المكونات الاساسية للجزيء الفيروسي

أولا: الحامض النووي Nucleic acid

تحتوي الفيروسات المختلفة على حامض نووي وهو إما أن يكون حامض نووي ريبوزي (ribonucleic acid (RNA أو حامض نووي دي اوكسي ريبوزيdeoxyribonucleic acid (DNA) . تحتوى الفيروسات البكتيرية غالبا على DNA ، في حين أن الفيروسات الحيوانية يحتوي بعضها على RNA والبعض الآخر على DNA ، أما الفيروسات النباتية فتحتوي على RNA ، إلا أن هناك بعض الفيروسات النباتية النادرة التي تحتوي على DNA مثل فيروس موازيك القنبيط Cauliflower mosaic virus وكذلك blue green algal virus الذي يصيب الطحالب الحمراء المزرقة.

عموما، وبدون التعرض للتفاصيل الدقيقة، فإن الحامض النووي يتكون بوجه عام من اتحاد عدد كبير من النيوكلوتيدات nucleotides وتتكون كل منها من جزئ سكر خماسي يرتبط من ناحية بجزيء من حامض الفوسفوريك ومن ناحية أخرى بقاعدة نتروجينيه أي أن تركيبها هو:

(أ) سكر خماسي (ریبوز ribose في حالة ال RNA ، دي اوكسي ريبوز deoxyribose في حالة ال DNA ويحتوي الريبوز على ذرة أكسجين زيادة عن الدي اوكسي ريبوز).

(ب) حامض فوسفوريك.

(ج) قاعدة نتروجينية (القواعد النتروجينية الموجودة في الأحماض النووية منها ما ينتمي إلى مجموعة البيورين purine ومنها ما ينتمي إلى مجموعة البيريميدين pyrimidines).

وبناء على ذلك فإن سلسلة الحامض النووي تتكون بالطريقة التالية:

يدخل في تركيب جزيء ال RNA أربعة قواعد هي:

1- أدنين (A) Adenine

2- جوانين (G) Guanine

3- سیتوزین (C) Cytosine

4- یوراسیل (U) Uracil

الأدنين والجوانين قواعد بيورينية أما السيتوزين واليواسيل فهي قواعد بيريمدينية.

وبالنسبة لجزيء ال DAN فإن القواعد الثلاثة الأولى (أدنين - جوانين - سیتوزین) تدخل في تركيبه مع قاعدة رابعة هي T)) Thymine بدلا من اليوراسيل في حالة ال RNA.

ما سبق يمكن استخلاص أنه عند اتحاد القواعد النيتروجينية بالسكر المناسب والفوسفات تنتج النيوكليوتيدات، وهذه في مجموعها تكون جزيء الحامض النووي، فيكون الجزيء عبارة عن سلسلة طويلة من مئات وغالبا من آلاف النيوكليوتيدات، ونظرا لأن الحامض النووي يدخل في تركيبه أربعة قواعد نتروجينية فأنه توجد أربعة أنواع من النيوكليوتيدات وهذه تتكرر في الجزيء عدة مرات، يختلف عدد مرات تكرارها وكذلك ترتيبها وراء بعضها من حامض إلى آخر ولكنها تكون ثابتة في جزيئات الحامض الواحد، وهي التي تعطيه خواصه المميزة.

تدل النتائج المتحصل عليها نتيجة لاستخدام الطرق الطبيعية والكيماوية والحيوية المختلفة على أن تركيب ال DNA المعزول من معظم الفيروسات المختلفة المحتوية على هذا الحامض يطابق في تركيبة النموذج الذي اقترحه واتسون وكريك Watson and Crick والمعروف باسم ( نموذج الحلزون المزدوج ، double helix model بمعنى أنه ثنائي السلسلة أو ثنائي الخيط double stranded ، إذ تلتف سلسلتين من عديد النيوكليوتيدات حول بعضها بطريقة حلزونية، ويمكن تشبيه ذلك بصورة مبسطة بأنه يشبه سلم ملتو ذو قائمين وبينهما درجات، ويتكون كل قائم من وحدات متبادلة من السكر والفوسفات المرتبطة برابطة فوسفاتية ثنائية الأستر، أما الدرجات فهي عبارة عن القواعد النتروجينية الأربعة التي تكون بارزة للداخل ومرتبطة مع بعضها بروابط أيدروجينية بحيث يرتبط الأدنين بالثايمين بواسطة رابطتين، كما يرتبط الجوانين بالسيتوزين بواسطة ثلاث روابط، وتتصل ذرة الكربون رقم ۱ في السكر بأحد القواعد الأربعة.

