معلومة

الفرق بين المادة الوراثية الفيروسية والبشرية

الفرق بين المادة الوراثية الفيروسية والبشرية


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

لقد سمعت أن هناك فرقًا بين المادة الوراثية الفيروسية والبشرية. ما هذا الاختلاف؟

إذا أخذت خلاياي وأزلت منها الحمض النووي وأدخلت جزءًا صغيرًا منها فقط به تسلسل ، على سبيل المثال ، AGTTC ، والحمض النووي الفيروسي بنفس التسلسل ، فهل يمكن لجسدي التمييز بين الاثنين؟ إذا كان الأمر كذلك ، فكيف؟


لتلخيص: إذا لم نتحدث عن تنظيم الكروموسوم ، وتسلسل النيوكليوتيدات وبنية الجينوم العامة (التي تختلف بشكل لا يضاهى في حقيقيات النوى و [حتى] فيروساتها) فإن الاختلافات في المادة الجينية هي كما يلي:

  • تكون الفيروسات أكثر تنوعًا في اختيارها للمواد الجينية ، والتي تعد حجر الزاوية في الأنظمة النظامية الفيروسية الأعلى. يمكن أن يكون DNA أو RNA ، أحادي أو مزدوج تقطعت به السبل ، دائري أو خطي. الحيوانات ، بدورها ، تمتلك فقط الحمض النووي المزدوج الذي تقطعت به السبل كموادها الوراثية: الحمض النووي الريبي الخطي للجينوم النووي و [عادةً] dsDNA الدائري لجينومات الميتوكوندريا.

  • تشكل نهاية الحمض النووي مشكلة خاصة لصيانة الجزيء وتظهر تنظيمًا غير عادي للغاية من حيث تسلسل الحمض النووي وهيكله. تحتوي التسلسلات الطرفية المتكررة للكروموسومات حقيقية النواة على 3'-overhangs ، والتي تشكل شكلًا رباعيًا خاصًا من الحمض النووي. إن نهايات الفيروسات بشكل طبيعي أكثر تنوعًا وهي (تقريبًا؟) ليست من نفس البنية كما في حقيقيات النوى. [التعميم / decicrularization هي إحدى الآليات التي تجندها الفيروسات]. (دنغ وآخرون 2012)

  • عادة ما توجد مثيلة الحمض النووي بدرجات متفاوتة في الحيوانات وفي الفقاريات يتم ميثلة معظم السيتوزينات في ثنائي النوكليوتيدات CpG. تختلف الفيروسات اختلافًا كبيرًا عن بعضها البعض في هذا الصدد ، ولكن يبدو أن الجينومات الفيروسية الأصغر تكون بشكل عام قليلة الميثيل ولا تظهر الجينومات الأكبر حجمًا تحت الميثيل ، على الرغم من أنها تعتمد على المرحلة. يعتمد هذا الاستنتاج جزئيًا على دليل غير مباشر على أن أشكال CpG أقل تواترًا في الفيروسات الصغيرة. عادة ما تكون "الطفيليات الجينية" المتكاملة مثل الفيروسات القهقرية غنية بـ CpG وتكون عالية الميثيل. (هولزر وآخرون 2008)

  • على الرغم من أنني لم أتمكن من العثور على الأدبيات ذات الصلة ، إلا أنني أفترض أن المادة الوراثية عالية الكثافة في الجسيمات الفيروسية قد توجد في أشكال أكثر إحكاما من حلزون الحمض النووي (في فيروسات dsDNA). معظم dsDNA في الخلايا موجود في ما يسمى الشكل B ، ولكن هناك شكل A أكثر إحكاما وأقل انضغاطًا على شكل Z (هناك أشكال أخرى ، معظمها غير ذي صلة بيولوجيًا). (راجع ويكيبيديا للحصول على مقدمة)


9.1C: الجينوم الفيروسي

  • بمساهمة من Boundless
  • علم الأحياء الدقيقة العام في Boundless

للأمراض الفيروسية تأثير هائل على صحة الإنسان في جميع أنحاء العالم. توفر تقنيات الجينوم لباحثي الأمراض المعدية قدرة غير مسبوقة على دراسة الفيروسات التي تسبب المرض وتفاعلها مع العوائل المصابة على المستوى الجيني. يمكن رؤية مجموعة متنوعة هائلة من الهياكل الجينية بين الأنواع الفيروسية كمجموعة ، فهي تحتوي على تنوع جينومي هيكلي أكثر من النباتات أو الحيوانات أو العتائق أو البكتيريا. هناك الملايين من أنواع الفيروسات المختلفة ، على الرغم من أنه تم وصف حوالي 5000 منها فقط بالتفصيل.

شكل: رسم تخطيطي لفيروس: موقع الجينوم داخل الفيروس.

