معلومة

9.1: الفيروسات - علم الأحياء

9.1: الفيروسات - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أهداف التعلم

  • وصف الخصائص العامة للفيروسات كمسببات الأمراض
  • وصف الجينوم الفيروسي
  • وصف الخصائص العامة لدورات الحياة الفيروسية
  • التفريق بين العاثيات والفيروسات النباتية والفيروسات الحيوانية
  • وصف الخصائص المستخدمة لتحديد الفيروسات كطفيليات ملزمة داخل الخلايا

التركيز السريري - الجزء 1

عاد ديفيد ، الصحفي البالغ من العمر 45 عامًا ، لتوه إلى الولايات المتحدة من رحلات في روسيا والصين وأفريقيا. إنه ليس على ما يرام ، لذلك يذهب إلى طبيبه العام يشكو من ضعف في ذراعيه وساقيه ، وحمى ، وصداع ، وهياج ملحوظ ، وانزعاج طفيف. يعتقد أنها قد تكون مرتبطة بعضة كلب تعرض لها أثناء إجراء مقابلة مع مزارع صيني. إنه يعاني من بعض الإحساس بالوخز والحكة في مكان الجرح ، لكنه يخبر الطبيب أن الكلب بدا بصحة جيدة وأنه لم يكن قلقًا حتى الآن. أمر الطبيب بإجراء اختبار الزرع والحساسية لاستبعاد العدوى البكتيرية للجرح ، وكانت النتائج سلبية لأي بكتيريا ممرضة محتملة.

تمرين ( PageIndex {1} )

  1. بناءً على هذه المعلومات ، ما هي الاختبارات الإضافية التي يجب إجراؤها على المريض؟
  2. ما نوع العلاج الذي يجب أن يوصي به الطبيب؟

على الرغم من صغر حجمها ، والذي منعها من رؤيتها بالمجاهر الضوئية ، فإن اكتشاف مكون قابل للترشيح أصغر من البكتيريا المسببة لمرض فسيفساء التبغ (TMD) يعود إلى عام 1892.1 في ذلك الوقت ، اكتشف عالم النبات الروسي ديمتري إيفانوفسكي مصدر اضطرابات المفصل الفكي الصدغي باستخدام جهاز ترشيح خزفي اخترعه لأول مرة تشارلز تشامبرلاند ولويس باستير في باريس عام 1884. لازالة جميع البكتيريا ≥0.2 ميكرومتر من أي سوائل تمر عبر الجهاز. تم الحصول على مستخلص من نباتات التبغ المصابة بـ TMD لتحديد سبب المرض. في البداية ، كان يُعتقد أن مصدر المرض هو جرثومي. لقد كان مفاجئًا للجميع عندما وجد إيفانوفسكي ، باستخدام مرشح تشامبرلاند ، أن سبب اضطرابات المفصل الفكي الصدغي لم تتم إزالته بعد تمرير المستخلص عبر مرشح الخزف. لذا إذا لم تكن البكتيريا هي سبب اضطرابات المفصل الفكي الصدغي ، فما الذي يمكن أن يسبب المرض؟ خلص إيفانوفسكي إلى أن سبب اضطرابات المفصل الفكي الصدغي يجب أن يكون بكتيريا صغيرة جدًا أو بوغات بكتيرية. واصل علماء آخرون ، بما في ذلك Martinus Beijerinck ، التحقيق في سبب TMD. كان Beijerinck ، في عام 1899 ، هو الذي خلص في النهاية إلى أن العامل المسبب لم يكن بكتيريا ، ولكن بدلاً من ذلك ، ربما كان مادة كيميائية ، مثل السم البيولوجي الذي يمكن أن نصفه اليوم بأنه سم. نتيجة لذلك ، الكلمة فايروس، اللاتينية للسم ، كانت تستخدم لوصف سبب اضطرابات المفصل الفكي الصدغي بعد سنوات قليلة من اكتشاف إيفانوفسكي الأولي. على الرغم من أنه لم يكن قادرًا على رؤية الفيروس الذي تسبب في اضطرابات المفصل الفكي الصدغي ، ولم يدرك أن السبب ليس بكتيريا ، يُنسب إلى إيفانوفسكي باعتباره المكتشف الأصلي للفيروسات ومؤسس مجال علم الفيروسات.

اليوم ، يمكننا رؤية الفيروسات باستخدام المجاهر الإلكترونية (الشكل ( PageIndex {1} )) ونعرف المزيد عنها. الفيروسات كيانات بيولوجية متميزة ؛ ومع ذلك ، فإن أصلهم التطوري لا يزال مسألة تكهنات. من حيث التصنيف ، لم يتم تضمينها في شجرة الحياة لأنها لا خلوية (لا تتكون من خلايا). من أجل البقاء والتكاثر ، يجب أن تصيب الفيروسات مضيفًا خلويًا ، مما يجعلها تلزم الطفيليات داخل الخلايا. يدخل جينوم الفيروس إلى الخلية المضيفة ويوجه إنتاج المكونات الفيروسية والبروتينات والأحماض النووية اللازمة لتكوين جزيئات فيروسية جديدة تسمى virions. يتم صنع فيريونات جديدة في الخلية المضيفة عن طريق تجميع المكونات الفيروسية. تنقل الفيروسات الجديدة الجينوم الفيروسي إلى خلية مضيفة أخرى لتنفيذ جولة أخرى من العدوى. يلخص الجدول ( PageIndex {1} ) خصائص الفيروسات.

الجدول ( PageIndex {1} ):خصائص الفيروسات.

خصائص الفيروسات
مسببات الأمراض المعدية لا خلوي
إلزام الطفيليات داخل الخلايا بخصوصية نوع الخلية المضيفة
جينوم الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي (لا كليهما أبدًا)
الجينوم محاط بقفيصة بروتينية ، وفي بعض الحالات ، غشاء فوسفوليبيد مرصع بالبروتينات السكرية الفيروسية
نقص الجينات للعديد من المنتجات اللازمة للتكاثر الناجح ، مما يتطلب استغلال جينومات الخلايا المضيفة للتكاثر

تمرين ( PageIndex {2} )

لماذا تم التعرف على الفيروس الأول الذي تم فحصه بشكل خاطئ على أنه مادة سامة؟

المضيفون والانتقال الفيروسي

من المعروف أن فيروسات مختلفة تصيب كل نوع من الخلايا المضيفة ، بما في ذلك النباتات والحيوانات والفطريات والطلائعيات والبكتيريا والعتائق. سيكون كل نوع من الفيروسات قادرًا فقط على إصابة خلايا نوع واحد أو عدد قليل من الكائنات الحية. هذا يسمى نطاق المضيف. ومع ذلك ، فإن امتلاك نطاق مضيف واسع ليس شائعًا ولن تصيب الفيروسات عادةً إلا مضيفين معينين وأنواع خلايا محددة فقط داخل تلك المضيفات. تسمى الفيروسات التي تصيب البكتيريا بالعاثيات ، أو ببساطة العاثيات. الكلمة فج يأتي من الكلمة اليونانية التي تعني التهام. يتم التعرف على الفيروسات الأخرى فقط من قبل المجموعة المضيفة ، مثل فيروسات الحيوانات أو النباتات. بمجرد إصابة الخلية ، يمكن أن تختلف آثار الفيروس اعتمادًا على نوع الفيروس. قد تسبب الفيروسات نموًا غير طبيعي للخلية أو موتها ، أو تغير جينوم الخلية ، أو تسبب تأثيرًا ملحوظًا ضئيلًا في الخلية.

يمكن للفيروسات أن تنتقل من خلال الاتصال المباشر ، أو الاتصال غير المباشر مع المواد الغذائية (الأجسام غير الحية مثل المقابض) ، أو من خلال ناقل: حيوان ينقل العامل الممرض من مضيف إلى آخر. مفصليات الأرجل مثل البعوض والقراد والذباب ، هي ناقلات نموذجية للأمراض الفيروسية ، وقد تعمل كناقلات ميكانيكية أو نواقل بيولوجية. يحدث الانتقال الميكانيكي عندما يحمل المفصليات مسببات الأمراض الفيروسية على السطح الخارجي لجسمه وينقله إلى مضيف جديد عن طريق الاتصال الجسدي. يحدث الانتقال البيولوجي عندما يحمل المفصليات العامل الممرض الفيروسي داخل جسمه وينقله إلى العائل الجديد من خلال العض أو سلوك مشابه.

لدى البشر مجموعة متنوعة من الفيروسات القادرة على التسبب في عدوى وأمراض مختلفة. تعد الفيروسات من أكثر مسببات الأمراض فتكًا في البشر ، ومع ذلك لدينا القليل من العلاجات أو الأدوية للتعامل مع الالتهابات الفيروسية ، مما يجعل القضاء عليها أمرًا صعبًا. يمكن للفيروسات التي يمكن أن تنتقل من مضيف حيواني إلى مضيف بشري أن تسبب الأمراض حيوانية المصدر. على سبيل المثال ، فيروس إنفلونزا الطيور ينشأ في الطيور ، لكنه يمكن أن يسبب المرض للإنسان. تنجم الأمراض الحيوانية المنشأ العكسية عن إصابة حيوان بفيروس نشأ في الإنسان.

محاربة البكتيريا بالفيروسات

أصبح ظهور الجراثيم الخارقة ، أو البكتيريا المقاومة للأدوية المتعددة ، تحديًا كبيرًا لشركات الأدوية ومشكلة خطيرة في مجال الرعاية الصحية. وفقًا لتقرير عام 2013 الصادر عن المراكز الأمريكية لمكافحة الأمراض والوقاية منها (CDC) ، يُصاب أكثر من مليوني شخص ببكتيريا مقاومة للأدوية في الولايات المتحدة سنويًا ، مما يؤدي إلى وفاة 23000 شخص على الأقل.2 من المرجح أن يؤدي الاستخدام المستمر والإفراط في استخدام المضادات الحيوية إلى تطور سلالات أكثر مقاومة للأدوية.

أحد الحلول المحتملة هو استخدام العلاج بالعاثيات ، وهو إجراء يستخدم الفيروسات القاتلة للبكتيريا (العاثيات) لعلاج الالتهابات البكتيرية. العلاج بالعاثيات ليس فكرة جديدة. يعود اكتشاف العاثيات إلى أوائل القرن العشرين ، واستخدم العلاج بالعاثيات لأول مرة في أوروبا في عام 1915 من قبل عالم البكتيريا الإنجليزي فريدريك تورت.3 ومع ذلك ، أدى الاكتشاف اللاحق للبنسلين والمضادات الحيوية الأخرى إلى التخلي تقريبًا عن هذا النوع من العلاج ، باستثناء الاتحاد السوفيتي السابق وعدد قليل من البلدان في أوروبا الشرقية. عاد الاهتمام بالعلاج بالعاثيات خارج دول الاتحاد السوفيتي السابق إلى الظهور مؤخرًا فقط بسبب ارتفاع البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية.4

يتميز العلاج بالعاثيات ببعض المزايا مقارنة بالمضادات الحيوية في أن العاثيات تقتل نوعًا واحدًا فقط من البكتيريا ، في حين أن المضادات الحيوية لا تقتل العامل الممرض فحسب ، بل البكتيريا المفيدة أيضًا للميكروبات الطبيعية. إن تطوير مضادات حيوية جديدة مكلف أيضًا لشركات الأدوية والمرضى ، خاصةً أولئك الذين يعيشون في البلدان التي ترتفع فيها معدلات الفقر.

