การจัดระเบียบจีโนมไวรัสและกรดนิวคลีอิก

จีโนมของไวรัสคือกรดนิวคลีอิกที่บรรจุข้อมูลทางพันธุกรรมของไวรัส และไวรัสมีความโดดเด่นในด้านความหลากหลายของเคมีจีโนมที่พวกมันใช้ จีโนมอาจเป็น DNA หรือ RNA เป็นสายเดี่ยวหรือสายคู่ มีทิศทางบวกหรือลบ และบรรจุเป็นโมเลกุลเดียวหรือหลายส่วน คุณสมบัติเหล่านี้เป็นตัวกำหนดว่าจีโนมจะถูกจำลองและแสดงออกอย่างไร และเป็นเกณฑ์หลักในการจำแนกไวรัสโดยอิงตามจีโนม

Definition

การจัดระเบียบจีโนมของไวรัสหมายถึงลักษณะทางเคมี การเป็นสายเดี่ยวหรือสายคู่ ขั้ว และการจัดเรียงของกรดนิวคลีอิกที่เข้ารหัสไวรัส ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่กำหนดกลยุทธ์การจำลองแบบและการแสดงออกของไวรัส และเป็นพื้นฐานของการจำแนกประเภทโดยอิงตามจีโนม

Scope

บทความนี้ครอบคลุมความหลากหลายทางเคมีและโครงสร้างของจีโนมไวรัส: ชนิดของกรดนิวคลีอิก (DNA เทียบกับ RNA), การเป็นสายเดี่ยวหรือสายคู่, ขั้ว (ทิศทาง), การแบ่งส่วนและขนาดของจีโนม, และผลกระทบของคุณสมบัติเหล่านี้ต่อกลยุทธ์การจำลองแบบและลักษณะที่ผิดพลาดง่ายของจีโนม RNA บทความนี้เป็นภาพรวมอ้างอิงของการจัดระเบียบจีโนมและไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิก

Core questions

• กรดนิวคลีอิกชนิดใดที่ทำหน้าที่เป็นจีโนมของไวรัส?
• การเป็นสายเดี่ยวเทียบกับสายคู่ และทิศทางบวกเทียบกับทิศทางลบ หมายความว่าอย่างไรสำหรับจีโนม?
• ขั้วของจีโนมกำหนดได้อย่างไรว่า RNA สามารถทำหน้าที่เป็น mRNA ได้โดยตรงหรือไม่?
• ทำไมจีโนมบางชนิดจึงถูกแบ่งส่วน และสิ่งนั้นช่วยให้เกิดอะไรขึ้น?
• ทำไมจีโนมของไวรัส RNA จึงกลายพันธุ์ได้ง่ายกว่าจีโนม DNA?

Key concepts

• จีโนม DNA เทียบกับ RNA
• กรดนิวคลีอิกสายเดี่ยวและสายคู่
• ทิศทางบวกและทิศทางลบ (ขั้ว)
• การแบ่งส่วนจีโนม
• ขนาดจีโนมและความสามารถในการเข้ารหัส
• การถอดรหัสย้อนกลับ
• อัตราการกลายพันธุ์สูงของจีโนม RNA

Key theories

เส้นทางจากจีโนมสู่ mRNA เป็นหลักการจัดระเบียบ

บัลติมอร์เสนอว่าคุณสมบัติที่สำคัญของไวรัสคือเส้นทางที่จีโนมของมันสร้าง messenger RNA ทำให้ชนิดของจีโนม การเป็นสายเดี่ยวหรือสายคู่ และขั้วเป็นคุณสมบัติหลักในการจำแนกประเภท

แนวคิดเรื่องควอซิสปีชีส์ / อัตราการกลายพันธุ์สูงของจีโนม RNA

เนื่องจากการจำลองแบบของ RNA ขาดการตรวจสอบแก้ไขที่มีประสิทธิภาพ จีโนมของไวรัส RNA จึงสะสมการกลายพันธุ์อย่างรวดเร็วและมีอยู่เป็นประชากรที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน ซึ่งเป็นคุณสมบัติสำคัญต่อวิวัฒนาการและความสามารถในการปรับตัวของพวกมัน