يحتوي الفيروس إما على جينات DNA أو RNA ويسمى فيروس DNA أو فيروس RNA ، على التوالي. الغالبية العظمى من الفيروسات لديها جينومات RNA. تميل فيروسات النبات إلى امتلاك جينومات RNA أحادية الشريطة وتميل العاثيات إلى امتلاك جينومات DNA مزدوجة الشريطة. الجينومات الفيروسية دائرية ، كما هو الحال في الفيروسات التورامية ، أو الخطية ، كما هو الحال في الفيروسات الغدية. نوع الحمض النووي لا علاقة له بشكل الجينوم. بين فيروسات الحمض النووي الريبي وبعض فيروسات الحمض النووي ، غالبًا ما يتم تقسيم الجينوم إلى أجزاء منفصلة ، وفي هذه الحالة يطلق عليه مجزأ. بالنسبة لفيروسات الحمض النووي الريبي ، غالبًا ما يرمز كل جزء لبروتين واحد فقط ، وعادة ما توجد معًا في قفيصة واحدة. ومع ذلك ، لا يشترط أن تكون جميع الأجزاء في نفس الفيروس حتى يكون الفيروس معديًا ، كما يتضح من فيروس البروم الفسيفسائي والعديد من فيروسات النباتات الأخرى.

إن الجينوم الفيروسي ، بغض النظر عن نوع الحمض النووي ، يكون دائمًا إما أحادي السلسلة أو مزدوج السلسلة. تتكون الجينومات أحادية السلسلة من حمض نووي غير مزدوج ، مشابه لنصف سلم مقسم إلى أسفل المنتصف. تتكون الجينومات مزدوجة الشريطة من اثنين من الأحماض النووية المزدوجة التكميلية ، وهي مماثلة للسلم. تحتوي جزيئات الفيروس في بعض عائلات الفيروسات ، مثل تلك التي تنتمي إلى Hepadnaviridae ، على جينوم مزدوج الشريطة جزئيًا وحيدة الجديلة جزئيًا.


التجربة ، خطأ التطور الفيروسي: الفرق بين التلاشي ، الجائحة

تتطور الفيروسات بسرعة. يمكن أن يؤدي إجراء تعديل صغير على التركيب الجيني لسلالة خفيفة من الإنفلونزا إلى ظهور الجائحة التالية. يمكن أن يؤدي تغيير بسيط بنفس السلالة في مكان مختلف إلى تلاشيها في الغموض. الصفة الصحيحة في الوقت المناسب هي كل شيء.

يدرس مجموعة من العلماء من معهد Virginia Tech Carilion Research Institute ، وكلية Virginia-Maryland للطب البيطري ، والمعاهد الوطنية للصحة ، وجامعة Yale كيف يحدث التطور الفيروسي بالضبط ، وكيف يمكن أن تساعد هذه المعرفة في الوقاية من المرض.

قاموا بنشر استنتاجاتهم في مراجعات الطبيعة علم الأحياء الدقيقة.

قام الباحثون بتحليل دراسات متعددة على ثلاث عائلات فيروسية معروفة ومتنوعة ، وكلها تحتوي على جينومات تتكون من أجزاء من مادة وراثية تسمى RNA. فيروسات الحمض النووي الريبي موجودة في كل مكان في الطبيعة ، وتصيب معظم الحيوانات ، بما في ذلك البشر والنباتات والبكتيريا.

تمتلك الفيروسات عددًا كبيرًا من السكان ودورات تكاثر سريعة ، لذا فهي تشكل نماذج مثالية لدراسة التطور. تظهر التغييرات بسرعة. في غضون أسابيع ، يمكن للباحثين اختبار ما إذا كانت الطفرة أو التركيبة الجينية الخاصة تصبح مرغوبة بالنسبة للفيروس الصغير في ظل ظروف معملية خاضعة للرقابة.

قالت سارة ماكدونالد ، الأستاذة المساعدة في معهد Virginia Tech Carilion للأبحاث ومؤلفة الورقة البحثية: "التنوع الجيني هو الطين الذي يشكله ضغط الانتقاء في عملية التطور". "نحن نتعلم كيف تنظم الفيروسات جزيئيًا تنوعها الجيني ، وكيف تسمح ضغوط الاختيار المختلفة بظهور بعض السلالات على أخرى."

يمكن لفيروسات الحمض النووي الريبي المجزأة أن تتكاثر بخط أبوي واحد ، ولكن يمكنها أيضًا تعديل أجزاءها مع فيروس آخر لإنشاء فيروس هجين في عملية تسمى إعادة التصنيف.

قال ماكدونالد ، وهو أيضًا أستاذ مساعد في كلية فيرجينيا ميريلاند للطب البيطري: "من الناحية المفاهيمية ، تشترك إعادة التصنيف في بعض السمات مع التكاثر الجنسي في الكائنات الحية الأكثر تعقيدًا". "يصيب فيروسان أصليان خلية مضيفة واحدة ويتبادلان المادة الجينية ، مما يؤدي إلى فيروس ذرية مختلف وراثيًا."

سواء بالنسبة للبشر أو الفيروسات ، هناك ميزة تطورية واضحة لوجود مجموعتين منفصلتين من الجينات: زيادة التنوع الجيني. النسل لديه القدرة على احتواء المزيج الصحيح من سمات والديهم للتكيف بشكل أفضل مع بيئتهم الحالية. ومع ذلك ، هناك أيضًا احتمال أن يكون النسل أسوأ حالًا من والديهم.

