อัลตราโซนิกในการวิจัยไวรัส

ข้อเท็จจริงที่ควรทราบ

โคโรนาไวรัส

คำว่าโคโรนาไวรัสครอบคลุมทั้งกิ่งหนึ่งของแผนผังวงศ์ไวรัส ซึ่งรวมถึงเชื้อก่อโรคที่เป็นสาเหตุของ SARS (กลุ่มอาการทางเดินหายใจเฉียบพลันรุนแรง) และ MERS (กลุ่มอาการทางเดินหายใจตะวันออกกลาง) ตลอดจนสายพันธุ์อื่น ๆ อีกหลายสายพันธุ์ การกล่าวถึง “โคโรนาไวรัส” โดยหมายถึงสายพันธุ์ไวรัสที่เป็นอันตราย เปรียบได้กับการพูดว่า “สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม” โดยหมายถึง “หมีกริซลี” แม้จะถูกต้องในทางเทคนิค แต่ก็ไม่เฉพาะเจาะจงอย่างยิ่ง

ไวรัส

ไวรัสเป็นอนุภาคก่อการติดเชื้อขนาดเล็กที่ต้องอาศัยเซลล์เจ้าบ้านเพื่อเพิ่มจำนวน ไวรัสบุกรุกเซลล์ที่มีชีวิตของสิ่งมีชีวิต ตั้งแต่สัตว์และพืชไปจนถึงจุลินทรีย์ รวมทั้งแบคทีเรียและอาร์เคีย

รูปร่าง ขนาด และชนิดของไวรัส

โดยทั่วไป ไวรัสมีขนาดเล็กกว่าแบคทีเรียอย่างมาก ไวรัสส่วนใหญ่ที่ได้รับการศึกษาจนถึงปัจจุบันมีเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่าง 20 ถึง 300 นาโนเมตร เนื่องจากไวรัสส่วนใหญ่เป็นอนุภาคที่เล็กมากเช่นนี้ กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงจึงมีกำลังขยายไม่เพียงพอที่จะทำให้มองเห็นได้ การมองเห็นและศึกษาไวรัสจำเป็นต้องใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดและแบบส่องผ่าน (SEM และ TEM ตามลำดับ)

องค์ประกอบของวิริออน

อนุภาคไวรัสที่สมบูรณ์เรียกว่าวิริออน วิริออนประกอบด้วยแกนกลางภายในที่เป็นกรดนิวคลีอิก ซึ่งอาจเป็นกรดไรโบนิวคลีอิกหรือกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (RNA หรือ DNA) กรดนิวคลีอิกถูกล้อมรอบด้วยเปลือกโปรตีนชั้นนอกที่ทำหน้าที่ป้องกัน เรียกว่าแคปซิด แคปซิดประกอบด้วยหน่วยย่อยโปรตีนที่เหมือนกัน เรียกว่าแคปโซเมียร์ แกนกลางของวิริออนทำให้ไวรัสมีความสามารถในการก่อการติดเชื้อ ขณะที่แคปซิดทำให้ไวรัสมีความจำเพาะ พรีออนเป็นโมเลกุลโปรตีนก่อการติดเชื้อที่ไม่มี DNA หรือ RNA ของไวรัส

ไวรัสที่มีเยื่อหุ้มเทียบกับไวรัสที่ไม่มีเยื่อหุ้ม

ไวรัสที่มีเยื่อหุ้มลิพิดเรียกว่าไวรัสที่มีเยื่อหุ้ม เยื่อหุ้มที่กล่าวถึงนี้เป็นชั้นลิพิดที่ล้อมรอบแคปซิดโปรตีน ไวรัสได้รับเยื่อหุ้มจากเยื่อหุ้มเซลล์เจ้าบ้านระหว่างกระบวนการแตกหน่อ ตัวอย่างของไวรัสที่มีเยื่อหุ้ม ได้แก่ SARS-CoV-2, HIV, HSV, SARS หรือไข้ทรพิษ
ไวรัสที่ไม่มีเยื่อหุ้มจะไม่มีเยื่อหุ้มนี้ เพราะออกจากเซลล์โดยทำให้เซลล์สลาย อย่างไรก็ตาม ไวรัสบางชนิดสามารถสร้าง “เยื่อหุ้มเสมือน” ที่หุ้มแคปซิดของไวรัสไว้อย่างสมบูรณ์ แต่ไม่มีไกลโคโปรตีนของไวรัส ตัวอย่างของไวรัสที่ไม่มีเยื่อหุ้ม ได้แก่ poliovirus, nodavirus, adenovirus และ SV40