كما تم استخدام العاثيات لمنع تلف الطعام. في عام 2006 ، وافقت إدارة الغذاء والدواء الأمريكية على استخدام محلول يحتوي على ست عاثيات يمكن رشها على لحوم الغداء مثل بولونيا ولحم الخنزير والديك الرومي لقتل الليسترية المستوحدة، وهي بكتيريا مسؤولة عن مرض الليستريات ، وهو شكل من أشكال التسمم الغذائي. ومع ذلك ، فإن بعض المستهلكين لديهم مخاوف بشأن استخدام العاثيات على الأطعمة ، خاصة بالنظر إلى تزايد شعبية المنتجات العضوية. يجب أن تعلن الأطعمة التي تم علاجها بالعاثيات "تحضير عاثيات البكتيريا" في قائمة المكونات أو تضمين ملصق يوضح أن اللحوم "تمت معالجتها بمحلول مضاد للميكروبات لتقليل الكائنات الحية الدقيقة".5

تمرين ( PageIndex {3} )

  1. لماذا لا يضطر البشر إلى القلق بشأن وجود العاثيات في طعامهم؟
  2. ما هي الطرق الثلاث التي يمكن أن تنتقل بها الفيروسات بين العوائل؟

الهياكل الفيروسية

بشكل عام ، تكون الفيروسات (الجزيئات الفيروسية) صغيرة ولا يمكن ملاحظتها باستخدام مجهر ضوئي عادي. وهي أصغر بكثير من الخلايا بدائية النواة وحقيقية النواة ؛ هذا تكيف يسمح للفيروسات بإصابة هذه الخلايا الأكبر حجمًا (انظر الشكل ( PageIndex {2} )). يمكن أن يتراوح حجم الفيروس من 20 نانومتر للفيروسات الصغيرة حتى 900 نانومتر للفيروسات الكبيرة النموذجية (انظر الشكل ( PageIndex {3} )). ومع ذلك ، فقد حددت الاكتشافات الحديثة أنواعًا فيروسية عملاقة جديدة ، مثل Pandoravirus salinus و Pithovirus sibericum، بأحجام تقترب من حجم الخلية البكتيرية.6

في عام 1935 ، بعد تطوير المجهر الإلكتروني ، كان ويندل ستانلي أول عالم يبلور بنية فيروس فسيفساء التبغ واكتشف أنه يتكون من الحمض النووي الريبي والبروتين. في عام 1943 ، عزل فيروس الأنفلونزا ب، مما ساهم في تطوير لقاح الأنفلونزا (الأنفلونزا). كشفت اكتشافات ستانلي عن لغز طبيعة الفيروسات التي كانت تحير العلماء لأكثر من 40 عامًا ، وأدت مساهماته في مجال علم الفيروسات إلى حصوله على جائزة نوبل في عام 1946.

نتيجة للبحث المستمر في طبيعة الفيروسات ، نعلم الآن أنها تتكون من حمض نووي (إما RNA أو DNA ، ولكن ليس كلاهما) محاطًا بغلاف بروتيني يسمى قفيصة (انظر الشكل ( PageIndex {4} )). لا يمتلئ الجزء الداخلي من الكابسيد بالعصارة الخلوية ، كما هو الحال في الخلية ، ولكنه بدلاً من ذلك يحتوي على الضروريات العارية من حيث الجينوم والإنزيمات اللازمة لتوجيه تخليق الفيروسات الجديدة. يتكون كل قفيصة من وحدات بروتينية فرعية تسمى capsomeres مصنوعة من نوع واحد أو أكثر من بروتينات القفيصة التي تتشابك لتشكل القفيصة المعبأة بشكل وثيق.

هناك نوعان من الفيروسات على أساس التكوين العام. تسمى الفيروسات المكونة من حمض نووي وقفيصة فقط بالفيروسات العارية أو الفيروسات غير المغلفة. تسمى الفيروسات التي تتكون من قفيصة مليئة بالحمض النووي محاطة بطبقة دهنية بالفيروسات المغلفة (انظر الشكل ( PageIndex {4} )). الغلاف الفيروسي عبارة عن جزء صغير من غشاء الفوسفوليبيد الذي تم الحصول عليه كبراعم فيريون من خلية مضيفة. قد يكون الغلاف الفيروسي إما داخل الخلايا أو حشويًا في الأصل.

تمتد إلى الخارج وبعيدًا عن القفيصة على الفيروسات العارية والفيروسات المغلفة هي هياكل بروتينية تسمى المسامير. في أطراف هذه المسامير ، توجد هياكل تسمح للفيروس بالالتصاق ودخول الخلية ، مثل طفرات هيماجلوتينين لفيروس الأنفلونزا (H) أو إنزيمات مثل طفرات فيروس الأنفلونزا النيورامينيداز (N) التي تسمح للفيروس بالانفصال عن سطح الخلية أثناء الافراج عن virions جديدة. غالبًا ما يتم التعرف على فيروسات الإنفلونزا من خلال طفرات H و N. على سبيل المثال ، كانت فيروسات الأنفلونزا H1N1 مسؤولة عن الأوبئة في عامي 1918 و 2009 ،7 H2N2 للوباء في عام 1957 ، و H3N2 للوباء في عام 1968.

تختلف الفيروسات في شكل قفيصتها ، والتي يمكن أن تكون إما حلزونية أو متعددة السطوح أو معقدة. تشكل القفيصة الحلزونية شكل فيروس فسيفساء التبغ (TMV) ، وهو فيروس حلزوني عاري ، وفيروس إيبولا ، وهو فيروس حلزوني مُغلف. القفيصة أسطوانية أو على شكل قضيب ، مع تركيب الجينوم داخل طول القفيصة. تشكل الكبسولات متعددة السطوح أشكال فيروس شلل الأطفال وفيروس الأنف ، وتتكون من حمض نووي محاط بقفيصة متعددة السطوح (متعددة الجوانب) على شكل عشري الوجوه. قفيصة عشرونية الوجوه عبارة عن هيكل ثلاثي الأبعاد مكون من عشرين جانبًا و ١٢ رأسًا. هذه الكبسولات تشبه إلى حد ما كرة القدم. يمكن أن يكون للفيروسات الحلزونية ومتعددة السطوح مغلفات. قد تحتوي الأشكال الفيروسية التي تظهر في أنواع معينة من العاثيات ، مثل T4 phage ، وفيروسات الجدري ، مثل فيروس اللقاح ، على ميزات كل من الفيروسات متعددة السطوح والفيروسات الحلزونية ، لذلك يتم وصفها على أنها شكل فيروسي معقد (انظر الشكل ( PageIndex {5} )). في شكل معقد العاثية ، يقع الجينوم داخل الرأس متعدد السطوح والغمد يربط الرأس بألياف الذيل ودبابيس الذيل التي تساعد الفيروس على الارتباط بالمستقبلات الموجودة على سطح الخلية المضيفة. غالبًا ما تكون فيروسات الجدري ذات الأشكال المعقدة على شكل قرميد ، مع خصائص سطح معقدة لا تُرى في الفئات الأخرى من القفيصة.

تمرين ( PageIndex {4} )

ما هي أنواع الفيروسات التي لها طفرات؟

تصنيف وتصنيف الفيروسات

على الرغم من عدم تصنيف الفيروسات في مجالات الحياة الثلاثة ، إلا أن أعدادها كبيرة بما يكفي لتتطلب التصنيف. منذ عام 1971 ، أوكل قسم علم الفيروسات في الاتحاد الدولي لجمعيات الأحياء الدقيقة مهمة تطوير وتنقية وصيانة تصنيف عالمي للفيروسات إلى اللجنة الدولية لتصنيف الفيروسات (ICTV). نظرًا لأن الفيروسات يمكن أن تتحول بسرعة كبيرة ، فقد يكون من الصعب تصنيفها إلى جنس ولسم نوع باستخدام نظام التسمية ذي الحدين. وبالتالي ، فإن نظام التسميات الفيروسية الخاص بـ ICTV يصنف الفيروسات إلى عائلات وأجناس بناءً على الوراثة الفيروسية والكيمياء والتشكل وآلية الضرب. حتى الآن ، صنف ICTV الفيروسات المعروفة في سبعة أوامر و 96 عائلة و 350 جنسًا. تنتهي أسماء العائلات الفيروسية بـ -viridae (على سبيل المثال ، بارفوفيريدي) وأسماء الجنس تنتهي بـ فايروس (على سبيل المثال ، بارفو). جميع أسماء الرتب الفيروسية والعائلات والأجناس مائلة. عند الإشارة إلى نوع فيروسي ، غالبًا ما نستخدم صفة جنس وأنواع مثل Pandoravirus dulcis أو Pandoravirus salinus. استكشف أحدث تصنيف للفيروسات على موقع ICTV الإلكتروني.

نظام تصنيف بالتيمور هو بديل لتسميات ICTV. يصنف نظام بالتيمور الفيروسات وفقًا لجينومها (DNA أو RNA ، مفردة مقابل مزدوجة تقطعت بهم السبل) وطريقة التكاثر. وهكذا ينتج هذا النظام سبع مجموعات من الفيروسات التي تشترك في علم الوراثة والبيولوجيا.

بصرف النظر عن الأنظمة الرسمية للتسميات ، غالبًا ما يتم تجميع الفيروسات بشكل غير رسمي في فئات بناءً على الكيمياء أو التشكل أو الخصائص الأخرى التي تشترك فيها. قد تشتمل الفئات على بنية عارية أو مغلفة ، أو جينومات أحادية الجديلة (ss) أو مزدوجة (ds) DNA أو ss أو ds RNA ، وجينومات مجزأة أو غير مقسمة ، وجينوم موجب (+) أو خيط سالب (-) RNA. على سبيل المثال ، يمكن تصنيف فيروسات الهربس على أنها فيروس dsDNA المغلف ؛ فيروس نقص المناعة البشرية (HIV) هو فيروس مغلف بـ + ssRNA ، وفيروس موزاييك التبغ هو فيروس + ssRNA. يمكن أيضًا استخدام خصائص أخرى مثل خصوصية المضيف وخصوصية الأنسجة وشكل القفيصة والجينات أو الإنزيمات الخاصة لوصف مجموعات من الفيروسات المماثلة. يسرد الجدول ( PageIndex {2} ) بعض الفيروسات الأكثر شيوعًا والتي تعد مسببات الأمراض البشرية حسب نوع الجينوم.