قال ماكدونالد: "يجب أن يكون فيروس النسل على الأقل لائقًا ، إن لم يكن أكثر لياقة ، من والديه". القدرة الذاتية على التكاثر ، وكذلك مدى قدرة الفيروس على مقاومة الجهاز المناعي للمضيف ، هما فقط ضغوطان من الضغوط التي يمكن أن تحدد ما إذا كان الفيروس الجديد سيصبح وباءً أو يموت للتو.

لاحظ الباحثون في مراجعتهم أن فيروسات الحمض النووي الريبي من عائلات جينية مختلفة لم تتم ملاحظة إعادة تصنيفها ، حتى عندما تصيب نفس الخلية المضيفة. سيكون مثل تهجين نباتات منزلية مع سمكة. هناك قيود جسدية ، ولكن الأهم من ذلك أن الجينات غير متوافقة.

ومع ذلك ، حتى في الفيروسات المماثلة وراثيًا ، فإن القيود تحد من ظهور سلالات جديدة. في الإنفلونزا أ ، على سبيل المثال ، يتم تجميع الأجزاء المعاد تصنيفها من الحمض النووي الريبي المشفرة لوظيفة معينة معًا.

هناك ثلاث شرائح مختلفة تلعب دورًا في كيفية تعبئة الفيروس لمواده الجينية المكررة ، لذلك إذا تم تضمين أحد المقاطع في الفيروس الجديد ، فسيكون الأمر كذلك بالنسبة للقطعتين الأخريين. هذا يحد من الخيارات الجينية المحتملة لأنه من المستحيل على جزء واحد أن ينضم إلى جزأين جديدين لتكوين تركيبة أصلية تمامًا.

قال ماكدونالد: "من المحتمل أن تكون الأعطال الجزيئية على مستوى تشكيلة القطع والتعبئة أحد الأسباب الرئيسية لتكرار عمليات إعادة الفرز الأقل من المتوقع في بيئة المختبر". "الاختلافات الدقيقة في كيفية تفاعل الحمض النووي الريبي قد تؤدي إلى عمليات إعادة الفرز الناجحة التي تؤدي إلى ذرية هجينة."

ربط الباحثون الاتجاهات عبر العائلات الفيروسية الثلاثة ، وهم يعملون على فهم كيف تزيد الفيروسات من تنوعها الجيني وكيف تعمل ضغوط الاختيار على هذا التنوع لتعزيز أو التخفيف من ظهور متغيرات فيروسية أحدث وربما أكثر فتكًا في الطبيعة.

قال ماكدونالد: "تظل بعض الأسئلة الرئيسية المعلقة بدون إجابة ، لكننا قد نكتشف الإجابات في نطاق الدراسات البحثية الحالية". "بهذه الإجابات ، لن نقوم فقط بإبلاغ استراتيجيات الوقاية من الأمراض ومكافحتها ، ولكن سنكون قادرين أيضًا على إلقاء الضوء على فهمنا الأساسي لتطور الكائنات الحية."


تعمل الوراثة لكل من الفيروس والمريض معًا للتأثير على مسار الإصابة بفيروس نقص المناعة البشرية

فيروس نقص المناعة البشرية ، فيروس الإيدز (أصفر) ، يصيب خلية بشرية. الائتمان: ZEISS Microscopy / Flickr

تمثل الجينات الفيروسية والبشرية معًا حوالي ثلث الاختلافات في معدلات تطور المرض التي لوحظت بين الأشخاص المصابين بفيروس نقص المناعة البشرية (HIV) ، وفقًا لبحث جديد نُشر في علم الأحياء الحسابي PLOS. تشير النتائج إلى أن جينات المريض تؤثر على تطور المرض عن طريق تحفيز الطفرات في جينوم فيروس نقص المناعة البشرية.

يعاني الأشخاص المصابون بفيروس نقص المناعة البشرية من معدلات مختلفة من تطور المرض. يتطور فيروس نقص المناعة البشرية بشكل أسرع في الأشخاص الذين لديهم حمولة فيروسية أعلى - كمية المادة الجينية من فيروس نقص المناعة البشرية الموجودة في دم الشخص المصاب.

أظهرت الأبحاث السابقة أن الجينات الوراثية للشخص المصاب وعلم الوراثة لسلالة فيروس نقص المناعة البشرية الخاصة به تؤثر على الحمل الفيروسي. استفان بارثا من مدرسة البوليتكنيك الفيدرالية في لوزان بسويسرا وزملاؤه هم الآن أول علماء يستقصون التأثيرات النسبية للجينات البشرية والفيروسية على الحمل الفيروسي داخل نفس المجموعة من المرضى.

جمع الباحثون بيانات جينية عن المرضى والفيروسات من 541 شخصًا مصابًا بفيروس نقص المناعة البشرية. استخدموا طريقة النمذجة الحسابية المعروفة باسم النمذجة المختلطة الخطية لتحديد كيف يمكن لعلم الوراثة البشرية والفيروسية أن يفسر الاختلافات في الحمل الفيروسي بين المرضى.

