الفيروسات

تسبب الفيروسات المرض للإنسان والحيوان والنبات، وتصيب الكائنات الحية الدقيقة.

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

هذه الأسئلة وأخرى سأتمكن من الإجابة 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. اكتشفت الفيروسات صدفة أثناء إجراء العالم أدولف ماير Adolf Mayer بحوثا على تبرقش أوراق التبغ، أنظر الشكل (1)، حيث توصل لوجود دقائق أصغر من البكتيريا تسبب المرض،
2. ثم تبعه العالم الروسي إيفانوفسكي Ivanowsky الذي تمكن من تصفية عصارة أوراق التبغ المصابة باستخدام مرشحات خاصة لا تسمح للبكتيريا بالمرور، وقام بمسح العصارة بأوراق غير مصابة فلاحظ إصابتها بالمرض. وقد تبين له أن مسبب المرض أصغر من البكتيريا، حيث نفذ عبر المرشحات البكتيرية، ولكنه لم يستطيع رؤيتها مجهريا. وهو أول من أطلق على مسبب المرض اسم فيروس، ويعني باللاتينية (سماً) لأن أثره يشبه السم.
3. واستمر هذا الاعتقاد إلى أن أكده العالم بجرنك Beijerinck عام 1898م،
4. ثم تمكن العالم فيندل ستانلي Wendell Stanley عام 1935م من عزل فيروس تبرقش التبغ كيميائياً على شكل بلورات، وأطلق عليه اسم فيروس التبغ الفسيفسائي Tobacco Mosaic Virus-TMV،
5. وتم لاحقاً التعرف على كثير من الفيروسات باستخدام المجهر الإلكتروني، الذي اخترع في الثلاثينيات من القرن الماضي.

يتكون الفيروس من حمض نووي DNA أو RNA محاط بغطاء بروتيني يسمى كابسيد Capsid:

• في بعض الفيروسات يحيط بالغطاء غلاف خارجي يتكون من دهون وبروتينات وكربوهيدرات،
• وعند سطح الغطاء توجد نتوءات مكونة من بروتين سكري Glycoprotein. ما أهميتها؟ أنظر الشكل (2).

تتنوع أشكال الفيروسات تبعاً لتركيب وشكل الغطاء البروتيني لها، وسنتعرف على أربعة أشكال منها، أنظر الشكل (3).

• أ- لولبي Helical: يكون الحمض النووي لولبي الشكل يشبه الزنبرك تترتب حوله الوحدات البروتينية، مثل فيروس تبرقش التبغ والحصبة.
• ب- متعدد السطوح، عشروني السطوح Icosahedral: تترتب الوحدات البروتينية مكونة سطوحاً مثلثة الشكل، والتي تحيط بالحمض النووي على صورة شكل هندسي ذي 20 وجهاً مثل فيروس جدري الماء.
• ج- الفيروسات المغلفة Enveloped: تتميز هذه الفيروسات بوجود غلاف يحيط بالغطاء البروتيني ويعطيها الشكل الكروي، مثل فيروس الإنفلونزا.
• د- الفيروسات المعقدة Complex: لها رأس مضلع يحتوي على الحمض النووي، وعنق، وذيل أجوف يحيط به غلاف حلزوني بنهايته منطقة الالتصاق، وهي صفيحة قاعدية تتصل بها ألياف الذيل، مثل الفيروسات مهاجمة البكتيريا (الفاجات).

تصنف الفيروسات اعتماداً على عدة أسس أهمها:

• أ- نوع الحمض النووي وتقسم إلى:

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

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

تختلف آلية تكاثر فيروسات DNA عن فيروسات RNA في الخلايا حقيقية النوى:

• أ- فيروسات DNA: تتكاثر لدى دخولها خلية العائل، حيث يندمج DNA الفيروس مع DNA الخاص بخلية العائل، ثم يوجهها لإنتاج فيروسات جديدة.
• ب- فيروسات RNA: ومنها ما تعرف بفيروسات النسخ العكسي Retroviruses فهي تقوم بإنتاج جزيء DNA من RNA باستخدام أنزيم خاص يسمى أنزيم النسخ العكسي Reverse Transcriptase في عملية تعرف بالنسخ العكسي. لماذا؟، ثم يندمج DNA المنتج مع المادة الوراثية للعائل وينسخ جزيئات RNA جديدة وبروتينات خاصة بالفيروس. ومن أمثلتها فيروس HIV المسبب لمرض الإيدز أنظر الشكل (4).

تحتوي الفيروسات مهاجمة البكتيريا (الفاجات) على الحمض النووي DNA، وتتكاثر داخل خلايا البكتيريا بآليتين هما الدورة المحللة والاندماجية. أنظر الشكل (5).