الجدول ( PageIndex {2} ): الفيروسات المسببة للأمراض الشائعة
الجينومأسرةمثال فيروسالمظاهر السريرية
dsDNA ، مغلفالجدريأورثوبوكسحطاطات جلدية ، بثرات ، آفات
الجدريفيروس بارابوكسالآفات الجلدية
الهربسفيروس سيمبليكسالقروح الباردة ، والهربس التناسلي ، والأمراض المنقولة جنسيا
dsDNA ، عاريةAdenoviridaeأدينوفيروسعدوى الجهاز التنفسي (نزلات البرد)
Papillomaviridaeفيروس الورم الحليميالثآليل التناسلية ، سرطان عنق الرحم ، الفرج ، أو سرطان المهبل
Reoviridaeريوفيروسالتهاب المعدة والأمعاء ، الإسهال الشديد (أنفلونزا المعدة)
ssDNA ، عاريةبارفوفيريديالفيروس المعتمد المرتبط بالغدية Aعدوى الجهاز التنفسي
بارفوفيريديالفيروس المعتمد على الغدية B المرتبطعدوى الجهاز التنفسي
دسرنا ، عاريةReoviridaeفيروس الروتاالتهاب المعدة والأمعاء
+ ssRNA ، عاريةPicornaviridaeالفيروس المعوي سيشلل الأطفال
Picornaviridaeفيروسات الأنفعدوى الجهاز التنفسي العلوي (نزلات البرد)
Picornaviridaeفيروس الكبدالتهاب الكبد
+ ssRNA ، مغلفتوجافيريديفيروس ألفاالتهاب الدماغ والحمى النزفية
توجافيريديروبيفيروسالحصبة الألمانية
RetroviridaeLentivirusمتلازمة نقص المناعة المكتسب (الإيدز)
−ssRNA ، مغلفFiloviridaeفيروس زائير إيبولاالحمى النزفية
Orthomyxoviridaeفيروس إنفلوانزا أ ، ب ، جأنفلونزا
Rhabdoviridaeفيروس ليسساداء الكلب

تمرين ( PageIndex {5} )

ما هي أنواع جينومات الفيروس؟

تصنيف الأمراض الفيروسية

بينما تم تكليف ICTV بالتصنيف البيولوجي للفيروسات ، فقد لعب أيضًا دورًا مهمًا في تصنيف الأمراض التي تسببها الفيروسات. لتسهيل تتبع الأمراض البشرية المتعلقة بالفيروسات ، أنشأ ICTV تصنيفات مرتبطة بالتصنيف الدولي للأمراض (ICD) ، وهو التصنيف القياسي للأمراض الذي يتم الحفاظ عليه وتحديثه من قبل منظمة الصحة العالمية (WHO). يخصص التصنيف الدولي للأمراض رمزًا أبجديًا رقميًا يصل إلى ستة أحرف لكل نوع من أنواع العدوى الفيروسية ، بالإضافة إلى جميع الأنواع الأخرى من الأمراض والحالات الطبية وأسباب الوفاة. يُستخدم رمز التصنيف الدولي للأمراض هذا جنبًا إلى جنب مع نظامي تشفير آخرين (المصطلحات الإجرائية الحالية ونظام ترميز الإجراءات العامة للرعاية الصحية) لتصنيف حالات المريض للعلاج وسداد تكاليف التأمين.

على سبيل المثال ، عندما يبحث المريض عن علاج لعدوى فيروسية ، يستخدم الأطباء رموز التصنيف الدولي للأمراض بشكل روتيني لطلب الاختبارات المعملية ووصف العلاجات الخاصة بالفيروس المشتبه في تسببه في المرض. ثم يتم استخدام رمز التصنيف الدولي للأمراض هذا بواسطة المختبرات الطبية لتحديد الاختبارات التي يجب إجراؤها لتأكيد التشخيص. يستخدم نظام إدارة الرعاية الصحية رمز التصنيف الدولي للأمراض للتحقق من أن جميع العلاجات والأعمال المخبرية التي يتم إجراؤها مناسبة للفيروس المحدد. يستخدم المبرمجون الطبيون رموز التصنيف الدولي للأمراض لتعيين الكود المناسب للإجراءات التي يتم إجراؤها ، ويستخدم القائمون على الفواتير الطبية بدورهم هذه المعلومات لمعالجة المطالبات الخاصة بالسداد من قبل شركات التأمين. يستخدم حافظو السجلات الحيوية رموز التصنيف الدولي للأمراض لتسجيل سبب الوفاة في شهادات الوفاة ، واستخدم علماء الأوبئة رموز التصنيف الدولي للأمراض لحساب إحصاءات المراضة والوفيات.

تمرين ( PageIndex {6} )

حدد موقعين من المحتمل أن تجد فيهما رمز ICD.

ملخص

  • عادة ما تكون الفيروسات فائقة المجهر ، وعادة ما يتراوح طولها من 20 نانومتر إلى 900 نانومتر. تم العثور على بعض الفيروسات الكبيرة.
  • فيريونس هي لا خلوية وتتكون من حمض نووي أو DNA أو RNA ، ولكن ليس كلاهما ، محاطان ببروتين قفيصة. قد يكون هناك أيضًا غشاء فسفوليبيد يحيط بالقفيصة.
  • الفيروسات تلزم الطفيليات داخل الخلايا.
  • من المعروف أن الفيروسات تصيب أنواعًا مختلفة من الخلايا الموجودة في النباتات والحيوانات والفطريات والطلائعيات والبكتيريا والعتائق. عادة ما تكون الفيروسات محدودة نطاقات المضيف وتصيب أنواعًا معينة من الخلايا.
  • قد يكون للفيروسات حلزوني, متعدد السطوح، أو مركب الأشكال.
  • يعتمد تصنيف الفيروسات على التشكل ونوع الحمض النووي ونطاق المضيف وخصوصية الخلية والإنزيمات المحمولة داخل الفيريون.
  • مثل الأمراض الأخرى ، يتم تصنيف الأمراض الفيروسية باستخدام رموز التصنيف الدولي للأمراض.

الحواشي

  1. H. ليكوك. "[اكتشاف الفيروس الأول ، فيروس موزاييك التبغ: 1892 أو 1898؟]." Comptes Rendus de l’Academie des Sciences - Serie III - Sciences de la Vie 324 ، لا. 10 (2001): 929-933.
  2. وزارة الصحة والخدمات الإنسانية الأمريكية ، مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها. "تهديدات مقاومة المضادات الحيوية في الولايات المتحدة ، 2013." www.cdc.gov/drugresistance/pd...s-2013-508.pdf (تم الاطلاع في 22 سبتمبر / أيلول 2015).
  3. إم كلوكي وآخرون. "العاثيات في الطبيعة." الجراثيم 1 ، لا. 1 (2011): 31-45.
  4. A. Sulakvelidze وآخرون. "علاج الجراثيم." عوامل مضادات الميكروبات والعلاج الكيميائي 45 ، لا. 3 (2001): 649-659.
  5. الادارة الامريكية للطعام والمخدرات. "موافقة ادارة الاغذية والعقاقير الليستيريا- تحضير البكتيريا الخاصة على منتجات اللحوم والدواجن الجاهزة للأكل. " www.fda.gov/food/ingredientsp.../ucm083572.htm (تم الوصول إليه في 22 سبتمبر 2015).
  6. ن. فيليب وآخرون. "فيروسات باندورا: فيروسات الأميبا بجينوم يصل حجمها إلى 2.5 ميجا بايت تصل إلى نظيرات حقيقيات النوى الطفيلية." العلوم 341 ، لا. 6143 (2013): 281-286.
  7. كوهين. "ما هو القديم هو الجديد: 1918 Virus Matches 2009 H1N1 Strain. علم 327 ، لا. 5973 (2010): 1563-1564.

مساهم

  • نينا باركر (جامعة شيناندواه) ومارك شنيغورت (جامعة ولاية ويتشيتا) وآنه-هيو ثي تو (جامعة ولاية جورجيا الجنوبية الغربية) وفيليب ليستر (كلية وسط نيو مكسيكو المجتمعية) وبريان إم فورستر (جامعة سانت جوزيف) مع العديد المؤلفين المساهمين. المحتوى الأصلي عبر Openstax (CC BY 4.0 ؛ الوصول مجانًا على https://openstax.org/books/microbiology/pages/1-introduction)


9.1: الفيروسات - علم الأحياء

يتم توفير جميع المقالات المنشورة بواسطة MDPI على الفور في جميع أنحاء العالم بموجب ترخيص وصول مفتوح. لا يلزم الحصول على إذن خاص لإعادة استخدام كل أو جزء من المقالة المنشورة بواسطة MDPI ، بما في ذلك الأشكال والجداول. بالنسبة للمقالات المنشورة بموجب ترخيص Creative Common CC BY ذي الوصول المفتوح ، يمكن إعادة استخدام أي جزء من المقالة دون إذن بشرط الاستشهاد بالمقال الأصلي بوضوح.

تمثل الأوراق الرئيسية أكثر الأبحاث تقدمًا مع إمكانات كبيرة للتأثير الكبير في هذا المجال. يتم تقديم الأوراق الرئيسية بناءً على دعوة فردية أو توصية من قبل المحررين العلميين وتخضع لمراجعة الأقران قبل النشر.

يمكن أن تكون ورقة الميزات إما مقالة بحثية أصلية ، أو دراسة بحثية جديدة جوهرية غالبًا ما تتضمن العديد من التقنيات أو المناهج ، أو ورقة مراجعة شاملة مع تحديثات موجزة ودقيقة عن آخر التقدم في المجال الذي يراجع بشكل منهجي التطورات الأكثر إثارة في العلم. المؤلفات. يوفر هذا النوع من الأوراق نظرة عامة على الاتجاهات المستقبلية للبحث أو التطبيقات الممكنة.

تستند مقالات اختيار المحرر على توصيات المحررين العلميين لمجلات MDPI من جميع أنحاء العالم. يختار المحررون عددًا صغيرًا من المقالات المنشورة مؤخرًا في المجلة ويعتقدون أنها ستكون مثيرة للاهتمام بشكل خاص للمؤلفين أو مهمة في هذا المجال. الهدف هو تقديم لمحة سريعة عن بعض الأعمال الأكثر إثارة المنشورة في مجالات البحث المختلفة بالمجلة.