وجدوا أن الاختلافات الجينية بين سلالات فيروس نقص المناعة البشرية تفسر 29 في المائة من الاختلافات في الحمل الفيروسي بين المرضى ، بينما يفسر التباين الجيني البشري 8.4 في المائة. معًا ، قاموا بشرح 30 في المائة فقط من تباين الحمل الفيروسي ، مشيرين إلى أن جينات المريض تمارس معظم تأثيرها من خلال إحداث طفرات جينية في فيروس نقص المناعة البشرية أثناء تكاثره داخل المريض.

يقول مدير الدراسة جاك فيلاي: "توضح ورقتنا أن التركيب الجيني لكل من المريض والفيروس المصاب يساهمان في المسار السريري لعدوى فيروس نقص المناعة البشرية".

هناك حاجة إلى مزيد من البحث مع مجموعة أكبر من المرضى لتأكيد النتائج وصقلها. ومع ذلك ، فإن "الجمع بين بيانات المضيف والممرض أعطانا رؤية جديدة للمحددات الجينية للتحكم في فيروس نقص المناعة البشرية" ، كما يقول فيلاي. "يمكن استخدام استراتيجية مماثلة لفهم الأمراض المعدية المزمنة الأخرى بشكل أفضل."


مورفولوجيا الفيروس

الفيروسات غير خلوية ، مما يعني أنها كيانات بيولوجية ليس لها بنية خلوية. لذلك فهي تفتقر إلى معظم مكونات الخلايا ، مثل العضيات والريبوزومات وغشاء البلازما. يتكون الفيريون من لب حمض نووي ، وطلاء بروتين خارجي أو قفيصة ، وأحيانًا غلاف خارجي مصنوع من أغشية البروتين والفوسفوليبيد المشتقة من الخلية المضيفة. قد تحتوي الفيروسات أيضًا على بروتينات إضافية ، مثل الإنزيمات ، داخل القفيصة أو مرتبطة بجينوم الفيروس. يتمثل الاختلاف الأكثر وضوحًا بين أفراد العائلات الفيروسية المختلفة في التباين في مورفولوجيتها ، وهي متنوعة تمامًا. من السمات المثيرة للاهتمام للتعقيد الفيروسي أن تعقيد المضيف لا يرتبط بالضرورة بتعقيد الفيروس. في الواقع ، توجد بعض أكثر الهياكل الفيروسية تعقيدًا في العاثيات - الفيروسات التي تصيب أبسط الكائنات الحية ، البكتيريا.

علم التشكل المورفولوجيا

تأتي الفيروسات بأشكال وأحجام عديدة ، ولكن هذه الميزات متسقة لكل عائلة فيروسية. كما رأينا ، تحتوي جميع الفيروسات على جينوم حمض نووي مغطى بقفيصة واقية. يتم ترميز بروتينات القفيصة في الجينوم الفيروسي ، وتسمى القسيمات . بعض الكبسولات الفيروسية عبارة عن حلزونات بسيطة أو "كرات" متعددة السطوح ، في حين أن البعض الآخر معقد جدًا في التركيب (الشكل 2).

الشكل 2: يمكن أن تكون الكبسولات الفيروسية (أ) حلزونية ، (ب) متعددة السطوح ، أو (ج) لها شكل معقد. (يُنسب إلى "صورة مجهرية": تعديل العمل بواسطة USDA ARS credit b "micrograph": تعديل العمل بواسطة وزارة الطاقة الأمريكية)

بشكل عام ، يتم تصنيف قفيصة الفيروسات إلى أربع مجموعات: حلزونية ، وعشرونية الوجوه ، ومغلفة ، ورأس وذيل. قفيصة حلزونية طويلة وأسطوانية. العديد من فيروسات النبات هي عبارة عن فيروسات حلزونية ، بما في ذلك TMV. فيروسات إيكوساهدرا لها أشكال كروية تقريبًا ، مثل تلك الموجودة في فيروس شلل الأطفال أو فيروسات الهربس. الفيروسات المغلفة لها أغشية مشتقة من الخلية المضيفة التي تحيط بالغطاء. غالبًا ما يتم تغليف فيروسات الحيوانات ، مثل فيروس نقص المناعة البشرية. فيروسات الرأس والذيل تصيب البكتيريا ولها رأس يشبه فيروسات عشرونية الوجوه وذيل على شكل فيروسات حلزونية.

تستخدم العديد من الفيروسات نوعًا من بروتين سكري ليرتبطوا بخلاياهم المضيفة عبر جزيئات على الخلية تسمى المستقبلات الفيروسية . بالنسبة لهذه الفيروسات ، يكون التعلق مطلوبًا للاختراق اللاحق لغشاء الخلية فقط بعد حدوث الاختراق ، يمكن للفيروس إكمال تكاثره داخل الخلية. المستقبلات التي تستخدمها الفيروسات هي جزيئات توجد عادة على أسطح الخلايا ولها وظائف فسيولوجية خاصة بها. يبدو أن الفيروسات تطورت ببساطة لتستفيد من هذه الجزيئات لتكاثرها. على سبيل المثال ، يستخدم فيروس نقص المناعة البشرية جزيء CD4 على الخلايا اللمفاوية التائية كأحد مستقبلاته (الشكل 3). CD4 هو نوع من الجزيئات يسمى a جزيء التصاق الخلية، والتي تعمل على إبقاء أنواع مختلفة من الخلايا المناعية على مقربة من بعضها البعض أثناء توليد الاستجابة المناعية للخلايا اللمفاوية التائية.

