـدوى عبـر الـرذاذ المنتشـر نتيجـة العطـس، أو اسـتخدام الأدوات الشـخصية للمريـض.

قضية للبحث: ما الفرق بين ٕ الانفلونزا ونزلات البرد؟

2. الهيربــس البســيط ⁦Herpes⁩: عــدوى فيروســية تصيــب الجلــد، يســببها فيــروس يســمى اختصــارا ⁦(HSV) Herpes Simplex Virus⁩، وتــؤدي إلــى ظهــور تقرحــات تنتشــر فــي أنحــاء الجســم خاصــة حــول الفــم، والأنــف، والعينيــن، والأعضــاء التناســلية، وقــد ينتشــر فــي جميع أنحـاء الجسـم، يصاحبهـا ارتفـاع فـي درجـة الحـرارة والآم فــي العضــلات، وقــد تتحــول التقرحــات لاحقــا إلــى بثـور تندمـل، وتعـاود نشـاطها مـن وقـت إلـى آخـر، خاصـة فـي منطقـة الظهـر، وينشـط الفيـروس فـي حـالات يكـون فيهـا جهـاز المناعـة ضعيفـا،ً خاصـة عنـد مرضـى السـرطان الذيـن يخضعــون لجلســات العــلاج الكيمــاوي، أو بعــد عمليــات نقـل وزراعـة الأعضـاء واسـتخدام الأدويـة المثبطـة للمناعـة. أنظـر الشـكل (6).

3. شــلل الأطفــال ⁦Poliomyelitis⁩: مــرض فيروســي شــديد العــدوى، يســببه فيــروس ⁦Poliovirus⁩، يصيــب الأطفـال، وينتقـل عبـر الجهـاز الهضمـي مـن خـلال المـاء والطعـام الملوثيـن، أو عـن طريـق البـراز، حيـث يتـم امتصاصـه وينتقـل عبـر الـدم للجهـاز العصبـي، فيدمـر الخلايـا العصبيـة فـي الحبـل الشـوكي (المسـؤولة عـن حركـة العضـلات)؛ مـا يـؤدي لحـدوث شـلل عضلـي يصيـب السـاقين عـادة، ومـن الممكـن أن يـؤدي إلـى الوفـاة. للوقاية من المرض يتم تطعيم الأطفال في سن مبكرة باللقاحات المخصصة.

قضية للبحث: أكتب تقريراً عن أحد الأمراض الفيروسية المنتشرة في فلسطين، أو عن أحد الأمراض الآتية: أنفلونزا الطيور، أو جدري الماء، أو الحصبة، أو ٕ الايدز.

تهـدف التقانـة الحيويـة للاسـتفادة مـن الكائنـات الحيـة فـي المجـالات الزراعيـة والاقتصاديـة والطبيـة وغيرهـا، ومـن أكثـر الكائنـات التـي يتـم اسـتخدامها الفيروسـات التـي تسـتعمل ناقـلاً لبعـض الجينـات التـي تحمـل صفـات مرغوبـاً فيهـا فمثـلا:ً

أ- تسـتخدم الفيروسـات فـي نقـل جينـات بعـض الصفـات المرغـوب فيهـا (مثـل تحمـل درجـة الحـرارة والجفـاف) مـن النباتـات الصحراويـة إلـى نباتـات أخـرى.

• ب. مضاعفـة كميـات المحاصيـل الناتجـة، وبالتالـي المسـاعدة فـي حـل مشـكلة المجاعـة وارتفـاع أسـعار الغـذاء، ومعالجـة الميـاه مـن بعـض أنـواع البكتيريـا الضـارة باسـتخدام الفاجـات.
• جـ. فـي المكافحـة الحيويـة، حيـث تسـتخدم بعـض أنـواع الفيروسـات للقضـاء علـى أنـواع معينـة مـن الحشـرات، والآفـات الزراعيـة.

تمـت الاسـتفادة مـن الفيروسـات فـي عـلاج عـدة أمـراض مثـل عـلاج النقـص المناعـي الحـاد ⁦SCID⁩، وإنتـاج اللقاحــات والأبحــاث المتعلقــة بالعــلاج الجينــي ⁦Gene Therapy⁩ المتمثلــة فــي عــلاج بعــض الأمــراض الوراثيــة وبعـض أنـواع الأورام السـرطانية.

السؤال الأول: أضع دائرة حول رمز ٕ الاجابة الصحيحة:

1. بماذا تحاط المادة الوراثية في الفيروس؟

   أ- غلاف نووي ب- غطاء بروتيني جـ- غشاء خلوي د- جدار خلوي

2. في أي مرحلة تتحلل البكتيريا في الدورة المحللة لتكاثر الفيروس؟

   أ- الالتصاق ب- حقن المادة الوراثية جـ- خروج الفيروسات د- التجمع

3. أي من الآتية تُ ّعد من تطبيقات استخدام الفيروسات في المجال الزراعي؟

   أ- تلقيح النباتات ب- نقل جينات مرغوبة كمقاومة الجفاف جـ- استخدامها كغذاء للنباتات د- نقل جينات من النبات إلى ٕ الانسان

4. بأية طريقة ينتقل فيروس شلل الأطفال ٕ للانسان؟

   أ- الجهاز الهضمي ب- الجهاز التنفسي جـ- الجلد د- نقل الدم

السؤال الثاني: ّعد العلماء الفيروسات حلقة وصل بين الكائنات والجماد

1. أصف تركيب الفيروسات بمختلف أشكالها.
2. أوضح أوجه الشبه بين الفيروسات والجماد من جهة والكائنات الحية من جهة أخرى.

1. فيروس لولبي.
2. فيروس مغلف.
3. فيروس متعدد السطوح.
4. فيروس ⁦DNA⁩.
5. فيروس ⁦RNA⁩.

السؤال الرابع: على ماذا يعتمد علماء التصنيف في تصنيف الفيروسات؟

السؤال الخامس: أشرح مراحل الدورة المحللة لتكاثر الفيروس. السؤال السادس: من الأمراض التي تسببها الفيروسات مرض الأنفلونزا أ- أذكر أعراض المرض. ب- هل هنالك علاج للأمراض الفيروسية؟

1. يُعد الفيروس متطفلاً داخلياً إجبارياً.
2. تستخدم الفيروسات في مجال المكافحة الحيوية.
3. يكون الجسم عرضة ٕ للاصابة بالالتهابات البكتيرية عند ٕ الاصابة بالأنفلونزا.

1. إلى ماذا تشير الأرقام من 1-4؟
2. ما أهمية الجزء الذي يشير له الرقم 5؟

السؤال التاسع: قد تصيب بعض أنواع الفيروسات أكثر من نوع من الأنسجة في جسم الكائنات الحية، أفسر ذلك.

السؤال العاشر: يعتقد علماء الأحياء أن الفيروسات تطورت من أصل الخلايا الأولية. لماذا يعتقد العلماء أن هذا ما تم فعلاً؟