Mechanisms

จีโนมของไวรัสมีความหลากหลายในหลายแกน ซึ่งร่วมกันกำหนดกลยุทธ์การจำลองแบบและการแสดงออก ชนิดของกรดนิวคลีอิก (DNA หรือ RNA) และการเป็นสายเดี่ยวหรือสายคู่ เป็นตัวกำหนดว่าต้องใช้เอนไซม์ใดในการคัดลอกจีโนมและสร้าง mRNA ขั้วมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับ RNA สายเดี่ยว: จีโนมที่มีทิศทางบวกสามารถแปลเป็น mRNA ได้โดยตรง ในขณะที่จีโนมที่มีทิศทางลบจะต้องถูกถอดรหัสเป็นสายที่เข้าคู่กันก่อน ดังนั้นไวรัสที่มีทิศทางลบจะต้องมีพอลิเมอเรสของตัวเองอยู่ในอนุภาค จีโนมบางชนิดถูกแบ่งออกเป็นหลายโมเลกุล ซึ่งช่วยให้เกิดการจัดเรียงใหม่ระหว่างไวรัสที่เกี่ยวข้อง จีโนม RNA ถูกจำลองแบบโดยมีการตรวจสอบแก้ไขน้อยมาก จึงเกิดการกลายพันธุ์อย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดประชากรที่หลากหลาย ในขณะที่จีโนม DNA ส่วนใหญ่ถูกคัดลอกอย่างแม่นยำกว่า

Clinical relevance

การจัดระเบียบจีโนมอธิบายว่าทำไมไวรัสที่เกี่ยวข้องจึงมีกลยุทธ์การจำลองแบบร่วมกัน ทำไมไวรัส RNA ที่แบ่งส่วนจึงสามารถจัดเรียงใหม่ได้ และทำไมไวรัส RNA จำนวนมากจึงวิวัฒนาการอย่างรวดเร็ว ซึ่งทั้งหมดนี้เป็นข้อมูลพื้นฐานที่เกี่ยวข้องกับวิทยาศาสตร์ยาต้านไวรัสและวัคซีน บทความนี้เป็นข้อมูลอ้างอิงเชิงโครงสร้างและแนวคิด และไม่มีคำแนะนำในการวินิจฉัยหรือการรักษา

History

การรับรู้ว่าจีโนมของไวรัสอาจเป็น DNA หรือ RNA และมีความหลากหลายในการเป็นสายเดี่ยวหรือสายคู่และขั้ว ได้สะสมมาจากการศึกษาไวรัสวิทยาระดับโมเลกุลในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 และถูกสังเคราะห์โดย Baltimore ในปี 1971 ซึ่งใช้ตรรกะจากจีโนมสู่ mRNA ในการจัดระเบียบไวรัส งานวิจัยในภายหลังโดย Domingo, Holland และคนอื่นๆ ได้ยืนยันว่าจีโนม RNA จำลองแบบเป็นประชากรที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันและมีข้อผิดพลาดสูง ซึ่งเป็นการปรับเปลี่ยนความเข้าใจเกี่ยวกับวิวัฒนาการของไวรัส

Key figures

• David Baltimore
• Esteban Domingo
• John Holland
• Eugene Koonin

Seminal works

• baltimore-1971
• domingo-1997
• koonin-2021

Frequently asked questions

จีโนมของไวรัสสามารถเป็นได้ทั้ง DNA หรือ RNA หรือไม่?

ได้ แตกต่างจากสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่ใช้ DNA สายคู่ ไวรัสโดยรวมใช้ DNA หรือ RNA เป็นสายเดี่ยวหรือสายคู่ และมีทิศทางบวกหรือลบ ความหลากหลายทางเคมีของจีโนมนี้เป็นคุณสมบัติที่สำคัญของไวรัสและเป็นพื้นฐานในการจำแนกประเภท

ทำไมไวรัส RNA จึงมีแนวโน้มที่จะกลายพันธุ์อย่างรวดเร็ว?

จีโนม RNA มักถูกคัดลอกโดยพอลิเมอเรสที่ขาดการตรวจสอบแก้ไขที่มีประสิทธิภาพ ดังนั้นข้อผิดพลาดในการจำลองแบบจึงสะสมและไวรัสมีอยู่เป็นประชากรที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน ซึ่งสามารถเร่งการปรับตัวได้; จีโนม DNA โดยทั่วไปจะถูกคัดลอกอย่างแม่นยำกว่า