الشكل 3: فيروس وبروتين مستقبلاته المضيفة. يربط فيروس HIV مستقبلات CD4 على سطح الخلايا البشرية. تساعد مستقبلات CD4 خلايا الدم البيضاء على التواصل مع خلايا الجهاز المناعي الأخرى عند إنتاج استجابة مناعية. (الائتمان: تعديل العمل بواسطة NIAID ، المعاهد الوطنية للصحة)

واحدة من أكثر الفيروسات المعروفة تعقيدًا ، عاثية T4 (التي تصيب الإشريكية القولونية) بكتيريا ، لها بنية ذيل يستخدمها الفيروس لربط الخلايا المضيفة وهيكل الرأس الذي يضم الحمض النووي الخاص به.

يستخدم Adenovirus ، وهو فيروس حيواني غير مغلف يسبب أمراض الجهاز التنفسي لدى البشر ، طفرات بروتين سكري بارزة من قسيمات قسيميته ليرتبط بالخلايا المضيفة. تشمل الفيروسات غير المغلفة أيضًا تلك التي تسبب شلل الأطفال (فيروس شلل الأطفال) والثآليل الأخمصية (فيروس الورم الحليمي) والتهاب الكبد أ (فيروس التهاب الكبد أ).

تتكون الفيروسات المغلفة ، مثل فيروس الأنفلونزا ، من حمض نووي (RNA في حالة الإنفلونزا) وبروتينات قفيصة محاطة بغلاف ثنائي الطبقات من الفوسفوليبيد يحتوي على بروتينات مشفرة بالفيروس. تُستخدم البروتينات السكرية المضمنة في الغلاف الفيروسي للربط بالخلايا المضيفة. بروتينات الغلاف الأخرى هي بروتينات المصفوفة التي تثبت الغلاف وغالبًا ما تلعب دورًا في تجميع فيريونات النسل. يعد جدري الماء وفيروس نقص المناعة البشرية والنكاف أمثلة أخرى على الأمراض التي تسببها الفيروسات مع المغلفات. بسبب هشاشة الغلاف ، تكون الفيروسات غير المغلفة أكثر مقاومة للتغيرات في درجة الحرارة ودرجة الحموضة وبعض المطهرات من الفيروسات المغلفة.

بشكل عام ، يخبرنا شكل الفيريون ووجود أو عدم وجود مظروف القليل عن المرض الذي قد يسببه الفيروس أو الأنواع التي قد يصيبها ، لكنها لا تزال وسائل مفيدة لبدء التصنيف الفيروسي (الشكل 4).


القابلية الوراثية لأعراض فيروس كورونا الشديدة

يعاني معظم الأشخاص من أعراض خفيفة فقط عندما يكون لديهم COVID-19 ولكن أقلية سيكون لديهم استجابة شديدة أو تهدد الحياة. في حين أن بعض الاختلاف يمكن تفسيره من خلال عوامل الخطر الأعلى مثل التقدم في السن أو الظروف الصحية الأساسية ، فإن الأسباب التي تجعل بعض الشباب يتسمون باللياقة البدنية والإصابة بالمرض هي واحدة من ألغاز وباء COVID-19.

يمكن أن تكمن بعض الإجابات في الجينوم البشري. الجينوم هو دليل تعليمات الجسم يحتوي على جميع المعلومات اللازمة لتكوين الفرد وصيانته وإصلاحه. توجد نسخة منه في جميع الخلايا البشرية تقريبًا. إنه مصنوع من الحمض النووي ، الذي ورثناه من آبائنا.

يمكن أن تعمل الجينات داخل الجينوم منفردة ، ولكن بشكل أكثر شيوعًا تعمل معًا ، بدلاً من العمل مثل اللاعبين في أوركسترا. يتفاعلون أيضًا مع البيئة. على سبيل المثال ، في ضوء الشمس ، يزداد نشاط الجينات المشاركة في حماية الجلد من أضرار الأشعة فوق البنفسجية.

أي شخصين لهما جينومات تساوي 99.9٪ تقريبًا ، فإن نسبة 0.1٪ المتبقية هي التي تجعلهما مختلفين. قد يكون هذا الاختلاف مهمًا في تحديد كيفية استجابة الأشخاص المختلفين لعدوى معينة. على سبيل المثال ، عندما يصاب الأشخاص بفيروس كورونا ، سيرى الجهاز المناعي شظايا الفيروس بطريقة قد تختلف من شخص لآخر. يمكن أن تكون النتيجة تباينًا في الاستجابة المناعية للعدوى.