وتتضمن هذه الدورة المراحل الآتية:

1. التصاق الفيروس Attachment: يرتبط الفيروس بواسطة ألياف الذيل بموقع استقبال خاص Receptor Site على السطح الخارجي لجدار الخلية البكتيرية.
2. حقن المادة الوراثية Injection: يقوم الفيروس بحقن مادته الوراثية (DNA) داخل خلية العائل، ويبقى الغطاء البروتيني خارج الخلية.
3. التضاعف والبناء Biosynthesis: يوجه DNA الفيروسي الخلية لمضاعفة مادته الوراثية وبناء بروتيناته مستخدماً أنزيمات العائل ومكوناته الخلوية.
4. التجميع Assembly: يتم تجميع مكونات الفيروس بعضها مع بعض لإنتاج 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 فإنه يندمج مع DNA البكتيري.
2. يتضاعف DNA الفيروسي مع تضاعف DNA البكتيري لعدة أجيال. وهذا يمكن الفيروس من التكاثر داخل الخلية دون قتلها.
3. ينفصل DNA الفيروسي عن DNA البكتيري، ويسيطر على أنشطة الخلية، ويوجهها لبناء فيروسات جديدة، حيث:

• أ. يدخل الفيروس الدورة المحللة، وعندما تصبح الظروف ملائمة تنفجر الخلية البكتيرية، وتطلق الفيروسات من جديد.
• ب. عند انفصال الحمض النووي الفيروسي عن كروموسوم الخلية البكتيرية، قد يحمل معه قطعة من جزيء DNA البكتيري، ويحيطها بغلافه البروتيني؛ وبهذا ينتقل جزء من المادة الوراثية للبكتيريا إلى خلية بكتيرية ثانية عند مهاجمة الفيروس لها فيما يعرف بعملية الانقال الفيروسي.

إن معظم الإصابات 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. تندمج مع DNA للخلايا المصابة، لإنتاج المكونات البروتينية للفيروس وتضاعف مادته الوراثية، ما يؤدي إلى ضعف الخلية، وبعض الفيروسات تسبب السرطان.

علاج الأمراض الناتجة عن الفيروسات في كثير من الحالات غير ممكن، إلا أن هناك بعض الأدوية الحديثة تعمل على الحد من انتشار الفيروسات في الجسم من خلال تنشيط جهاز المناعة، ومن ثم القضاء عليها.

1. الإنفلونزا Influenza: عدوى فيروسية تنتشر بين جميع الفئات العمرية، تصيب الأغشية المخاطية في الجهاز التنفسي للإنسان؛ مؤدية إلى ارتفاع في درجة الحرارة، وآلام في العضلات والمفاصل، واحتقان الأنف.

• يبدأ المرض بالتلاشي تدريجياً، وقد يستمر لغاية أسبوع.
• وتنشأ العدوى عبر الرذاذ المنتشر نتيجة العطس، أو استخدام الأدوات الشخصية للمريض.

قضية للبحث: ما الفرق بين الإنفلونزا ونزلات البرد؟

2. الهيربس البسيط Herpes: عدوى فيروسية تصيب الجلد، يسببها فيروس يسمى اختصارا (HSV) Herpes Simplex Virus، وتؤدي إلى ظهور تقرحات تنتشر في أنحاء الجسم خاصة حول الفم، والأنف، والعينين، والأعضاء التناسلية، وقد ينتشر في جميع أنحاء الجسم، يصاحبها ارتفاع في درجة الحرارة وآلام في العضلات.

• وقد تتحول التقرحات لاحقا إلى بثور تندمل، وتعاود نشاطها من وقت إلى آخر، خاصة في منطقة الظهر،
• وينشط الفيروس في حالات يكون فيها جهاز المناعة ضعيفاً، خاصة عند مرضى السرطان الذين يخضعون لجلسات العلاج الكيماوي، أو بعد عمليات نقل وزراعة الأعضاء واستخدام الأدوية المثبطة للمناعة. أنظر الشكل (6).

3. شلل الأطفال Poliomyelitis: مرض فيروسي شديد العدوى، يسببه فيروس Poliovirus، يصيب الأطفال، وينتقل عبر الجهاز الهضمي من خلال الماء والطعام الملوثين، أو عن طريق البراز.

• حيث يتم امتصاصه وينتقل عبر الدم للجهاز العصبي، فيدمر الخلايا العصبية في الحبل الشوكي (المسؤولة عن حركة العضلات)؛ ما يؤدي لحدوث شلل عضلي يصيب الساقين عادة، ومن الممكن أن يؤدي إلى الوفاة.
• 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: إنفلونزا الطيور، أو جدري الماء، أو الحصبة، أو الإيدز.

تهدف التقانة الحيوية للاستفادة من الكائنات الحية في المجالات الزراعية والاقتصادية والطبية وغيرها، ومن أكثر الكائنات التي يتم استخدامها الفيروسات التي تستعمل ناقلاً لبعض الجينات التي تحمل صفات مرغوباً فيها فمثلاً:

• أ- تستخدم الفيروسات في نقل جينات بعض الصفات المرغوب فيها (مثل تحمل درجة الحرارة والجفاف) من النباتات الصحراوية إلى نباتات أخرى.
• ب- مضاعفة كميات المحاصيل الناتجة، وبالتالي المساعدة في حل مشكلة المجاعة وارتفاع أسعار الغذاء، ومعالجة المياه من بعض أنواع البكتيريا الضارة باستخدام الفاجات.
• ج- في المكافحة الحيوية، حيث تستخدم بعض أنواع الفيروسات للقضاء على أنواع معينة من الحشرات، والآفات الزراعية.