9.1 جزيئات الإشارات والمستقبلات الخلوية

في هذا القسم سوف تستكشف الأسئلة التالية:

  • ما هي أنواع الإشارات الأربعة الموجودة في الكائنات متعددة الخلايا؟
  • ما هي الاختلافات بين المستقبلات الداخلية ومستقبلات سطح الخلية؟
  • ما العلاقة بين هيكل الترابط وآلية عمله؟

اتصال لدورات AP ®

تمامًا مثلما تتواصل مع زملائك في الفصل وجهًا لوجه ، باستخدام هاتفك ، أو عبر البريد الإلكتروني ، تتواصل الخلايا مع بعضها البعض عن طريق الإشارات بين الخلايا وداخلها. تكتشف الخلايا التغييرات في البيئة وتستجيب لها باستخدام مسارات الإشارات. تمكّن مسارات الإشارات الكائنات الحية من تنسيق الأنشطة الخلوية وعمليات التمثيل الغذائي. يمكن أن تسبب الأخطاء في هذه المسارات المرض. تفرز خلايا الإشارة جزيئات تسمى الروابط التي ترتبط بالخلايا المستهدفة وتبدأ سلسلة من الأحداث داخل الخلية المستهدفة. على سبيل المثال ، عندما يتم إطلاق الإبينفرين ، مرتبطًا بالخلايا المستهدفة ، تستجيب هذه الخلايا عن طريق تحويل الجليكوجين إلى جلوكوز. يمكن أن يحدث الاتصال الخلوي عبر مسافات قصيرة. على سبيل المثال ، يتم إطلاق الناقلات العصبية عبر المشبك لنقل الرسائل بين الخلايا العصبية (الشكل 26.15). تسمح تقاطعات الفجوة و plasmodesmata للجزيئات الصغيرة ، بما في ذلك جزيئات الإشارة ، بالتدفق بين الخلايا المجاورة. يمكن أن يحدث الاتصال الخلوي أيضًا عبر مسافات طويلة باستخدام. على سبيل المثال ، تنتقل الهرمونات المنبعثة من خلايا الغدد الصماء إلى الخلايا المستهدفة في أجهزة الجسم المتعددة. كيف يمكن لليجند مثل هرمون ينتقل عبر مجرى الدم أن "يعرف" عندما يصل إلى العضو المستهدف لبدء الاستجابة الخلوية؟ تشتمل جميع مسارات إشارات الخلايا تقريبًا على ثلاث مراحل: الاستقبال ونقل الإشارة والاستجابة الخلوية.

تبدأ مسارات الإشارات الخلوية عندما يرتبط الارتباط بمستقبل ، وهو بروتين مضمن في غشاء البلازما للخلية المستهدفة أو موجود في سيتوبلازم الخلية. المستقبلات محددة للغاية ، ويتم التعرف على كل يجند بواسطة واحد مختلف. هذه المرحلة من المسار تسمى الاستقبال. تنتشر الجزيئات غير القطبية ، مثل الستيرويدات ، عبر غشاء الخلية وترتبط بالمستقبلات الداخلية. في المقابل ، ينتقل مركب مستقبلات ليجند إلى النواة ويتفاعل مع الحمض النووي الخلوي. هذا يغير كيفية التعبير عن الجين. من ناحية أخرى ، تتفاعل الروابط القطبية مع بروتين مستقبلات الغشاء. تعمل بعض مستقبلات الغشاء عن طريق تغيير الشكل بحيث يمكن لأيونات معينة ، مثل Na و K + ، أن تمر عبر غشاء البلازما. تتفاعل مستقبلات غشائية أخرى مع بروتين G على الجانب السيتوبلازمي من غشاء البلازما ، مما يسبب سلسلة من التفاعلات داخل الخلية. ترتبط الاضطرابات في هذه العملية بالعديد من الأمراض ، بما في ذلك الكوليرا.

من المهم أن تضع في اعتبارك أن لكل خلية مجموعة متنوعة من المستقبلات ، مما يسمح لها بالاستجابة لمجموعة متنوعة من المحفزات. يمكن لبعض المستقبلات أن تربط عدة روابط مختلفة مثل جزيئات / مستقبلات الرائحة المرتبطة بحاسة الشم عند الحيوانات. بمجرد أن يتفاعل جزيء الإشارة والمستقبل ، فإن سلسلة من الأحداث تسمى تحويل الإشارة عادةً ما تضخم الإشارة داخل الخلية.

يدعم المحتوى المقدم في هذا القسم أهداف التعلم الموضحة في الفكرة الكبيرة 3 من إطار منهج علم الأحياء AP ® المدرج. تدمج أهداف التعلم AP ® محتوى المعرفة الأساسية مع واحد أو أكثر من الممارسات العلمية السبعة. توفر هذه الأهداف أساسًا شفافًا لدورة AP ® Biology ، جنبًا إلى جنب مع التجارب المعملية القائمة على الاستفسار والأنشطة التعليمية وأسئلة اختبار AP ®.

فكرة كبيرة 3 تقوم الأنظمة الحية بتخزين المعلومات الأساسية لعمليات الحياة واستردادها ونقلها والاستجابة لها.
التفاهم الدائم 3. د تتواصل الخلايا عن طريق توليد ونقل واستقبال إشارات كيميائية.
المعرفة الأساسية 3.D.3 تربط مسارات تحويل الإشارة استقبال الإشارة بالاستجابة الخلوية.
ممارسة العلوم 6.2 يمكن للطالب بناء تفسيرات للظواهر بناءً على الأدلة المنتجة من خلال الممارسات العلمية.
هدف التعلم 3.34 الطالب قادر على بناء تفسيرات للاتصال الخلوي من خلال الاتصال المباشر من خلية إلى خلية أو من خلال الإشارات الكيميائية.
المعرفة الأساسية 3.D.3 تربط مسارات تحويل الإشارة استقبال الإشارة بالاستجابة الخلوية.
ممارسة العلوم 1.1 يمكن للطالب إنشاء تمثيلات ونماذج للظواهر والأنظمة الطبيعية أو من صنع الإنسان في المجال.
هدف التعلم 3.35 يستطيع الطالب إنشاء تمثيلات تصور كيفية حدوث الاتصال من خلية إلى أخرى عن طريق الاتصال المباشر أو من مسافة عبر الإشارات الكيميائية.

تحتوي أسئلة تحدي ممارسة العلوم على أسئلة اختبار إضافية لهذا القسم والتي ستساعدك على التحضير لامتحان AP. تتناول هذه الأسئلة المعايير التالية:
[APLO 3.33] [APLO 3.36]

هناك نوعان من الاتصالات في عالم الخلايا الحية. الاتصال بين الخلايا يسمى الإشارات بين الخلايا ، والاتصال داخل الخلية يسمى الإشارات داخل الخلايا. طريقة سهلة لتذكر التمييز هي من خلال فهم الأصل اللاتيني للبادئات: الوسيلة الوسيطة "بين" (على سبيل المثال ، الخطوط المتقاطعة هي تلك التي تتقاطع مع بعضها البعض) والداخلية "داخل" (مثل الوريد).

يتم إطلاق الإشارات الكيميائية من خلال إشارات الخلايا في شكل جزيئات صغيرة متطايرة أو قابلة للذوبان تسمى الروابط. الترابط هو جزيء يربط جزيءًا محددًا آخر ، في بعض الحالات ، يقدم إشارة في العملية. وبالتالي يمكن اعتبار الترابطات على أنها جزيئات إشارات. تتفاعل الروابط مع البروتينات في الخلايا المستهدفة ، وهي خلايا تتأثر بالإشارات الكيميائية وتسمى هذه البروتينات أيضًا بالمستقبلات. توجد الروابط والمستقبلات في العديد من الأصناف ، ومع ذلك ، سيكون لرابط معين مستقبل محدد يرتبط عادةً فقط بهذا الترابط.

أشكال التشوير

توجد أربع فئات من الإشارات الكيميائية الموجودة في الكائنات متعددة الخلايا: إشارات paracrine ، وإشارات الغدد الصماء ، وإشارات autocrine ، والإشارات المباشرة عبر تقاطعات الفجوة (الشكل 9.2). يتمثل الاختلاف الرئيسي بين الفئات المختلفة للإشارة في المسافة التي تقطعها الإشارة عبر الكائن الحي للوصول إلى الخلية المستهدفة. لا تتأثر جميع الخلايا بنفس الإشارات.

تشوير Paracrine

تسمى الإشارات التي تعمل محليًا بين الخلايا القريبة من بعضها بإشارات paracrine. تتحرك إشارات Paracrine عن طريق الانتشار عبر المصفوفة خارج الخلية. عادةً ما تثير هذه الأنواع من الإشارات استجابات سريعة لا تدوم سوى فترة زمنية قصيرة. من أجل الحفاظ على الاستجابة موضعية ، عادة ما تتحلل جزيئات باراكرين يجند بسرعة بواسطة الإنزيمات أو إزالتها بواسطة الخلايا المجاورة. ستؤدي إزالة الإشارات إلى إعادة إنشاء تدرج التركيز للإشارة ، مما يسمح لها بالانتشار بسرعة عبر الفضاء داخل الخلايا إذا تم إطلاقها مرة أخرى.

أحد الأمثلة على إشارات paracrine هو نقل الإشارات عبر المشابك بين الخلايا العصبية. تتكون الخلية العصبية من جسم الخلية ، وعدة امتدادات قصيرة ومتفرعة تسمى التشعبات التي تستقبل المنبهات ، وامتداد طويل يسمى المحور العصبي ، والذي ينقل الإشارات إلى الخلايا العصبية أو الخلايا العضلية الأخرى. يُطلق على التقاطع بين الخلايا العصبية حيث يحدث إرسال الإشارات اسم المشبك. الإشارة المتشابكة هي إشارة كيميائية تنتقل بين الخلايا العصبية. تنتشر الإشارات داخل الخلايا العصبية بواسطة نبضات كهربائية سريعة الحركة. عندما تصل هذه النبضات إلى نهاية المحور العصبي ، تستمر الإشارة إلى تغصن الخلية التالية عن طريق إطلاق روابط كيميائية تسمى الناقلات العصبية بواسطة الخلية قبل المشبكية (الخلية التي تنبعث منها الإشارة). يتم نقل الناقلات العصبية عبر مسافات صغيرة جدًا بين الخلايا العصبية ، والتي تسمى المشابك الكيميائية (الشكل 9.3). المسافة الصغيرة بين الخلايا العصبية تسمح للإشارة بالانتقال بسرعة مما يتيح استجابة فورية ، مثل ارفع يدك عن الموقد!

عندما يربط الناقل العصبي المستقبل على سطح الخلية ما بعد المشبكي ، يتغير الجهد الكهروكيميائي للخلية المستهدفة ، ويتم إطلاق الدافع الكهربائي التالي. تتحلل النواقل العصبية التي يتم إطلاقها في المشبك الكيميائي بسرعة أو يتم امتصاصها من قبل الخلية قبل المشبكية بحيث يمكن للخلية العصبية المتلقية التعافي بسرعة والاستعداد للاستجابة بسرعة للإشارة المشبكية التالية.