طريقة تركيب ال DNA وارتباط القواعد النيتروجينية مع بعضها يوضح أن كمية الأدنين في هذا الحامض تساوي كمية الثايمين وكذلك فان كمية الجوانين تساوي كمية السيتوزين وعلى هذا نجد أن:

تركيب ال DNA ثنائي السلسلة

أما مجموع الأدنين + الثايمين فانه يختلف عن مجموع السيتوزين + الجوانين، وتوجد اختلافات كبيرة في النسبه (أدنين + ثايمين) (جوانين + سیتوزین) في الكائنات المختلفة ، فقد تكون هذه النسبية 1 وقد تقل أو تزيد عن ذلك وتعتبر هذه صفة مميزة لكل DNA ثنائي الخيط، فهذه النسبة مثلا في DNA البكتيريا Escherichia coli تساوي 0.51 وفي حالة DNA الفطر Aspergillus niger فأنها تساوي واحد صحيح، وفي DNA الانسان تساوي 1.4 ، وفي DNA بكتريوفاج T₂ فإنها تساوي 1.84 وهكذا.

بالنسبة للـ RNA سواء في الخلية النباتية أو في الفيروس فانه عادة ذو خيط واحد single stranded ويتكون هذا الخيط من سلسلة من عند النيوكليوتيد وعلى هذا فليس من المتوقع أن يتساوى الجوانين مع السيتوزين أو الأدنين مع اليوراسيل، فمثلا في حالة فيروس موزايك الدخان ( TMV ) فإن حامضه النووي يحتوي على ۱۹۰۰ جزيء أدنين ، 1680 جوانين ، 1180 سيتوزين 1740 یوراسیل وهذه في مجموعها تكون 6500 نیوکلیوتیده.

باستخدام الطرق الطبيعية المختلفة أمكن إظهار ان RNA فيروس موزايك الدخان الموجود في محلول درجة تركيز أيون الايدروجين له حوالى ۷ ( 7,0 ,pH ) وعلى درجة حرارة الغرفة فان الحامض لا يكون على هيئة خيط ممتد، وقد أوضح Doty et al عام 1959 أنه تحت ظروف معينة فان هذا الحامض يحتوي على عديد من المناطق الحلزونية القصيرة المزدوجة الناتجة عن ارتباط بعض أزواج القواعد الموجودة في الخيط الفيروسي الأحادي بواسطة روابط ایدروجينية.

أشكال مختلفة لل RNA تتحول إلى بعضها البعض تبعا لتغير القوى الايونية، ودرجة الحرارة، و pH المحلول. لاحظ المناطق الحلزونية المزدوجة.

القليل جدا من الفيروسات النباتية تحتوي على RNA ذو خيطين double stranded RNA ومن أمثلة ذلك فيروس تقزم الارز rice dwarf virus وفيروس التورم الجرحي wound tumor virus , عند دراسة عدد القواعد الداخلة في تركيب مثل هذا الحامض الثنائي الخيط ونسبها إلى بعضها ثبت أن الأدنين يساوي اليوراسيل وأن الجوانين يساوى السيتوزين، أي أنه يتبع في تركيه موديل واتسون وکريك.