สัณฐานวิทยาของไวรัส

ไวรัสแบ่งตามสัณฐานวิทยาได้เป็นสี่ประเภทหลัก ได้แก่ แบบเกลียว แบบทรงยี่สิบหน้า แบบทรงยาว และเยื่อหุ้ม นอกจากนี้ยังมีสัณฐานวิทยาของไวรัสที่เรียกว่าแบบซับซ้อน
สัณฐานวิทยาของไวรัสกำหนดโดยแคปซิดและรูปร่างของแคปซิด แคปซิดสร้างขึ้นจากโปรตีนที่เข้ารหัสโดยจีโนมของไวรัส รูปร่างของแคปซิดเป็นพื้นฐานในการจำแนกทางสัณฐานวิทยา หน่วยย่อยโปรตีนที่เข้ารหัสโดยไวรัส ซึ่งเรียกว่าแคปโซเมียร์ จะประกอบตัวเองเป็นแคปซิด โดยปกติกระบวนการนี้จำเป็นต้องมีจีโนมของไวรัสอยู่ด้วย
ไวรัสแบบเกลียว: ไวรัสแบบเกลียวมีแคปซิดที่มีลักษณะเป็นเส้นใยหรือรูปแท่ง รูปทรงเกลียวมีโพรงตรงกลางซึ่งบรรจุกรดนิวคลีอิกไว้ รูปทรงเกลียวทำให้แคปซิดของไวรัสมีความยืดหยุ่นหรือแข็งเกร็ง ขึ้นอยู่กับการจัดเรียงของแคปโซเมียร์
ไวรัสแบบทรงยี่สิบหน้า: แคปซิดของไวรัสแบบทรงยี่สิบหน้าประกอบด้วยหน่วยย่อยที่เหมือนกัน (แคปโซเมียร์) ซึ่งรวมตัวเป็นรูปสามเหลี่ยมด้านเท่า แล้วจัดเรียงอย่างสมมาตร รูปทรงยี่สิบหน้าทำให้เกิดโครงสร้างแคปซิดที่เสถียรอย่างยิ่ง และมีพื้นที่สำหรับกรดนิวคลีอิกมาก
ไวรัสแบบทรงยาว: รูปทรงยาวเป็นรูปแบบหนึ่งของรูปทรงยี่สิบหน้า และพบในแบคเทอริโอเฟจ
ไวรัสที่มีเยื่อหุ้ม: ไวรัสบางชนิดมีเยื่อหุ้มที่ประกอบด้วยฟอสโฟลิพิดและโปรตีน ในการประกอบเยื่อหุ้ม ไวรัสใช้บางส่วนของเยื่อหุ้มเซลล์เจ้าบ้าน เยื่อหุ้มทำหน้าที่เป็นชั้นป้องกันแคปซิด และจึงช่วยปกป้องไวรัสจากระบบภูมิคุ้มกันของเจ้าบ้าน เยื่อหุ้มอาจมีโมเลกุลตัวรับที่ทำให้ไวรัสสามารถจับกับเซลล์เจ้าบ้านและช่วยให้เกิดการติดเชื้อในเซลล์ได้ ในด้านหนึ่ง เยื่อหุ้มไวรัสช่วยให้เกิดการติดเชื้อในเซลล์ได้ง่ายขึ้น แต่อีกด้านหนึ่ง เยื่อหุ้มไวรัสทำให้ไวรัสไวต่อการถูกทำให้หมดฤทธิ์โดยสารในสิ่งแวดล้อมมากขึ้น เช่น สารซักล้าง (เช่น สบู่) ที่ทำลายหน่วยโครงสร้างลิพิดของเยื่อหุ้ม
ไวรัสแบบซับซ้อน: ไวรัสแบบซับซ้อนมีลักษณะจำเพาะจากโครงสร้างแคปซิดที่ไม่ได้เป็นแบบเกลียวล้วนหรือทรงยี่สิบหน้าล้วน นอกจากนี้ ไวรัสแบบซับซ้อนอาจมีองค์ประกอบเพิ่มเติม เช่น หางโปรตีนหรือผนังชั้นนอกที่ซับซ้อน ไวรัสเฟจหลายชนิดเป็นที่รู้จักจากโครงสร้างซับซ้อนที่รวมส่วนหัวแบบทรงยี่สิบหน้าเข้ากับหางแบบเกลียว

จีโนมของไวรัส

ไวรัสชนิดต่าง ๆ มีโครงสร้างจีโนมที่หลากหลายอย่างมหาศาล กลุ่มไวรัสมีความหลากหลายทางโครงสร้างจีโนมมากกว่าพืช สัตว์ อาร์เคีย หรือแบคทีเรีย ไวรัสมีหลายล้านชนิดที่แตกต่างกัน แต่จนถึงปัจจุบันมีเพียงประมาณ 5,000 ชนิดที่ได้รับการอธิบายอย่างละเอียด จึงยังมีขอบเขตอีกมหาศาลสำหรับการวิจัยไวรัสในอนาคต