تمت الاستفادة من الفيروسات في علاج عدة أمراض مثل علاج النقص المناعي الحاد SCID، وإنتاج اللقاحات والأبحاث المتعلقة بالعلاج الجيني Gene Therapy المتمثلة في علاج بعض الأمراض الوراثية وبعض أنواع الأورام السرطانية.

السؤال الأول: أضع دائرة حول رمز الإجابة الصحيحة:

1. بماذا تحاط المادة الوراثية في الفيروس؟

• أ. غلاف نووي
• ب. غطاء بروتيني
• ج. غشاء خلوي
• د. جدار خلوي

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

• أ. الالتصاق
• ب. حقن المادة الوراثية
• ج. خروج الفيروسات
• د. التجمع

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

• أ. تلقيح النباتات
• ب. نقل جينات مرغوبة كمقاومة الجفاف
• ج. استخدامها كغذاء للنباتات
• د. نقل جينات من النبات إلى الإنسان

4. بأية طريقة ينتقل فيروس شلل الأطفال للإنسان؟

• أ. الجهاز الهضمي
• ب. الجهاز التنفسي
• ج. الجلد
• د. نقل الدم

السؤال الثاني: عدّ 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.

السؤال الثالث: أذكر مثالاً لكل مما يأتي:

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 الإنفلونزا

• أ. أذكر أعراض المرض.
• ب. هل هنالك علاج للأمراض الفيروسية؟

السؤال السابع: أعلل ما يأتي:

1. يُعد الفيروس متطفلاً داخلياً إجبارياً.
2. تستخدم الفيروسات في مجال المكافحة الحيوية.
3. يكون الجسم عرضة للإصابة بالالتهابات البكتيرية عند الإصابة بالإنفلونزا.

السؤال الثامن: أدرس الشكل المقابل، ثم أجيب عن الأسئلة الآتية:

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؟

1. أي المواد الآتية تكون الجدار الخلوي في البكتيريا؟

• أ. السليولوز
• ب. الكايتين
• ج. الغلايكوجين
• د. الببتيدوغلايكان

2. ما نوع البكتيريا التي تعد مثالا على بكتيريا القولون؟

• أ. الكروية
• ب. العصوية
• ج. اللولبية
• د. متغيرة الأشكال

3. ما البكتيريا المسببة لالتهاب الرئة؟

• أ. لاهوائية إجبارية
• ب. هوائية اختيارية
• ج. هوائية إجبارية
• د. لاهوائية اختيارية

4. مم يتكون غطاء الفيروس؟

• أ. كربوهيدرات
• ب. بروتينات
• ج. دهون
• د. سكريات

5. أي من الفيروسات الآتية يحتوي على الحمض النووي RNA؟

• أ. الجدري
• ب. الكبد الوبائي
• ج. الإيدز
• د. الفاجات

السؤال الثاني: أقارن بين البكتيريا الموجبة غرام والسالبة غرام من حيث:

• أ. تركيب الجدار الخلوي
• ب. لون الصبغة التي تكتسبها

السؤال الثالث: أرتب في جدول أربعة فروق بين خلية بكتيرية وخلية نباتية.

السؤال الرابع: تستطيع بعض أنواع البكتيريا مقاومة الظروف البيئية وحماية نفسها من المواد الكيميائية والأدوية باستخدام تراكيب محددة:

• أ. أعدد هذه التراكيب.
• ب. ما مكونات هذه التراكيب؟

السؤال الخامس: أذكر الطرق المستخدمة لضبط البكتيريا وقتلها في أوساط نموها.

السؤال السادس: تحدث الفيروسات المرض للإنسان عند مهاجمة خلاياه، أجيب عن الأسئلة الآتية:

• أ. أعدد الآليات التي تستخدمها الفيروسات لإحداث المرض للإنسان.
• ب. ما أثر العلاجات الحديثة للقضاء على الفيروسات ومنع حدوث العدوى؟

السؤال السابع: أدرس منحنى النمو الآتي لمزرعة بكتيرية، ثم أجيب عن الأسئلة التي تليه:

• أ. أذكر أسماء الأطوار أ، ب، ج، و د.
• ب. لماذا يكون عدد البكتيريا الناتجة في الطور (ج) مساوياً لعدد البكتيريا التي تموت؟
• ج. في أي الأطوار تبدأ البكتيريا في تكوين المواد اللازمة للانقسام؟

السؤال الثامن: أذكر بعض استخدامات الفيروسات في مجال التقانة الحيوية.

السؤال التاسع: تمكن العلماء من خلال التقدم العلمي الكبير في مجال هندسة الجينات من تسخير كثير من الكائنات الدقيقة لخدمة الإنسان، هل تعتقد أنه بالإمكان مستقبلاً القضاء على جميع الكائنات الدقيقة الممرضة، وبالتالي التخلص من الأمراض التي تسببها للإنسان والحيوان والنبات؟ أفسر إجابتي.

السؤال العاشر: أدرس الشكل المجاور الذي يمثل منحنى تكاثر نوع من الفيروسات. وأفسر المنحنى.