إن الجينات البشرية المشاركة في الاستجابة للعدوى عديدة ومتنوعة للغاية داخل الجينوم. يقع بعضها على كروموسوم X وقد يكون هذا أحد الأسباب التي تجعل الذكور (الذين لديهم نسخة واحدة فقط من X) أكثر تأثراً بعدوى COVID-19 من الإناث (الذين لديهم نسختان). الاختلافات في الجينوم البشري ، سواء في جينات الجهاز المناعي أو غيرها ، يمكن أن تفسر على الأقل بعض الاختلافات في الاستجابات لعدوى فيروس كورونا. قد تساعد أيضًا في شرح الاختلافات في كيفية استجابة المرضى لعلاجات COVID-19.


دورة حياة الفيروسات مع المضيفين النباتيين

فيروسات النبات تشبه فيروسات الحيوانات أكثر من العاثيات. قد تكون الفيروسات النباتية مغلفة أو غير مغلفة. مثل العديد من فيروسات الحيوانات ، يمكن أن تحتوي فيروسات النبات إما على جينوم DNA أو RNA وتكون مفردة أو مزدوجة الشريطة. ومع ذلك ، فإن معظم فيروسات النبات لا تحتوي على جينوم DNA ، ومعظم الفيروسات لديها جينوم + سرنا الجينوم ، الذي يعمل مثل messenger RNA (mRNA). تمتلك أقلية فقط من فيروسات النبات أنواعًا أخرى من الجينوم.

قد يكون لفيروسات النبات نطاق مضيف ضيق أو واسع. على سبيل المثال ، ملف فيروس تريستيزا الحمضيات يصيب فقط عدد قليل من نباتات الحمضيات الجنس ، في حين أن فيروس فسيفساء الخيار يصيب آلاف النباتات من عائلات نباتية مختلفة. تنتقل معظم فيروسات النبات عن طريق الاتصال بين النباتات أو عن طريق الفطريات أو الديدان الخيطية أو الحشرات أو غيرها من المفصليات التي تعمل كنواقل ميكانيكية. ومع ذلك ، لا يمكن نقل بعض الفيروسات إلا عن طريق نوع معين من ناقلات الحشرات على سبيل المثال ، قد ينتقل فيروس معين عن طريق حشرات المن وليس الذباب الأبيض. في بعض الحالات ، قد تدخل الفيروسات أيضًا إلى النباتات السليمة من خلال الجروح ، كما قد يحدث بسبب التقليم أو تلف الطقس.

تعتبر الفيروسات التي تصيب النباتات من الطفيليات ذات التغذية الحيوية ، مما يعني أنها يمكن أن تشكل عدوى دون قتل العائل ، على غرار ما لوحظ في دورات الحياة اللايسوجينية للعاثيات. يمكن أن تكون العدوى الفيروسية بدون أعراض (كامنة) أو يمكن أن تؤدي إلى موت الخلايا (العدوى التحليلية). تبدأ دورة الحياة باختراق الفيروس في الخلية المضيفة. بعد ذلك ، يكون الفيروس غير مطلي داخل سيتوبلازم الخلية عند إزالة القفيصة. اعتمادًا على نوع الحمض النووي ، تُستخدم المكونات الخلوية لتكرار الجينوم الفيروسي وتوليف البروتينات الفيروسية لتجميع الفيروسات الجديدة. لإنشاء عدوى جهازية ، يجب أن يدخل الفيروس جزءًا من نظام الأوعية الدموية للنبات ، مثل اللحاء. قد يختلف الوقت اللازم للعدوى الجهازية من بضعة أيام إلى بضعة أسابيع اعتمادًا على الفيروس وأنواع النباتات والظروف البيئية. تكتمل دورة حياة الفيروس عندما ينتقل من نبات مصاب إلى نبات سليم.

فكر في الأمر


النواقل الفيروسية في العلاج الجيني

المعرفة من المستوى التالي

ناقلات الفيروس الغدي

النواقل الفيروسية المرتبطة بالغدة

أدت الاستعدادات واستخدام الفيروس الغدي إلى اكتشاف الغدد.مرتبطة فيروسات (AAV) في الستينيات. يتكون AAV من جينوم DNA صغير أحادي السلسلة يمكن إنتاجه في العديد من الاختلافات المختلفة للتركيز على أنواع معينة من الخلايا. لم يكتسب البحث باستخدام النواقل الفيروسية المستندة إلى AAV قوة جذب حتى عام 2012 تقريبًا

تقدم النواقل المستندة إلى مخطط AAV مادة وراثية تتداخل في نواة الخلية ولا تتكامل بشكل دائم في DNA الخلية. هذا يعني أن المتجه يتكاثر خارج جينوم المضيف ولا يمكنه نقل التغييرات إلى الخلايا الوليدة أثناء انقسام الخلية. 1 ، 9-11

تمتلك AAVs قدرة تغليف جينية أصغر مقارنة بالنواقل الفيروسية الأخرى ، مما يعني أنها تعمل مع بعض أهداف العلاج الجيني ، وليس جميعها. كنقطة مرجعية ، متوسط ​​سعة التعبئة لناقلات AAV هو

4.5 كيلو بايت ، في حين أن الفيروس البطيء والهربس 8 كيلو بايت و & ج 30 كيلو بايت على التوالي. 12