ثانيا: الغطاء البروتینی (Protein shell) Protein coat

يغلف الحامض النووي الفيروسي غطاء من البروتين يسمي كابسيد capcid ويطلق عليه مع ما يلاصقه من الحامض النووي اصطلاح نيوكليو كابسيد nucleocapsid . ويتكون الغطاء أو الكابسيد مثله في ذلك مثل جميع البروتينات من أحماض أمينية ، وهناك حوالى ۲۰ حامض أميني ترتبط مع بعضها في تتابعات مختلفة لتكوين البروتينات الفيروسية المختلفة، ويبدو أن بعض هذه الأحماض الأمينية توجد في بروتين جميع الفيروسات بينما يوجد بعضها في بعض الفيروسات فقط . ترتبط الأحماض الأمينية مع بعضها بواسطة روابط ببتيدية وينتج عن اتحاد الأحماض الأمينية مع بعضها عديدات الببتيد polypeptides ، ويتكون الغطاء البروتيني للفيروسات النباتية من سلاسل من عديدات الببتيد التي تتتابع فيها الأحماض الأمينية بترتيب معين وتكون هذه السلاسل تحت وحدات بروتينية protein snubunits. تحت الوحدة البروتينية الواحدة يطلق عليها في بعض الفيروسات اسم تحت وحدة مورفولوجية أو كابسومير morphological subanit or capsomer ، في حين أنه في عديد من الفيروسات الكروية فإن الكابسومير يتكون من أكثر من تحت وحدة بروتينية ويطلق على تحت هذه الوحدات البروتينية اسم تحت وحدات تركيبية.

تترتب تحت الوحدات البروتينية ترتيب حلزونية في الفيروسات العصرية وتترتب تربية خاصة في الكروية معطية إياها شكلا عديد الأوجه، وعموما فإن سطح الغطاء البروتيني لا يكون أملس إذ أن تحت الوحدات البروتينية تأخذ شكل النتوءات bumps البارزة.

من أكثر الفيروسات التي درس تركيبها هو فيروس موزايك الدخان ( شكل التالي) وجزيء الفيروس عصوي الشكل بطول ۳۰۰ نانومتر ويتكون غطائه من ۲۱۳۰ تحت وحدة بروتينية تقريبا، تتكون كل منها من 158 جزیه حامض أميني، وتترتب تحت الوحدات حلزونية حول محور الجزيء بطريقة تسمح بوجود قناة داخلية ذات قطر 40 انجستروم تقريبا، ويكون القطر الخارجي للجزيء ۱۸۰ انجستروم.

تركيب جزيء فيروس موزايك الدخان

تترتب تحت الوحدات ترتيب حلزونيا بطول الجزيء الفيروسي بحيث تتكون كل ثلاث لفات من 49 تحت وحدة، أي أن كل لفة 16.3 تحت وحدة، طول الثلاث لفات 69 انجستروم، أي أن مسافة كل لفة تبلغ ۲۳ انجستروم وتسمى هذه المسافة pitch of helix، ويتكون الجزيء كله من ۱۳۰ لفة حلزونية. يظهر الجزيء الفيروسي في القطاع المرضى كأنبوبة مجوفة من تحت الوحدات البروتينية مكونة للغطاء الخارجي للفيروس ويرقد بداخلها الحامض النووي في تجاويف خاصة على بعد 40 انجستروم من محور جزيء الفيروس آخذا الشكل الحلزوني.

بالإضافة إلى أن الفيروسات النباتية المختلفة تحتوي أساسا على حامض نووي وغطاء بروتيني فإن هناك بعض الفيروسات القليلة العدد والتي تختلف عن التركيب العادي كأن يكون حامضها النووي عارية، أي لا يوجد لها غطاء بروتينية ، ويطلق على هذه الفيروسات العارية اسم viroids ، وتشير بعض الأبحاث إلى أن فيروس الدرنة الغزلية في البطاطس potato spindle tuber virus وكذلك فيروس تشقق القلف في الموالح citrus exocortis virus لها عدد من الصفات التي ترجح أنها يحتويان على RNA عاري naked . كذلك هناك بعض الفيروسات القليلة التي يوجد بها أغشية membranes بالإضافة إلى وجود الحامض النووي والغطاء البروتيني مثل فيروس الجومفرینا Gam phrena virus وفيروس اصفرار وتقزم البطاطس potato yellow dwarf virus وفيروس الذبول المتبقع في الطماطم tomato spotted wilt virus وفيروس موزايك الذرة maize mosaic virus.

