ساختار و طبقهبندی ویروس
ساختار و طبقهبندی ویروس حوزهای از ویروسشناسی است که به چگونگی ساختار ذرات ویروسی و نحوه نظمدهی تنوع عظیم ویروسها در یک طبقهبندی منسجم میپردازد. ویروسها انگلهای اجباری درونسلولی هستند که ذرات آنها ژنوم اسید نوکلئیک را درون یک پوشش پروتئینی بستهبندی میکنند، و نحوه سازماندهی این بستهبندی — تقارن کپسید آن، وجود یا عدم وجود پوشش لیپیدی، و ماهیت شیمیایی ژنوم — هم آناتومی و هم معیارهای اصلی را برای نامگذاری و گروهبندی ویروسها فراهم میکند.
Definition
ساختار و طبقهبندی ویروس مطالعه معماری مولکولی ذرات ویروسی همراه با چارچوبهای سیستماتیک — عمدتاً طرح تکثیر ژنوم بالتیمور و طبقهبندی ICTV — است که ویروسها را بر اساس ویژگیهای ساختاری و ژنومی آنها سازماندهی میکند.
Scope
این حوزه خواننده را با اجزای سازنده ذره ویروسی (کپسید، پوشش، ژنوم، پروتئینهای اتصال)، اصول فیزیکی حاکم بر ساختار کپسید، و دو سیستم مکمل مورد استفاده برای سازماندهی ویروسها آشنا میکند: طبقهبندی بالتیمور مبتنی بر ژنوم و طبقهبندی سلسلهمراتبی که توسط کمیته بینالمللی طبقهبندی ویروسها (ICTV) نگهداری میشود. این یک مرور کلی مرجع از نحوه مطالعه شکل ویروسی و چگونگی زیربنا قرار گرفتن این شکل در طبقهبندی است؛ این یک راهنمای بالینی نیست.
Sub-topics
Core questions
- چه اجزایی یک ذره ویروسی را تشکیل میدهند و چگونه مونتاژ میشوند؟
- چرا بیشتر کپسیدها تقارن مارپیچی یا بیستوجهی را اتخاذ میکنند؟
- چه چیزی ویروسهای پوششدار را از ویروسهای بدون پوشش متمایز میکند؟
- ماهیت شیمیایی ژنوم چگونه ویروسها را به گروههای بالتیمور سازماندهی میکند؟
- ICTV چگونه ویروسها را در یک سلسلهمراتب طبقهبندی رسمی مرتب میکند؟
Key concepts
- کپسید و کپسومر
- تقارن مارپیچی و بیستوجهی
- پوشش لیپیدی و گلیکوپروتئینها
- نوکلئوکپسید و ویریون
- قطبیت ژنوم (حس مثبت/منفی) و رشتهای بودن
- رده بالتیمور
- رتبههای طبقهبندی ICTV (از قلمرو تا گونه)
Key theories
- نظریه شبههمارزی (کاسپار-کلوگ) ساختار کپسید
- کاسپار و کلوگ پیشنهاد کردند که صرفهجویی ژنتیکی کپسیدها را مجبور میکند تا از تعداد زیادی کپی از تعداد کمی زیرواحد پروتئینی که با پیوندهای شبههمارز مرتب شدهاند، ساخته شوند، که پوستههای بیستوجهی دیده شده در بیشتر ویروسهای کروی را پیشبینی میکند.
- طبقهبندی مبتنی بر ژنوم بالتیمور
- دیوید بالتیمور پیشنهاد کرد که همه ویروسها را میتوان بر اساس مسیر از ژنوم آنها به RNA پیامرسان مرتب کرد، که مجموعهای کوچک از ردههای تکثیر را به دست میدهد که یک اصل سازماندهیکننده یکپارچه مستقل از طبقهبندی رسمی باقی میماند.