ناقلات الفيروسة البطيئة

تم اكتشاف ناقلات الفيروسة البطيئة (LVV) لأول مرة في العلاج الجيني في الثمانينيات وأصبحت تقنية علاج جيني قابلة للتطبيق والتي تطورت بسرعة في منتصف التسعينيات. Lentiviruses هي نوع من الفيروسات القهقرية ، وهو فيروس يستخدم الحمض النووي الريبي كمادة وراثية عندما يصيب الفيروس القهقري خلية مضيفة ، ويتحول الحمض النووي الريبي إلى DNA ، والذي يندمج بعد ذلك في جينوم الخلية المضيفة

انظر المسرد لمزيد من المصطلحات & gt ، والفيروس البطيء الأكثر تميزًا هو فيروس نقص المناعة البشرية (HIV). تقوم الفيروسات البطيئة بإدخال مادتها الجينية في الخلايا المنقسمة وغير المنقسمة ، وتدمج المادة الوراثية في جينوم المضيف ، مما يسمح بالتعبير المستمر. 1،13

يصنع العلماء ناقلات الفيروس البطيئة باستخدام مخطط الفيروسة البطيئة (مثل HIV-1) بسبب مدى فعالية الفيروسات في الوصول إلى الخلايا المضيفة. تستخدم ناقلات الفيروسة البطيئة بشكل أساسي خارج الجسم في خارج الجسم الحي التطبيقات ، مثل عمليات زرع الخلايا الجذعية المكونة للدم أو العلاج بالخلايا التائية المهندسة. ثم يتم حقن الخلايا المعدلة الناتجة في المرضى. 1

النواقل المستخدمة في التجارب السريرية للعلاج الجيني


عواقب التطور الفيروسي:

- أشباه الأنواع الفيروسية: إن التطور السريع والمرن لجينومات فيروسات الحمض النووي الريبي يخلق تجمعات من الفيروسات بأعداد كبيرة من الجينومات المتغيرة. لا يمكن أن يصف التسلسل الفردي السكان الفيروسي بدقة في مضيف واحد أو حتى في ثقافة الخلية. يوفر هذا ميزة تطورية ، لأن الطفرات موجودة بالفعل وتنتظر أن يتم اختيارها ، عندما يتم تطبيق ضغط الاختيار على مثل هذه المجموعة. -فيروس التداخل المعيب: يمكن أن تنشأ الجينومات المعيبة من خلال الحذف أو إعادة ترتيب أو إعادة تركيب جينوم فيروسي كفء. في فيروسات الرنا السلبية العالقة ، تسمى هذه الفيروسات التداخلية المعيبة (DI) التي تتنافس مع الجينوم الفيروسي من أجل التكاثر و / أو التغليف: هذا يميل إلى إضعاف الفيروس ويطلق دفاعات المضيفة المضادة للفيروسات. تتراكم هذه الجينومات المعيبة في مزرعة الخلايا ، حيث غالبًا ما ينقص الدفاع الفطري المضاد للفيروسات. على سبيل المثال ، فيروس سينداي الذي ينمو في مزرعة خلوية مليء بـ DIs ، وهي محفزات قوية جدًا للمناعة الفطرية. في الواقع ، لا تقوم DIs بترميز الجينات الفيروسية التي تقلل من تنظيم نظام مضاد للفيروسات المضيفة. لذلك ، كلما زاد عدد DI للفيروس ، كلما قلت قدرة الفيروس على تخفيف حدة تحريض الإنترفيرون. هذا هو السبب في أن فيروس سينداي المستزرع يستخدم بشكل شائع للحث على الإنترفيرون تجريبياً ، في حين أن فيروس سينداي المختص سيوقف إنتاج الإنترفيرون بكفاءة.


التجربة والخطأ في التطور الفيروسي: الفرق بين التلاشي والوباء

تتطور الفيروسات بسرعة. يمكن أن يؤدي إجراء تعديل صغير على التركيب الجيني لسلالة خفيفة من الإنفلونزا إلى ظهور الجائحة التالية. يمكن أن يؤدي تغيير بسيط بنفس السلالة في مكان مختلف إلى تلاشيها في الغموض. الصفة الصحيحة في الوقت المناسب هي كل شيء.

يدرس مجموعة من العلماء من معهد Virginia Tech Carilion Research Institute ، وكلية Virginia-Maryland للطب البيطري ، والمعاهد الوطنية للصحة ، وجامعة Yale كيف يحدث التطور الفيروسي بالضبط ، وكيف يمكن أن تساعد هذه المعرفة في الوقاية من المرض.

نشروا استنتاجاتهم اليوم في مراجعات الطبيعة علم الأحياء الدقيقة.

قام الباحثون بتحليل دراسات متعددة على ثلاث عائلات فيروسية معروفة ومتنوعة ، وكلها تحتوي على جينومات تتكون من أجزاء من مادة وراثية تسمى RNA. فيروسات الحمض النووي الريبي موجودة في كل مكان في الطبيعة ، وتصيب معظم الحيوانات ، بما في ذلك البشر والنباتات والبكتيريا.