دور كل من الحامض النووي والبروتين في الاصابة:

أثبتت الدراسات المختلفة التي أجريت على الفيروسات البكتيرية أن الحامض النووي هو الجزء المعدي من الفيروس، ولقد أثبت Hershey and Chase عام 1952 أنه في حالة البكتريوفاج T₁ الذي يصيب coli E. أن ال DNA هو الجزء المعدي من الفاج، وأنه عند عدوى الخلايا البكتيرية هذا الفيروس فإن الحامض النووي هو المسئول عن العدوى وعن إنتاج الفيروسات الجديدة التي لا تختلف عن الفيروس الأصلي.

وبالنسبة للفيروسات النباتية فقد أكدت التجارب التي أجراها - Fraenkel Conrat عام 1956 وكذلك Gierer and Schramm عام 1956 على فيروس موازيك الدخان أن ال RNA هو الجزء المعدي من الفيروس، أو بمعنى آخر أنه هو المادة الوراثية الحاملة للمعلومات الوراثية واللازمة لتضاعف الفيروس. عدوى نباتات الدخان بواسطة الحامض النووي لفيروس موازيك الدخان أدى إلى إصابة النبات وظهور الأعراض المرضية وتكاثر الفيروس. عند دراسة الخواص البيولوجية لجزئيات الفيروس الناتجة وجد أنها لا تختلف عن خواص السلالة الأصلية. في تجربة أخرى استخدم Conrat – Fraenkelوآخرون ۳ سلالات من فيروس موزايك الدخان تختلف عن بعضها في الأعراض التي تعطيها على النباتات المشخصة لها، وفي الأحماض الأمينية المكونة لغطائها البروتيني وكذلك في الخواص السيرولوجية ، ثم فصل الحامض النووي عن الغطاء البروتيني لكل سلالة. عدوى أوراق الدخان بالحامض النووي المعزول من تلك السلالات أدى إلى ظهور الأعراض الخاصة بكل سلالة، كما أن الفيروس الناتج لم يختلف عن سلالته الأصلية في أي صفة من الصفات. وجد أنه عند استخدام سلالتين من فيروس موزايك الدخان ولنفرض أن السلالة الأولى هي (أ)، والثانية هي (ب) وفصل الحامض النووي لكل منها عن غطائه البروتين ثم أجرى اتحاد في الانابيب بين الحامض النووي للسلالة (أ) وبين بروتين السلالة (ب) فإنه يتكون فيروس (هجين) به حامض نووي من السلالة (أ) وبروتين من السلالة (ب). إذا ما أجريت العدوى بهذا الفيروس الهجين الجديد فان العدوى والاعراض الناتجة تكون مماثلة لما تنتجه السلالة (أ) وكذلك تكون الفيروسات الجديدة المتكونة في النبات مماثلة مع السلالة (أ) مع احتمال وجود اختلافات كيماوية طفيفة.

إذا أجريت عملية عدوى للنبات بواسطة البروتين الفيروسي النقي فإنه لا يحدث تمثيل ولا تضاعف للفيروس ولا تظهر على النبات أعراض مرضية.

من ذلك يتضح أن البروتين ليس له دور في عملية الإصابة والتضاعف الخاصين بالفيروس وأن ال RNA هو الجزء الفيروسي المسئول عن العدوى وعن تمثيل ال RNA والبروتين الفيروسي، أما الدور المعروف حاليا للغطاء البروتين فيتلخص في أنه يقوم بحماية الRNA من التأثير التحليل لأنزيم ribonuclease الخاص بالعائل، كما يحميه بدرجة كبيرة من عدد من العوامل الخارجية، إذ ثبت أن الRNA المفصول من الجزيء الفيروسي أقل كفاءة في عدوى النباتات من الجزيء الكامل، كما أشار بعض الباحثين أخيرة إلى أن البروتين له دور إلى محل ما في تحديد المدى العوائلي للفيروس host range .