فراصوت در پژوهش‌های ویروس‌شناسی

دانستنی‌های مفید

کروناویروس

اصطلاح کروناویروس یک شاخهٔ کامل از درخت تبارشناختی ویروس‌ها را در بر می‌گیرد که شامل عوامل بیماری‌زای مسئول SARS (سندرم تنفسی حاد شدید)، MERS (سندرم تنفسی خاورمیانه) و چندین گونهٔ دیگر است. گفتن «کروناویروس» با منظور اشاره به یک سویهٔ ویروسی خطرناک، مانند گفتن «پستاندار» با منظور اشاره به «خرس گریزلی» است. این کاربرد از نظر فنی درست است، اما بسیار غیراختصاصی است.

ویروس‌ها

ویروس ذره‌ای عفونی و کوچک است که برای تکثیر خود به سلول میزبان نیاز دارد. ویروس‌ها به سلول‌های زندهٔ جانداران، از جانوران و گیاهان گرفته تا میکروارگانیسم‌ها، از جمله باکتری‌ها و آرکی‌ها، حمله می‌کنند.

شکل‌ها، اندازه‌ها و انواع ویروس‌ها

به‌طور کلی، ویروس‌ها به‌مراتب کوچک‌تر از باکتری‌ها هستند. بیشتر ویروس‌هایی که تاکنون مطالعه شده‌اند، قطری بین 20 و 300 نانومتر دارند. از آنجا که بیشتر ویروس‌ها ذراتی بسیار ریز هستند، میکروسکوپ نوری بزرگ‌نمایی کافی برای قابل‌رؤیت کردن آن‌ها ندارد. برای مشاهده و مطالعهٔ ویروس‌ها، میکروسکوپ‌های الکترونی روبشی و عبوری (به‌ترتیب SEM و TEM) لازم هستند.

ساختار یک ویریون

به یک ذرهٔ کامل ویروس، ویریون گفته می‌شود. چنین ویریونی دارای یک هستهٔ درونی از اسید نوکلئیک است که می‌تواند ریبونوکلئیک اسید یا دئوکسی‌ریبونوکلئیک اسید (RNA یا DNA) باشد. اسید نوکلئیک با یک پوستهٔ پروتئینی بیرونی محافظ به نام کپسید احاطه شده است. کپسید از زیرواحدهای پروتئینی یکسانی به نام کپسومر ساخته شده است. هستهٔ ویریون قابلیت عفونت‌زایی را ایجاد می‌کند، در حالی که کپسید به ویروس اختصاصیت می‌بخشد. پریون‌ها مولکول‌های پروتئینی عفونی هستند که DNA یا RNA ویروسی ندارند.

ویروس‌های پوشش‌دار در برابر ویروس‌های برهنه

ویروس‌هایی که پوشش لیپیدی دارند، ویروس‌های پوشش‌دار نامیده می‌شوند. این پوشش، لایه‌ای لیپیدی است که کپسید پروتئینی را احاطه می‌کند. ویروس‌ها در جریان فرایند جوانه‌زنی، این پوشش را از غشای سلول میزبان می‌گیرند. نمونه‌هایی از ویروس‌های پوشش‌دار عبارت‌اند از SARS-CoV-2، HIV، HSV، SARS یا آبله.
ویروس‌های برهنه این پوشش را ندارند، زیرا با لیز کردن سلول از آن خارج می‌شوند. با این حال، برخی ویروس‌ها می‌توانند یک «شبه‌پوشش» ایجاد کنند که کپسید ویروسی را کاملاً در بر می‌گیرد، اما فاقد گلیکوپروتئین‌های ویروسی است. نمونه‌هایی از ویروس‌های برهنه عبارت‌اند از پولیوویروس، نوداویروس، آدنوویروس و SV40.