تمتلك الفيروسات عددًا كبيرًا من السكان ودورات تكاثر سريعة ، لذا فهي تشكل نماذج مثالية لدراسة التطور. تظهر التغييرات بسرعة. في غضون أسابيع ، يمكن للباحثين اختبار ما إذا كانت الطفرة أو التركيبة الجينية الخاصة تصبح مرغوبة بالنسبة للفيروس الصغير في ظل ظروف معملية خاضعة للرقابة.

قالت سارة ماكدونالد ، الأستاذة المساعدة في معهد Virginia Tech Carilion Research ومؤلفة الورقة البحثية: "التنوع الجيني هو الطين الذي يشكله ضغط الانتقاء في عملية التطور". "نحن نتعلم كيف تنظم الفيروسات جزيئيًا تنوعها الجيني ، وكيف تسمح ضغوط الاختيار المختلفة بظهور بعض السلالات على أخرى."

يمكن لفيروسات الحمض النووي الريبي المجزأة أن تتكاثر بخط أبوي واحد ، ولكن يمكنها أيضًا تعديل أجزاءها مع فيروس آخر لإنشاء فيروس هجين في عملية تسمى إعادة التصنيف.

قال ماكدونالد ، وهو أيضًا أستاذ مساعد في كلية فيرجينيا ميريلاند للطب البيطري: "من الناحية المفاهيمية ، تشترك إعادة التصنيف في بعض السمات مع التكاثر الجنسي في الكائنات الحية الأكثر تعقيدًا". "يصيب فيروسان أصليان خلية مضيفة واحدة ويتبادلان المادة الجينية ، مما يؤدي إلى فيروس ذرية مختلف وراثيًا."

سواء بالنسبة للبشر أو الفيروسات ، هناك ميزة تطورية واضحة لوجود مجموعتين منفصلتين من الجينات: زيادة التنوع الجيني. النسل لديه القدرة على احتواء المزيج الصحيح من سمات والديهم للتكيف بشكل أفضل مع بيئتهم الحالية. ومع ذلك ، هناك أيضًا احتمال أن يكون النسل أسوأ حالًا من والديهم.

قال ماكدونالد: "يجب أن يكون فيروس النسل على الأقل لائقًا ، إن لم يكن أكثر لياقة ، من والديه". القدرة الذاتية على التكاثر ، وكذلك مدى قدرة الفيروس على مقاومة الجهاز المناعي للمضيف ، هما فقط ضغوطان من الضغوط التي يمكن أن تقرر ما إذا كان الفيروس الجديد سيصبح وباءً أو يموت للتو.

لاحظ الباحثون في مراجعتهم أن فيروسات الحمض النووي الريبي من عائلات جينية مختلفة لم تتم ملاحظة إعادة تصنيفها ، حتى عندما تصيب نفس الخلية المضيفة. سيكون مثل تهجين نباتات منزلية مع سمكة. هناك قيود جسدية ، ولكن الأهم من ذلك أن الجينات غير متوافقة.

ومع ذلك ، حتى في الفيروسات المماثلة وراثيًا ، فإن القيود تحد من ظهور سلالات جديدة. في الإنفلونزا أ ، على سبيل المثال ، يتم تجميع الأجزاء المعاد تصنيفها من الحمض النووي الريبي المشفرة لوظيفة معينة معًا.

هناك ثلاث شرائح مختلفة تلعب دورًا في كيفية تعبئة الفيروس للمادة الجينية المكررة ، لذلك إذا تم تضمين أحد المقاطع في الفيروس الجديد ، فسيكون كذلك بالنسبة للقطعتين الأخريين. هذا يحد من الخيارات الجينية المحتملة لأنه من المستحيل على جزء واحد أن ينضم إلى جزأين جديدين لتكوين تركيبة أصلية تمامًا.

قال ماكدونالد: "من المحتمل أن تكون الأعطال الجزيئية على مستوى تشكيلة القطع والتعبئة أحد الأسباب الرئيسية لتكرار عمليات إعادة الفرز الأقل من المتوقع في بيئة المختبر". "الاختلافات الدقيقة في كيفية تفاعل الحمض النووي الريبي قد تؤدي إلى عمليات إعادة الفرز الناجحة التي تؤدي إلى ذرية هجينة."

ربط الباحثون الاتجاهات عبر العائلات الفيروسية الثلاثة ، وهم يعملون على فهم كيف تزيد الفيروسات من تنوعها الجيني وكيف تعمل ضغوط الاختيار على هذا التنوع لتعزيز أو التخفيف من ظهور متغيرات فيروسية أحدث وربما أكثر فتكًا في الطبيعة.

قال ماكدونالد: "تظل بعض الأسئلة الرئيسية المعلقة بدون إجابة ، لكننا قد نكتشف الإجابات في نطاق الدراسات البحثية الحالية". "بهذه الإجابات ، لن نوفر فقط معلومات عن استراتيجيات الوقاية من الأمراض ومكافحتها ، بل سنكون قادرين أيضًا على تسليط الضوء على فهمنا الأساسي لتطور الكائنات الحية."