إشارات الغدد الصماء

تسمى الإشارات من الخلايا البعيدة إشارات الغدد الصماء ، وتنشأ من خلايا الغدد الصماء. (في الجسم ، توجد العديد من خلايا الغدد الصماء في الغدد الصماء ، مثل الغدة الدرقية ، وما تحت المهاد ، والغدة النخامية.) عادةً ما تنتج هذه الأنواع من الإشارات استجابة أبطأ ولكن لها تأثير طويل الأمد. تسمى الروابط التي يتم إطلاقها في إشارات الغدد الصماء بالهرمونات ، والتي تشير إلى الجزيئات التي يتم إنتاجها في جزء واحد من الجسم ولكنها تؤثر على مناطق الجسم الأخرى على بعد مسافة ما.

تنتقل الهرمونات لمسافات كبيرة بين خلايا الغدد الصماء وخلاياها المستهدفة عبر مجرى الدم ، وهي طريقة بطيئة نسبيًا للتنقل في جميع أنحاء الجسم. بسبب شكل نقلها ، يتم تخفيف الهرمونات وتوجد بتركيزات منخفضة عندما تعمل على الخلايا المستهدفة. هذا يختلف عن إشارات paracrine ، حيث يمكن أن تكون التركيزات المحلية من الروابط عالية جدًا.

التشوير الأوتوقراطي

يتم إنتاج إشارات الأوتوكرين عن طريق إشارات الخلايا التي يمكنها أيضًا الارتباط بالرابط الذي يتم إطلاقه. هذا يعني أن خلية الإشارة والخلية المستهدفة يمكن أن تكون متطابقة أو خلية متشابهة (البادئة تلقاءي- تعني الذات ، تذكير بأن خلية الإشارة ترسل إشارة إلى نفسها). غالبًا ما يحدث هذا النوع من الإشارات أثناء التطور المبكر للكائن الحي للتأكد من أن الخلايا تتطور إلى الأنسجة الصحيحة وتؤدي الوظيفة المناسبة. كما تنظم إشارات الأوتوكرين الإحساس بالألم والاستجابات الالتهابية. علاوة على ذلك ، إذا كانت الخلية مصابة بفيروس ، يمكن للخلية أن ترسل إشارات لنفسها للخضوع لموت الخلية المبرمج ، مما يؤدي إلى قتل الفيروس في هذه العملية. في بعض الحالات ، تتأثر الخلايا المجاورة من نفس النوع أيضًا بالرابط المحرر. في التطور الجنيني ، قد تساعد عملية تحفيز مجموعة من الخلايا المجاورة على توجيه تمايز الخلايا المتطابقة إلى نفس نوع الخلية ، وبالتالي ضمان النتيجة التنموية المناسبة.

الإشارات المباشرة عبر تقاطعات الفجوة

تقاطعات الفجوات في الحيوانات و plasmodesmata في النباتات هي وصلات بين أغشية البلازما للخلايا المجاورة. تسمح هذه القنوات المملوءة بالسوائل لجزيئات الإشارات الصغيرة ، التي تسمى الوسطاء داخل الخلايا ، بالانتشار بين الخليتين. يمكن للجزيئات الصغيرة ، مثل أيونات الكالسيوم (Ca 2+) ، أن تنتقل بين الخلايا ، لكن الجزيئات الكبيرة مثل البروتينات والحمض النووي لا يمكنها المرور عبر القنوات. تضمن خصوصية القنوات أن تظل الخلايا مستقلة ولكن يمكنها نقل الإشارات بسرعة وسهولة. يعمل نقل جزيئات الإشارة على توصيل الحالة الحالية للخلية المجاورة مباشرة للخلية المستهدفة ، مما يسمح لمجموعة من الخلايا بتنسيق استجابتها للإشارة التي ربما تلقت إحداها فقط. في النباتات ، تنتشر plasmodesmata في كل مكان ، مما يجعل النبات بأكمله في شبكة اتصالات عملاقة.

أنواع المستقبلات

المستقبلات هي جزيئات بروتينية في الخلية المستهدفة أو على سطحها والتي تربط الترابط. هناك نوعان من المستقبلات ، المستقبلات الداخلية ومستقبلات سطح الخلية.

المستقبلات الداخلية

تم العثور على المستقبلات الداخلية ، والمعروفة أيضًا باسم المستقبلات داخل الخلايا أو السيتوبلازم ، في سيتوبلازم الخلية وتستجيب لجزيئات الربيطة الكارهة للماء القادرة على السفر عبر غشاء البلازما. بمجرد دخول الخلية ، يرتبط العديد من هذه الجزيئات بالبروتينات التي تعمل كمنظمين لتخليق الرنا المرسال (النسخ) للتوسط في التعبير الجيني. التعبير الجيني هو العملية الخلوية لتحويل المعلومات الموجودة في الحمض النووي للخلية إلى سلسلة من الأحماض الأمينية ، والتي تشكل في النهاية بروتينًا. عندما يرتبط الترابط بالمستقبل الداخلي ، يتم تشغيل تغيير توافقي يكشف موقع ارتباط الحمض النووي على البروتين. ينتقل مركب مستقبلات اللجند إلى النواة ، ثم يرتبط بمناطق تنظيمية محددة للحمض النووي الصبغي ويعزز بدء النسخ (الشكل 9.4). النسخ هو عملية نسخ المعلومات الموجودة في الحمض النووي للخلايا إلى شكل خاص من الحمض النووي الريبي يسمى messenger RNA (mRNA) تستخدم الخلية المعلومات الموجودة في mRNA (التي تنتقل إلى السيتوبلازم وترتبط بالريبوسومات) لربط الأحماض الأمينية المحددة في الترتيب الصحيح ، إنتاج البروتين. يمكن للمستقبلات الداخلية أن تؤثر بشكل مباشر على التعبير الجيني دون الحاجة إلى تمرير الإشارة إلى مستقبلات أو رسل أخرى.

مستقبلات سطح الخلية

مستقبلات سطح الخلية ، والمعروفة أيضًا باسم مستقبلات الغشاء ، هي عبارة عن بروتينات (متكاملة) على سطح الخلية ترتبط بجزيئات الترابط الخارجي. يمتد هذا النوع من المستقبلات عبر غشاء البلازما ويقوم بنقل الإشارة ، حيث يتم تحويل الإشارة خارج الخلية إلى إشارة داخل الخلايا. لا يتعين على الروابط التي تتفاعل مع مستقبلات سطح الخلية أن تدخل الخلية التي تؤثر عليها. تسمى مستقبلات سطح الخلية أيضًا بالبروتينات أو الواسمات الخاصة بالخلية لأنها خاصة بأنواع الخلايا الفردية.

نظرًا لأن بروتينات مستقبلات سطح الخلية أساسية لعمل الخلية الطبيعي ، فلا ينبغي أن يكون مفاجئًا أن خللًا في أي من هذه البروتينات يمكن أن يكون له عواقب وخيمة. ثبت أن الأخطاء في الهياكل البروتينية لجزيئات مستقبلات معينة تلعب دورًا في ارتفاع ضغط الدم (ارتفاع ضغط الدم) والربو وأمراض القلب والسرطان.

يحتوي كل مستقبل على سطح الخلية على ثلاثة مكونات رئيسية: مجال ربط ليجند خارجي ، ومنطقة تمتد غشاء كاره للماء ، ومجال داخل الخلية داخل الخلية. يُطلق على مجال ربط الترابط أيضًا اسم المجال خارج الخلية. يختلف حجم ومدى كل من هذه المجالات بشكل كبير ، اعتمادًا على نوع المستقبلات.

اتصال التطور

كيف تتعرف الفيروسات على المضيف

على عكس الخلايا الحية ، لا تحتوي العديد من الفيروسات على غشاء بلازما أو أي من الهياكل الضرورية لاستمرار الحياة. تتكون بعض الفيروسات ببساطة من غلاف بروتين خامل يحتوي على DNA أو RNA. للتكاثر ، يجب أن تغزو الفيروسات خلية حية ، تعمل كمضيف ، ثم تستولي على الجهاز الخلوي للمضيف. لكن كيف يتعرف الفيروس على مضيفه؟

غالبًا ما ترتبط الفيروسات بمستقبلات سطح الخلية في الخلية المضيفة. على سبيل المثال ، يرتبط الفيروس المسبب للأنفلونزا البشرية (الأنفلونزا) بشكل خاص بمستقبلات على أغشية خلايا الجهاز التنفسي. الاختلافات الكيميائية في مستقبلات سطح الخلية بين المضيفين تعني أن الفيروس الذي يصيب نوعًا معينًا (على سبيل المثال ، البشر) لا يمكن أن يصيب أنواعًا أخرى (على سبيل المثال ، الدجاج).

ومع ذلك ، تحتوي الفيروسات على كميات صغيرة جدًا من الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي مقارنة بالبشر ، ونتيجة لذلك ، يمكن أن يحدث التكاثر الفيروسي بسرعة. ينتج عن التكاثر الفيروسي دائمًا أخطاء يمكن أن تؤدي إلى تغييرات في الفيروسات المنتجة حديثًا ، وتعني هذه التغييرات أن البروتينات الفيروسية التي تتفاعل مع مستقبلات سطح الخلية قد تتطور بطريقة يمكنها من الارتباط بمستقبلات في مضيف جديد. تحدث مثل هذه التغييرات بشكل عشوائي وفي كثير من الأحيان في الدورة التكاثرية للفيروس ، ولكن التغييرات مهمة فقط إذا كان الفيروس ذو خصائص الارتباط الجديدة يتلامس مع مضيف مناسب. في حالة الإنفلونزا ، يمكن أن يحدث هذا الموقف في الأماكن التي يكون فيها الحيوانات والأشخاص على اتصال وثيق ، مثل مزارع الدواجن والخنازير. 1 بمجرد أن ينتقل الفيروس إلى مضيف جديد ، يمكن أن ينتشر بسرعة. يراقب العلماء الفيروسات التي تظهر حديثًا (تسمى الفيروسات الناشئة) عن كثب على أمل أن تقلل هذه المراقبة من احتمالية انتشار الأوبئة الفيروسية العالمية.

  1. يجب أن يصيب الفيروس حيوانين مختلفين على الأقل قبل أن يصيب البشر.
  2. يجب أن يتلامس الفيروس مع مضيف جديد حتى تحدث الطفرات التي تسمح للفيروس بالالتزام بهذا المضيف.
  3. يجب أن تحدث طفرة في المضيف تسمح للفيروس بالالتزام بالمضيف.
  4. يجب أن تحدث طفرة في الفيروس تسمح للفيروس بإصابة مضيف جديد ، ويجب أن يتلامس الفيروس مع هذا المضيف.