ریخت‌شناسی ویروس

از نظر ریخت‌شناسی، چهار نوع اصلی ویروس متمایز می‌شوند: مارپیچی، بیست‌وجهی، کشیده و پوشش‌دار. علاوه بر این، ریخت‌های موسوم به پیچیده نیز در ویروس‌ها وجود دارند.
ریخت‌شناسی ویروس بر اساس کپسید و شکل آن تعریف می‌شود. کپسید از پروتئین‌هایی ساخته می‌شود که ژنوم ویروس آن‌ها را رمزگذاری می‌کند. شکل کپسید مبنای تمایز ریخت‌شناختی است. زیرواحدهای پروتئینی رمزگذاری‌شده توسط ویروس، موسوم به کپسومر، به‌صورت خودآرا کنار هم قرار می‌گیرند تا کپسید را تشکیل دهند؛ این فرایند معمولاً مستلزم حضور ژنوم ویروس است.
ویروس‌های مارپیچی: ویروس‌های مارپیچی کپسیدی دارند که شکل آن را می‌توان رشته‌ای یا میله‌ای توصیف کرد. ساختار مارپیچی دارای یک حفرهٔ مرکزی است که اسید نوکلئیک در آن محصور می‌شود. بسته به آرایش کپسومرها، شکل مارپیچی به کپسید ویروس انعطاف‌پذیری یا صلبیت می‌بخشد.
ویروس‌های بیست‌وجهی: کپسید ویروس بیست‌وجهی از زیرواحدهای یکسانی (کپسومرها) تشکیل شده است که مثلث‌های متساوی‌الاضلاع می‌سازند و این مثلث‌ها به‌نوبهٔ خود به‌صورت متقارن کنار هم قرار می‌گیرند. شکل بیست‌وجهی، ساختار کپسیدی بسیار پایداری ایجاد می‌کند که فضای فراوانی برای اسید نوکلئیک فراهم می‌آورد.
ویروس‌های کشیده: شکل کشیده نوعی از شکل بیست‌وجهی است و در باکتریوفاژها یافت می‌شود.
ویروس‌های پوشش‌دار: برخی ویروس‌ها پوششی متشکل از فسفولیپیدها و پروتئین‌ها دارند. ویروس برای تشکیل این پوشش از بخش‌هایی از غشای سلول میزبان خود استفاده می‌کند. پوشش به‌عنوان لایه‌ای محافظ برای کپسید عمل می‌کند و از این طریق به محافظت از ویروس در برابر دستگاه ایمنی میزبان کمک می‌کند. پوشش ممکن است مولکول‌های گیرنده نیز داشته باشد که اتصال ویروس به سلول‌های میزبان را امکان‌پذیر می‌کنند و عفونت سلول‌ها را تسهیل می‌کنند. از یک سو، پوشش ویروسی عفونت سلول‌ها را تسهیل می‌کند؛ از سوی دیگر، ویروس را در برابر غیرفعال‌سازی توسط عوامل محیطی، مانند شوینده‌ها (برای مثال، صابون) که اجزای سازندهٔ لیپیدی پوشش را تخریب می‌کنند، حساس‌تر می‌سازد.
ویروس‌های پیچیده: ویروس پیچیده با ساختار کپسیدی مشخص می‌شود که نه کاملاً مارپیچی است و نه کاملاً بیست‌وجهی. علاوه بر این، ویروس‌های پیچیده ممکن است اجزای دیگری مانند دم‌های پروتئینی یا دیوارهٔ بیرونی پیچیده داشته باشند. بسیاری از ویروس‌های فاژی به ساختار پیچیدهٔ خود شناخته می‌شوند که در آن یک سر بیست‌وجهی با یک دم مارپیچی ترکیب شده است.

ژنوم ویروس

گونه‌های ویروسی تنوع بسیار عظیمی از ساختارهای ژنومی دارند. مجموعهٔ گونه‌های ویروسی، از نظر ساختار ژنوم، تنوع بیشتری نسبت به گیاهان، جانوران، آرکی‌ها یا باکتری‌ها دارد. میلیون‌ها نوع مختلف ویروس وجود دارد، هرچند تاکنون فقط حدود 5٬000 نوع به‌تفصیل توصیف شده‌اند. این امر عرصهٔ بسیار گسترده‌ای برای پژوهش‌های آتی ویروس‌شناسی باقی می‌گذارد.