تركيب الفيروسات وتصنيفها

تركيب الفيروسات وتصنيفها هو مجال في علم الفيروسات يصف كيفية بناء جسيمات الفيروسات وكيفية تنظيم التنوع الهائل للفيروسات في تصنيف متماسك. الفيروسات هي طفيليات إجبارية داخل خلوية، تقوم جسيماتها بتغليف جينوم حمض نووي داخل غلاف بروتيني، والطريقة التي يتم بها تنظيم هذا التغليف — تناظر المحفظة (capsid symmetry)، وجود أو عدم وجود غلاف دهني، والطبيعة الكيميائية للجينوم — توفر كلاً من التشريح والمعايير الرئيسية التي يتم من خلالها تسمية الفيروسات وتجميعها.

Definition

تركيب الفيروسات وتصنيفها هو دراسة البنية الجزيئية لجسيمات الفيروسات جنبًا إلى جنب مع الأطر المنهجية — بشكل رئيسي مخطط بالتيمور لتضاعف الجينوم وتصنيف ICTV — التي تنظم الفيروسات وفقًا لخصائصها الهيكلية والجينية.

Scope

يوجه هذا المجال القارئ إلى اللبنات الأساسية لجسيم الفيروس (المحفظة، الغلاف، الجينوم، بروتينات الارتباط)، وإلى المبادئ الفيزيائية التي تحكم بناء المحفظة، وإلى النظامين المتكاملين المستخدمين لتنظيم الفيروسات: تصنيف بالتيمور القائم على الجينوم والتصنيف الهرمي الذي تحتفظ به اللجنة الدولية لتصنيف الفيروسات (International Committee on Taxonomy of Viruses). إنه نظرة عامة مرجعية حول كيفية دراسة الشكل الفيروسي وكيف يدعم هذا الشكل التصنيف؛ وهو ليس إرشادات سريرية.

Sub-topics

• نظام بالتيمور لتصنيف الفيروسات
• بروتينات الارتباط الفيروسية والتوجه الخلوي
• البنية الفيروسية للمحفظة والغلاف
• تنظيم الجينوم الفيروسي والأحماض النووية
• شكل الفيروس والمجهر الإلكتروني

Core questions

• ما هي المكونات التي تشكل جسيم الفيروس وكيف يتم تجميعها؟
• لماذا تتخذ معظم المحافظ تناظرًا حلزونيًا أو عشريني الوجوه؟
• ما الذي يميز الفيروسات المغلفة عن الفيروسات غير المغلفة؟
• كيف تنظم الطبيعة الكيميائية للجينوم الفيروسات في مجموعات بالتيمور؟
• كيف تنظم ICTV الفيروسات في تسلسل هرمي تصنيفي رسمي؟

Key concepts

• المحفظة (Capsid) والوحدة المحفظية (capsomere)
• التناظر الحلزوني والعشريني الوجوه
• الغلاف الدهني والبروتينات السكرية
• المحفظة النووية (Nucleocapsid) والفيريون (virion)
• قطبية الجينوم (حس موجب/سالب) وعدد السلاسل
• فئة بالتيمور
• الرتب التصنيفية لـ ICTV (من النطاق إلى النوع)

Key theories

نظرية التكافؤ شبه المتماثل (كاسبار-كلوغ) لبناء المحفظة

اقترح كاسبار وكلوغ أن الاقتصاد الجيني يجبر المحافظ على أن تُبنى من العديد من النسخ لعدد قليل من الوحدات الفرعية البروتينية المرتبة بروابط شبه متكافئة، مما يتنبأ بالأغلفة عشرينية الوجوه التي تُرى في معظم الفيروسات الكروية.

تصنيف بالتيمور القائم على الجينوم

اقترح ديفيد بالتيمور أنه يمكن فرز جميع الفيروسات حسب المسار من جينومها إلى الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA)، مما ينتج عنه مجموعة صغيرة من فئات التضاعف التي تظل مبدأً تنظيميًا موحدًا مستقلاً عن التصنيف الرسمي.