تشارك مستقبلات سطح الخلية في معظم الإشارات في الكائنات متعددة الخلايا. هناك ثلاث فئات عامة من مستقبلات سطح الخلية: المستقبلات المرتبطة بقناة الأيونات ، والمستقبلات المرتبطة بالبروتين G ، والمستقبلات المرتبطة بالإنزيم.

تربط المستقبلات المرتبطة بقناة الأيونات الرابطة الرابطة وتفتح قناة عبر الغشاء تسمح بمرور أيونات معينة. لتشكيل قناة ، يحتوي هذا النوع من مستقبلات سطح الخلية على منطقة ممتدة من الغشاء. من أجل التفاعل مع ذيول الأحماض الدهنية الفسفورية التي تشكل مركز غشاء البلازما ، فإن العديد من الأحماض الأمينية في المنطقة الممتدة للغشاء تكون بطبيعتها كارهة للماء. على العكس من ذلك ، فإن الأحماض الأمينية التي تبطن القناة من الداخل تكون محبة للماء للسماح بمرور الماء أو الأيونات. عندما يرتبط الترابط بالمنطقة خارج الخلية للقناة ، يحدث تغيير تكوين في بنية البروتينات التي تسمح بمرور الأيونات مثل الصوديوم والكالسيوم والمغنيسيوم والهيدروجين (الشكل 9.5).

ترتبط المستقبلات المرتبطة ببروتين G بالرابط وتنشط بروتينًا غشائيًا يسمى G-protein. ثم يتفاعل البروتين G المنشط مع قناة أيونية أو إنزيم في الغشاء (الشكل 9.6). تحتوي جميع المستقبلات المرتبطة ببروتين G على سبعة مجالات عبر الغشاء ، ولكن لكل مستقبل مجاله خارج الخلية وموقع ربط بروتين G.

تحدث إشارات الخلية باستخدام مستقبلات مرتبطة ببروتين G كسلسلة دورية من الأحداث. قبل أن يرتبط اللاجند ، يمكن للبروتين G غير النشط أن يرتبط بموقع تم الكشف عنه حديثًا على المستقبل المحدد لارتباطه. بمجرد أن يرتبط البروتين G بالمستقبل ، فإن التغيير الناتج في الشكل ينشط البروتين G ، الذي يطلق الناتج المحلي الإجمالي ويلتقط GTP. ثم انقسمت الوحدات الفرعية للبروتين G إلى α الوحدة الفرعية و βγ الوحدة الفرعية. قد يكون أحد شظايا البروتين G أو كليهما قادرًا على تنشيط بروتينات أخرى نتيجة لذلك. بعد فترة وجيزة ، يتم تشغيل GTP على ملف α يتم تحلل الوحدة الفرعية للبروتين G إلى الناتج المحلي الإجمالي و βγ تم إلغاء تنشيط الوحدة الفرعية. تعيد الوحدات الفرعية الارتباط لتشكيل بروتين G غير النشط وتبدأ الدورة من جديد.

تمت دراسة المستقبلات المرتبطة بالبروتين G على نطاق واسع وتم تعلم الكثير عن أدوارها في الحفاظ على الصحة. يمكن للبكتيريا المسببة للأمراض للإنسان أن تطلق السموم التي تعطل وظيفة مستقبلات محددة مرتبطة ببروتين G ، مما يؤدي إلى أمراض مثل السعال الديكي والتسمم الغذائي والكوليرا. في الكوليرا (الشكل 9.7) ، على سبيل المثال ، البكتيريا التي تنقلها المياه ضمة الكوليرا ينتج مادة سامة ، كوليراجين ، والتي ترتبط بالخلايا المبطنة للأمعاء الدقيقة. يدخل السم بعد ذلك إلى هذه الخلايا المعوية ، حيث يقوم بتعديل بروتين G الذي يتحكم في فتح قناة الكلوريد ويؤدي إلى استمرار نشاطها ، مما يؤدي إلى فقدان كميات كبيرة من السوائل من الجسم وبالتالي حدوث جفاف قاتل نتيجة لذلك.

المستقبلات المرتبطة بالإنزيم هي مستقبلات على سطح الخلية مع مجالات داخل الخلايا مرتبطة بإنزيم. في بعض الحالات ، يكون المجال داخل الخلايا للمستقبل نفسه عبارة عن إنزيم. تحتوي المستقبلات الأخرى المرتبطة بالإنزيم على مجال صغير داخل الخلايا يتفاعل مباشرة مع إنزيم. عادةً ما تحتوي المستقبلات المرتبطة بالإنزيم على مجالات كبيرة خارج الخلية وداخل الخلايا ، لكن المنطقة الممتدة للغشاء تتكون من منطقة حلزونية ألفا واحدة من حبلا الببتيد. عندما يرتبط الترابط بالمجال خارج الخلية ، يتم نقل إشارة عبر الغشاء ، مما يؤدي إلى تنشيط الإنزيم. يؤدي تنشيط الإنزيم إلى إطلاق سلسلة من الأحداث داخل الخلية تؤدي في النهاية إلى الاستجابة. أحد الأمثلة على هذا النوع من المستقبلات المرتبطة بالإنزيم هو مستقبلات التيروزين كيناز (الشكل 9.8). كيناز هو إنزيم ينقل مجموعات الفوسفات من ATP إلى بروتين آخر. ينقل مستقبل التيروزين كيناز مجموعات الفوسفات إلى جزيئات التيروزين (بقايا التيروزين). أولاً ، ترتبط جزيئات الإشارة بالمجال خارج الخلية لمستقبلين قريبين من التيروزين كيناز. ثم يترابط المستقبلان المجاوران معًا ، أو يتناقصان. ثم يضاف الفوسفات إلى بقايا التيروزين على المجال داخل الخلايا للمستقبلات (الفسفرة). يمكن للبقايا المفسفرة بعد ذلك نقل الإشارة إلى المرسل التالي داخل السيتوبلازم.

اتصال مرئي

  1. dimerization والاستجابة الخلوية المصب
  2. نشاط الفوسفاتيز ، و dimerization ، والاستجابة الخلوية المصب
  3. ربط جزيء الإشارة ، و dimerization ، والاستجابة الخلوية المصب
  4. الاستجابة الخلوية المصب

تُنتَج بواسطة خلايا الإشارة والارتباط اللاحق بالمستقبلات في الخلايا المستهدفة ، تعمل الروابط الترابطية كإشارات كيميائية تنتقل إلى الخلايا المستهدفة لتنسيق الاستجابات. تتنوع أنواع الجزيئات التي تعمل كروابط بشكل لا يصدق وتتراوح من البروتينات الصغيرة إلى الأيونات الصغيرة مثل الكالسيوم (Ca 2+).

روابط صغيرة كارهة للماء

يمكن أن تنتشر الروابط الصغيرة الكارهة للماء مباشرة من خلال غشاء البلازما وتتفاعل مع المستقبلات الداخلية. الأعضاء المهمين في هذه الفئة من الروابط هي هرمونات الستيرويد. الستيرويدات عبارة عن دهون لها هيكل عظمي هيدروكربوني مع أربع حلقات مدمجة تحتوي المنشطات المختلفة على مجموعات وظيفية مختلفة مرتبطة بهيكل الكربون. تشمل هرمونات الستيرويد هرمون الجنس الأنثوي ، الاستراديول ، وهو نوع من هرمون الاستروجين وهرمون الذكورة والتستوستيرون والكوليسترول ، وهو مكون هيكلي مهم للأغشية البيولوجية وسلائف لهرمونات الستيرويد (الشكل 9.9). تشمل الهرمونات الأخرى الكارهة للماء هرمونات الغدة الدرقية وفيتامين د. لكي تكون قابلة للذوبان في الدم ، يجب أن ترتبط الروابط الكارهة للماء بالبروتينات الحاملة أثناء نقلها عبر مجرى الدم.

روابط قابلة للذوبان في الماء

تعتبر الروابط القابلة للذوبان في الماء قطبية وبالتالي لا يمكنها المرور عبر غشاء البلازما دون مساعدة في بعض الأحيان ، فهي كبيرة جدًا بحيث لا يمكن أن تمر عبر الغشاء على الإطلاق. بدلاً من ذلك ، ترتبط معظم الروابط القابلة للذوبان في الماء بالمجال خارج الخلية لمستقبلات سطح الخلية. هذه المجموعة من الترابطات متنوعة تمامًا وتتضمن جزيئات صغيرة وببتيدات وبروتينات.

روابط أخرى

أكسيد النيتريك (NO) هو غاز يعمل أيضًا كليجند. إنه قادر على الانتشار مباشرة عبر غشاء البلازما ، وأحد أدواره هو التفاعل مع المستقبلات في العضلات الملساء والحث على استرخاء الأنسجة. NO له عمر نصفي قصير جدًا ، وبالتالي فهو يعمل فقط على مسافات قصيرة. يعمل النتروجليسرين ، وهو علاج لأمراض القلب ، عن طريق تحفيز إطلاق أكسيد النيتروجين ، مما يؤدي إلى تمدد (تمدد) الأوعية الدموية ، وبالتالي استعادة تدفق الدم إلى القلب.


9.1: الفيروسات - علم الأحياء

يتم توفير جميع المقالات المنشورة بواسطة MDPI على الفور في جميع أنحاء العالم بموجب ترخيص وصول مفتوح. لا يلزم الحصول على إذن خاص لإعادة استخدام كل أو جزء من المقالة المنشورة بواسطة MDPI ، بما في ذلك الأشكال والجداول. بالنسبة للمقالات المنشورة بموجب ترخيص Creative Common CC BY ذي الوصول المفتوح ، يمكن إعادة استخدام أي جزء من المقالة دون إذن بشرط الاستشهاد بالمقال الأصلي بوضوح.

تمثل الأوراق الرئيسية أكثر الأبحاث تقدمًا مع إمكانات كبيرة للتأثير الكبير في هذا المجال. يتم تقديم الأوراق الرئيسية بناءً على دعوة فردية أو توصية من قبل المحررين العلميين وتخضع لمراجعة الأقران قبل النشر.

يمكن أن تكون ورقة الميزات إما مقالة بحثية أصلية ، أو دراسة بحثية جديدة جوهرية غالبًا ما تتضمن العديد من التقنيات أو المناهج ، أو ورقة مراجعة شاملة مع تحديثات موجزة ودقيقة عن آخر التقدم في المجال الذي يراجع بشكل منهجي التطورات الأكثر إثارة في العلم. المؤلفات. يوفر هذا النوع من الأوراق نظرة عامة على الاتجاهات المستقبلية للبحث أو التطبيقات الممكنة.

تستند مقالات اختيار المحرر على توصيات المحررين العلميين لمجلات MDPI من جميع أنحاء العالم. يختار المحررون عددًا صغيرًا من المقالات المنشورة مؤخرًا في المجلة ويعتقدون أنها ستكون مثيرة للاهتمام بشكل خاص للمؤلفين أو مهمة في هذا المجال. الهدف هو تقديم لمحة سريعة عن بعض الأعمال الأكثر إثارة المنشورة في مجالات البحث المختلفة بالمجلة.