Mechanisms
یک ذره ویروسی اساساً یک وسیله تحویل برای یک ژنوم است. ژنوم — DNA یا RNA، تکرشتهای یا دورشتهای، با یک قطبیت خاص — توسط یک کپسید که از زیرواحدهای پروتئینی تکراری مونتاژ شده است، محصور میشود؛ صرفهجویی ژنتیکی بیشتر کپسیدها را به سمت تقارن مارپیچی یا بیستوجهی سوق میدهد که از چند گونه پروتئینی ساخته شدهاند. بسیاری از ویروسهای حیوانی علاوه بر این، یک پوشش لیپیدی مشتق از میزبان را که با گلیکوپروتئینهای ویروسی پوشانده شده است، در طول جوانهزنی به دست میآورند. همین ویژگیهای ساختاری و ژنومی معیارهای طبقهبندی را فراهم میکنند: سیستم بالتیمور ویروسها را بر اساس مسیر از ژنوم به mRNA گروهبندی میکند، در حالی که طبقهبندی ICTV نوع ژنوم، مورفولوژی ذره، و به طور فزایندهای توالی ژنوم را در یک سلسلهمراتب رتبهبندی شده ادغام میکند.
Clinical relevance
ویژگیهای ساختاری و طبقهبندی که در اینجا خلاصه شدهاند، زیربنای بسیاری از جنبههای عملی ویروسشناسی هستند، از جمله نحوه شناسایی ویروسها در آزمایشگاه، نحوه طراحی اهداف ضد ویروسی و واکسن، و نحوه تشخیص ویروسهای مرتبط. به عنوان یک مرور کلی مرجع، این حوزه اساس طبقهبندی و ساختار ذره را توصیف میکند؛ توصیههای تشخیصی یا درمانی ارائه نمیدهد.
Evidence & guidelines
عمل طبقهبندی در این حوزه توسط ICTV تثبیت شده است، که طبقهبندی تأیید شده و پایگاه داده پشتیبان آن به عنوان چارچوب مرجع معتبر برای نامگذاری و گروهبندی ویروسها عمل میکند.
History
درک مدرن از معماری ویروسی از مطالعات اشعه ایکس و میکروسکوپ الکترونی ویروسهای کوچک در دهههای ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰ رشد کرد، زمانی که کریک و واتسون ساختار زیرواحدی متقارن کپسیدها را پیشبینی کردند و کاسپار و کلوگ شبههمارزی را رسمی کردند. در سال ۱۹۷۱ دیوید بالتیمور یک طبقهبندی مبتنی بر ژنوم را معرفی کرد که مورفولوژی ذره را در بر میگرفت، و در دهههای بعدی ICTV یک طبقهبندی رسمی و مبتنی بر توالی را توسعه داد که همچنان در حال گسترش است.
Key figures
- Aaron Klug
- Donald Caspar
- David Baltimore
- Stephen Harrison
- Eugene Koonin
Related topics
Seminal works
- harrison-1983
- baltimore-1971
- lefkowitz-2017
Frequently asked questions
- تفاوت بین طبقهبندی بالتیمور و طبقهبندی ICTV چیست؟
- سیستم بالتیمور ویروسها را بر اساس مسیر از ژنوم آنها به mRNA به تعداد کمی از ردهها مرتب میکند، در حالی که ICTV یک طبقهبندی رسمی رتبهبندی شده (از قلمرو تا گونه) را حفظ میکند که نوع ژنوم، مورفولوژی و توالی را ادغام میکند؛ این دو مکمل یکدیگر هستند تا رقیب.
- آیا همه ویروسها پوشش دارند؟
- خیر. بسیاری از ویروسها بدون پوشش (برهنه) هستند و فقط از یک ژنوم درون یک کپسید پروتئینی تشکیل شدهاند، در حالی که برخی دیگر یک پوشش لیپیدی مشتق از میزبان با گلیکوپروتئینهای ویروسی تعبیهشده به دست میآورند؛ وجود یا عدم وجود پوشش یکی از ویژگیهای ساختاری است که در توصیف و طبقهبندی استفاده میشود.