Mechanisms

جسيم الفيروس هو في الأساس وسيلة لتوصيل الجينوم. يتم إحاطة الجينوم — حمض نووي ريبوزي منقوص الأكسجين (DNA) أو حمض نووي ريبوزي (RNA)، أحادي أو مزدوج السلسلة، ذو قطبية معينة — بواسطة محفظة (capsid) مجمعة من وحدات بروتينية متكررة؛ ويؤدي الاقتصاد الجيني إلى أن تكون معظم المحافظ ذات تناظر حلزوني أو عشريني الوجوه مبنية من عدد قليل من أنواع البروتينات. تكتسب العديد من الفيروسات الحيوانية بالإضافة إلى ذلك غلافًا دهنيًا مشتقًا من المضيف ومزودًا ببروتينات سكرية فيروسية أثناء التبرعم. توفر هذه السمات الهيكلية والجينية نفسها معايير التصنيف: يصنف نظام بالتيمور الفيروسات حسب المسار من الجينوم إلى الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA)، بينما يدمج تصنيف ICTV نوع الجينوم، وشكل الجسيم، وبشكل متزايد تسلسل الجينوم في تسلسل هرمي مرتب.

Clinical relevance

تكمن السمات الهيكلية والتصنيفية الملخصة هنا وراء العديد من الجوانب العملية لعلم الفيروسات، بما في ذلك كيفية تحديد الفيروسات في المختبر، وكيفية تصور أهداف مضادات الفيروسات واللقاحات، وكيفية التعرف على الفيروسات ذات الصلة. كنظرة عامة مرجعية، يصف هذا المجال أساس التصنيف وتركيب الجسيمات؛ ولا يقدم توصيات تشخيصية أو علاجية.

Evidence & guidelines

تستند ممارسة التصنيف في هذا المجال إلى ICTV، حيث يعمل تصنيفها المعتمد وقاعدة بياناتها الداعمة كإطار مرجعي موثوق لتسمية وتجميع الفيروسات.

History

نما الفهم الحديث للبنية الفيروسية من دراسة الأشعة السينية والمجهر الإلكتروني للفيروسات الصغيرة في الخمسينيات والستينيات من القرن الماضي، عندما تنبأ كريك وواتسون بالبناء المتماثل للوحدات الفرعية للمحافظ، وقام كاسبار وكلوغ بصياغة التكافؤ شبه المتماثل (quasi-equivalence). في عام 1971، قدم ديفيد بالتيمور تصنيفًا قائمًا على الجينوم تجاوز مورفولوجيا الجسيمات، وعلى مدى العقود اللاحقة، طورت ICTV تصنيفًا رسميًا يعتمد على التسلسل ولا يزال يتوسع.

Key figures

• Aaron Klug
• Donald Caspar
• David Baltimore
• Stephen Harrison
• Eugene Koonin

Seminal works

• harrison-1983
• baltimore-1971
• lefkowitz-2017

Frequently asked questions

ما الفرق بين تصنيف بالتيمور وتصنيف ICTV؟

يقوم نظام بالتيمور بفرز الفيروسات إلى عدد قليل من الفئات حسب المسار من جينومها إلى الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA)، بينما تحتفظ ICTV بتصنيف رسمي مرتب (من النطاق إلى النوع) يدمج نوع الجينوم، والشكل، والتسلسل؛ وهما مكملان لبعضهما البعض وليسا متنافسين.

هل جميع الفيروسات لها غلاف؟

لا. العديد من الفيروسات غير مغلفة (عارية)، وتتكون فقط من جينوم داخل محفظة بروتينية، بينما تكتسب فيروسات أخرى غلافًا دهنيًا مشتقًا من المضيف مع بروتينات سكرية فيروسية مدمجة؛ ويعد وجود أو عدم وجود الغلاف سمة هيكلية واحدة تستخدم في الوصف والتصنيف.