روابط انترنت

يوفر هذا الموقع بعض المعلومات حول التقييم والتوليف.

جزء من موقع الويب لعلم الأحياء الدقيقة والمناعة بجامعة ليستر ، توضح هذه المقالة الوقاية والعلاج من الأمراض الفيروسية. كما يصف الأنواع المختلفة من اللقاحات المتاحة للوقاية من الأمراض.

من مركز السيطرة على الأمراض ، يصف هذا الموقع أربعة من أكثر الأمراض الفيروسية شيوعًا. وتشمل هذه اللقاحات الحصبة والحصبة الألمانية والتهاب الكبد الوبائي ب. وتناقش برامج التطعيم.

موقع إلكتروني لإدارة الغذاء والدواء الأمريكية يناقش ارتفاع مقاومة المضادات الحيوية ويقترح الطرق الممكنة للتعامل مع المشكلة. الورقة تناقش أيضا كيف يمكن أن يحدث هذا.

صفحة Access Excellence تصف تفشي البكتيريا المقاومة للأدوية. تحتوي المقالة على روابط لمصادر أخرى على الإنترنت. كما يستعرض بعض الدراسات الرئيسية التي أجريت على أمل فهم المضادات الحيوية بشكل أفضل.

مقال على موقع الأكاديمية الأسترالية للعلوم يناقش علاقة السبب والنتيجة بين تكاثر الطحالب وصحة / عمر الجسم المائي. يؤدي النقر فوق علامات التبويب الموجودة في الصفحة إلى الوصول إلى مواقع ومعلومات أخرى مفيدة.

يقدم هذا الموقع من أحد طلاب جامعة جيلف تفاصيل كبيرة حول التخثث ويوفر عددًا من الروابط لمواقع أخرى حول هذا الموضوع.

تحتوي هذه الصفحة على البيان الصحفي الأصلي الذي يعلن عن نتائج مشروع التخصيب بالحديد من قبل معهد وودز هول لعلوم المحيطات. يوفر الإصدار معلومات الاتصال وعناوين البريد الإلكتروني للأفراد الذين يمكن الاتصال بهم لمزيد من المعلومات حول هذا الموضوع.

هذه الصفحة عبارة عن مقال إخباري لرويترز ينعكس على موقع شبكة أخبار البيئة. تقارير المقالة على أساس البحث الذي أجري في تجربة الحديد / الطحالب لتبدأ. يشرح باختصار تأثير الطحالب على ثاني أكسيد الكربون الزائد في البيئة.

يقدم هذا الموقع من المراكز الوطنية لعلوم المحيطات الساحلية تفاصيل حول تكاثر الطحالب الضارة (HAB's) ، بما في ذلك أنواع HAB وأسبابه وأبحاثه.

صفحة من موقع متحف نوفا سكوتيا ، تصف المقالة بإيجاز دورات التكاثر لتكاثر الطحالب المصابة وكذلك الكائنات الحية الملوثة بأكلها.

صفحة تعرض صحيفة وقائع من منحة Rhode Island Sea Grant. تصف الصفحة المخاطر الصحية التي تنطوي عليها وكذلك احتياطات السلامة التي يجب أخذها في الاعتبار لمنع الآثار الصحية الضارة التي تسببها المد الأحمر. كما يقدم وصفاً موجزاً لأصل المد الأحمر.


IGCSE Biology 9-1 - 5c التعديل الوراثي (الهندسة الوراثية)

أنا مدرس أحياء بخبرة 10 سنوات. لقد قمت ببيع ونشر مواردي عبر الإنترنت خلال السنوات الأربع الماضية. أقوم بعمل موارد عالية الجودة لـ IGCSE و A Level و Pre-U و IB. أنا خبير في التعلم المعكوس ورئيس التعلم الرقمي في مدرستي

شارك هذا

pptx ، 6.37 ميجا بايت

تم اختبار منهج Edexcel IGCSE 9-1 4BI1 الجديد لعام 2017 لأول مرة في عام 2019

هذا عرض تقديمي بوربوينت للموضوع - القسم 5 ج: التعديل الوراثي (الهندسة الوراثية)

5.12 فهم كيفية استخدام إنزيمات التقييد لقطع الحمض النووي في مواقع محددة واستخدام إنزيمات الليجاز لربط قطع من الحمض النووي معًا
5.13 فهم كيف يمكن أن تعمل البلازميدات والفيروسات كناقلات ، والتي تأخذ قطعًا من الحمض النووي ، ثم تُدخل هذا الحمض النووي المؤتلف في الخلايا الأخرى
5.14 فهم كيف يمكن تصنيع كميات كبيرة من الأنسولين البشري من بكتيريا معدلة وراثيًا يتم زراعتها في المخمر
5.15 فهم كيف يمكن استخدام النباتات المعدلة وراثيًا لتحسين إنتاج الغذاء
5.16 يفهم أن مصطلح المعدلة وراثيا يعني نقل المادة الجينية من نوع واحد إلى نوع مختلف

الملف قابل للتحرير بالكامل ، ويحتوي على الكثير من المخططات والرسوم المتحركة الأصلية جنبًا إلى جنب مع أسئلة التحقق من المفهوم الخاطئة الحقيقية في نهاية العرض التقديمي وسؤال عن أسلوب الاختبار.

المزيد من الموارد المتاحة من www.mrexham.com

احصل على هذا المورد كجزء من حزمة ووفّر حتى 43٪

الحزمة عبارة عن حزمة من الموارد مجمعة معًا لتدريس موضوع معين ، أو سلسلة من الدروس ، في مكان واحد.

القسم 5 - حزمة العرض التقديمي - IGCSE Biology 9-1

تغطي برامج PowerPoint هذه كل موضوع ، كل أساسي عملي ، كل هدف منهج تحتاج إلى معرفته من القسم 5 من منهج Edexcel IGCSE 9-1 (4BI1) يحتوي على 107 شريحة مذهلة في جميع عروض PowerPoint !! إنه قابل للتعديل تمامًا حتى تتمكن من تقطيعه وتغييره ليلائم مخطط عملك! الرسوم البيانية البسيطة المرسومة المخصصة والرسوم المتحركة المذهلة. يحتوي كل موضوع على بعض العبارات الخاطئة الصحيحة وسؤال عن أسلوب الاختبار مع إجابات في النهاية للتحقق من الفهم. ترميز لوني بسيط لإظهار ما هو موجود في Dual (الشرائح الخضراء) وما هو الشيء الإضافي لعلم الأحياء المنفصل (الشرائح البرتقالية). هذه نسخة محدثة بالكامل من أفضل موردي مبيعًا لمنهج Edexcel IGCSE القديم. YOU SAVE OVER 40% BY BUYING THE BUNDLE RATHER THAN THE INDIVIDUAL TOPICS


A close look at the biology of SARS-CoV-2, and the potential influence of weather conditions and seasons on COVID-19 case spread

خلفية: There is sufficient epidemiological and biological evidence of increased human susceptibility to viral pathogens such as Middle East respiratory syndrome coronavirus, respiratory syncytial virus, human metapneumovirus and influenza virus, in cold weather. The pattern of outbreak of the coronavirus disease 2019 (COVID-19) in China during the flu season is further proof that meteorological conditions may potentially influence the susceptibility of human populations to coronaviruses, a situation that may become increasingly evident as the current global pandemic of COVID-19 unfolds.

Main body: A very rapid spread and high mortality rates have characterized the COVID-19 pandemic in countries north of the equator where air temperatures have been seasonally low. It is unclear if the currently high rates of COVID-19 infections in countries of the northern hemisphere will wane during the summer months, or if fewer people overall will become infected with COVID-19 in countries south of the equator where warmer weather conditions prevail through most of the year. However, apart from the influence of seasons, evidence based on the structural biology and biochemical properties of many enveloped viruses similar to the novel severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 or SARS-CoV-2 (aetiology of COVID-19), support the higher likelihood of the latter of the two outcomes. Other factors that may potentially impact the rate of virus spread include the effectiveness of infection control practices, individual and herd immunity, and emergency preparedness levels of countries.

استنتاج: This report highlights the potential influence of weather conditions, seasons and non-climatological factors on the geographical spread of cases of COVID-19 across the globe.

الكلمات الدالة: COVID-19 Case spread Emergency preparedness Human immunity Infection control SARS-CoV-2 Season.


Edexcel Biology (9-1) Virus Life Cycles Topic SB5f

A lesson geared towards the Edexcel (9-1) single Biology syllabus.

Includes activities but specific pg numbers and question numbers are for The Pearson Biology (9-1) text book.

Note: The video clip is a bit long so you may wish to just skip to the relevant parts to the life cycles.

Reviews

Your rating is required to reflect your happiness.

It's good to leave some feedback.

Something went wrong, please try again later.

Ampowell

Empty reply does not make any sense for the end user

Bt9216

An excellent resource! شكرا لك

Empty reply does not make any sense for the end user

Report this resourceto let us know if it violates our terms and conditions.
Our customer service team will review your report and will be in touch.


محتويات

Reverse transcriptases were discovered by Howard Temin at the University of Wisconsin–Madison in Rous sarcoma virions [5] and independently isolated by David Baltimore in 1970 at MIT from two RNA tumour viruses: murine leukemia virus and again Rous sarcoma virus. [6] For their achievements, they shared the 1975 Nobel Prize in Physiology or Medicine (with Renato Dulbecco).

Well-studied reverse transcriptases include:

  • HIV-1 reverse transcriptase from human immunodeficiency virus type 1 ( PDB: 1HMV ​) has two subunits, which have respective molecular weights of 66 and 51 kDas. [7]
  • M-MLV reverse transcriptase from the Moloney murine leukemia virus is a single 75 kDa monomer. [8]
  • AMV reverse transcriptase from the avian myeloblastosis virus also has two subunits, a 63 kDa subunit and a 95 kDa subunit. [8] that maintains the telomeres of eukaryoticchromosomes. [9]

The enzymes are encoded and used by viruses that use reverse transcription as a step in the process of replication. Reverse-transcribing RNA viruses, such as retroviruses, use the enzyme to reverse-transcribe their RNA genomes into DNA, which is then integrated into the host genome and replicated along with it. Reverse-transcribing DNA viruses, such as the hepadnaviruses, can allow RNA to serve as a template in assembling and making DNA strands. HIV infects humans with the use of this enzyme. Without reverse transcriptase, the viral genome would not be able to incorporate into the host cell, resulting in failure to replicate.

Process of reverse transcription or retrotranscription Edit

Reverse transcriptase creates double-stranded DNA from an RNA template.

In virus species with reverse transcriptase lacking DNA-dependent DNA polymerase activity, creation of double-stranded DNA can possibly be done by host-encoded DNA polymerase δ, mistaking the viral DNA-RNA for a primer and synthesizing a double-stranded DNA by similar mechanism as in primer removal, where the newly synthesized DNA displaces the original RNA template.

The process of reverse transcription, also called retrotranscription or retrotras, is extremely error-prone, and it is during this step that mutations may occur. Such mutations may cause drug resistance.

Retroviral reverse transcription Edit

Retroviruses, also referred to as class VI ssRNA-RT viruses, are RNA reverse-transcribing viruses with a DNA intermediate. Their genomes consist of two molecules of positive-sense single-stranded RNA with a 5' cap and 3' polyadenylated tail. Examples of retroviruses include the human immunodeficiency virus (HIV) and the human T-lymphotropic virus (HTLV). Creation of double-stranded DNA occurs in the cytosol [10] as a series of these steps:

    tRNA acts as a primer and hybridizes to a complementary part of the virus RNA genome called the primer binding site or PBS.
  1. Reverse transcriptase then adds DNA nucleotides onto the 3' end of the primer, synthesizing DNA complementary to the U5 (non-coding region) and R region (a direct repeat found at both ends of the RNA molecule) of the viral RNA.
  2. A domain on the reverse transcriptase enzyme called RNAse H degrades the U5 and R regions on the 5’ end of the RNA.
  3. The tRNA primer then "jumps" to the 3’ end of the viral genome, and the newly synthesised DNA strands hybridizes to the complementary R region on the RNA.
  4. The complementary DNA (cDNA) added in (2) is further extended.
  5. The majority of viral RNA is degraded by RNAse H, leaving only the PP sequence.
  6. Synthesis of the second DNA strand begins, using the remaining PP fragment of viral RNA as a primer.
  7. The tRNA primer leaves and a "jump" happens. The PBS from the second strand hybridizes with the complementary PBS on the first strand.
  8. Both strands are extended to form a complete double-stranded DNA copy of the original viral RNA genome, which can then be incorporated into the host's genome by the enzyme integrase.

Creation of double-stranded DNA also involves strand transfer, in which there is a translocation of short DNA product from initial RNA-dependent DNA synthesis to acceptor template regions at the other end of the genome, which are later reached and processed by the reverse transcriptase for its DNA-dependent DNA activity. [11]

Retroviral RNA is arranged in 5’ terminus to 3’ terminus. The site where the primer is annealed to viral RNA is called the primer-binding site (PBS). The RNA 5’end to the PBS site is called U5, and the RNA 3’ end to the PBS is called the leader. The tRNA primer is unwound between 14 and 22 nucleotides and forms a base-paired duplex with the viral RNA at PBS. The fact that the PBS is located near the 5’ terminus of viral RNA is unusual because reverse transcriptase synthesize DNA from 3’ end of the primer in the 5’ to 3’ direction (with respect to the newly synthesized DNA strand). Therefore, the primer and reverse transcriptase must be relocated to 3’ end of viral RNA. In order to accomplish this reposition, multiple steps and various enzymes including DNA polymerase, ribonuclease H(RNase H) and polynucleotide unwinding are needed. [12] [13]

The HIV reverse transcriptase also has ribonuclease activity that degrades the viral RNA during the synthesis of cDNA, as well as DNA-dependent DNA polymerase activity that copies the sense cDNA strand into an antisense DNA to form a double-stranded viral DNA intermediate (vDNA). [14]

Self-replicating stretches of eukaryotic genomes known as retrotransposons utilize reverse transcriptase to move from one position in the genome to another via an RNA intermediate. They are found abundantly in the genomes of plants and animals. Telomerase is another reverse transcriptase found in many eukaryotes, including humans, which carries its own RNA template this RNA is used as a template for DNA replication. [15]

Initial reports of reverse transcriptase in prokaryotes came as far back as 1971 in France (Beljanski et al., 1971a, 1972) and a few years later in the USSR (Romashchenko 1977 [16] ). These have since been broadly described as part of bacterial Retrons, distinct sequences that code for reverse transcriptase, and are used in the synthesis of msDNA. In order to initiate synthesis of DNA, a primer is needed. In bacteria, the primer is synthesized during replication. [17]

Valerian Dolja of Oregon State argues that viruses, due to their diversity, have played an evolutionary role in the development of cellular life, with reverse transcriptase playing a central role. [18]

The reverse transcriptase employs a "right hand" structure similar to that found in other viral nucleic acid polymerases. [19] [20] In addition to the transcription function, retroviral reverse transcriptases have a domain belonging to the RNase H family, which is vital to their replication. By degrading the RNA template, it allows the other strand of DNA to be synthesized. [21] Some fragments from the digestion also serve as the primer for the DNA polymerase (either the same enzyme or a host protein), responsible for making the other (plus) strand. [19]

There are three different replication systems during the life cycle of a retrovirus. The first process is the reverse transcriptase synthesis of viral DNA from viral RNA, which then forms newly made complementary DNA strands. The second replication process occurs when host cellular DNA polymerase replicates the integrated viral DNA. Lastly, RNA polymerase II transcribes the proviral DNA into RNA, which will be packed into virions. Mutation can occur during one or all of these replication steps. [22]

Reverse transcriptase has a high error rate when transcribing RNA into DNA since, unlike most other DNA polymerases, it has no proofreading ability. This high error rate allows mutations to accumulate at an accelerated rate relative to proofread forms of replication. يتم اقتباس النسخ العكسية المتاحة تجارياً التي تنتجها Promega في كتيباتها على أنها تحتوي على معدلات خطأ في نطاق 1 في 17000 قاعدة لـ AMV و 1 من 30000 قاعدة لـ M-MLV. [23]

Other than creating single-nucleotide polymorphisms, reverse transcriptases have also been shown to be involved in processes such as transcript fusions, exon shuffling and creating artificial antisense transcripts. [24] [25] It has been speculated that this template switching activity of reverse transcriptase, which can be demonstrated completely في الجسم الحي, may have been one of the causes for finding several thousand unannotated transcripts in the genomes of model organisms. [26]

Template switching Edit

Two RNA genomes are packaged into each retrovirus particle, but, after an infection, each virus generates only one provirus. [27] After infection, reverse transcription is accompanied by template switching between the two genome copies (copy choice recombination). [27] There are two models that suggest why RNA transcriptase switches templates. The first, the forced copy-choice model, proposes that reverse transcriptase changes the RNA template when it encounters a nick, implying that recombination is obligatory to maintaining virus genome integrity. The second, the dynamic choice model, suggests that reverse transcriptase changes templates when the RNAse function and the polymerase function are not in sync rate-wise, implying that recombination occurs at random and is not in response to genomic damage. A study by Rawson et al. supported both models of recombination. [27] From 5 to 14 recombination events per genome occur at each replication cycle. [28] Template switching (recombination) appears to be necessary for maintaining genome integrity and as a repair mechanism for salvaging damaged genomes. [29] [27]

Antiviral drugs Edit

As HIV uses reverse transcriptase to copy its genetic material and generate new viruses (part of a retrovirus proliferation circle), specific drugs have been designed to disrupt the process and thereby suppress its growth. Collectively, these drugs are known as reverse-transcriptase inhibitors and include the nucleoside and nucleotide analogues zidovudine (trade name Retrovir), lamivudine (Epivir) and tenofovir (Viread), as well as non-nucleoside inhibitors, such as nevirapine (Viramune).

تحرير البيولوجيا الجزيئية

Reverse transcriptase is commonly used in research to apply the polymerase chain reaction technique to RNA in a technique called reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR). The classical PCR technique can be applied only to DNA strands, but, with the help of reverse transcriptase, RNA can be transcribed into DNA, thus making PCR analysis of RNA molecules possible. Reverse transcriptase is used also to create cDNA libraries from mRNA. The commercial availability of reverse transcriptase greatly improved knowledge in the area of molecular biology, as, along with other enzymes, it allowed scientists to clone, sequence, and characterise RNA.

Reverse transcriptase has also been employed in insulin production. By inserting eukaryotic mRNA for insulin production along with reverse transcriptase into bacteria, the mRNA could be inserted into the prokaryote's genome. Large amounts of insulin can then be created, sidestepping the need to harvest pig pancreas and other such traditional sources. Directly inserting eukaryotic DNA into bacteria would not work because it carries introns, so would not translate successfully using the bacterial ribosomes. Processing in the eukaryotic cell during mRNA production removes these introns to provide a suitable template. Reverse transcriptase converts this edited RNA back into DNA so it could be incorporated in the genome.


Secondary structure of the segment 5 genomic RNA of influenza A virus and its application for designing antisense oligonucleotides

Influenza virus causes seasonal epidemics and dangerous pandemic outbreaks. It is a single stranded (-)RNA virus with a segmented genome. Eight segments of genomic viral RNA (vRNA) form the virion, which are then transcribed and replicated in host cells. The secondary structure of vRNA is an important regulator of virus biology and can be a target for finding new therapeutics. In this paper, the secondary structure of segment 5 vRNA is determined based on chemical mapping data, free energy minimization and structure-sequence conservation analysis for type A influenza. The revealed secondary structure has circular folding with a previously reported panhandle motif and distinct novel domains. Conservations of base pairs is 87% on average with many structural motifs that are highly conserved. Isoenergetic microarray mapping was used to additionally validate secondary structure and to discover regions that easy bind short oligonucleotides. Antisense oligonucleotides, which were designed based on modeled secondary structure and microarray mapping, inhibit influenza A virus proliferation in MDCK cells. The most potent oligonucleotides lowered virus titer by

90%. These results define universal for type A structured regions that could be important for virus function, as well as new targets for antisense therapeutics.

بيان تضارب المصالح

The authors declare no competing interests.

الأرقام

The influenza A virus vRNA5…

The influenza A virus vRNA5 nucleotides reactivity diagrams. The vRNA5 chemical mapping experiments…

Secondary structure of influenza A…

Secondary structure of influenza A vRNA5 predicted by RNAstructure 5.7 using experimental data…

Microarrays mapping results for vRNA5.…

Microarrays mapping results for vRNA5. Sites that strongly bind complementary probes and sites…

The probability of forming base…

The probability of forming base pairs and single-stranded regions in vRNA5. The probability…

Conservation of vRNA5 secondary structure…

Conservation of vRNA5 secondary structure in type A of influenza viruses. Colors indicate…

Binding sites of antisense oligonucleotides…

Binding sites of antisense oligonucleotides marked on vRNA5 secondary structure. Complementary regions for…

Antiviral activity of ASOs in…

Antiviral activity of ASOs in MDCK cells against A/California/04/2009. Antiviral activity was analyzed…

Antiviral activity of ASOs in…

Antiviral activity of ASOs in MDCK cells against A/California/04/2009. Antiviral activity was analyzed…


شاهد الفيديو: Virology 05 Virus Replication - علم الفيروسات 05 تكاثر الفيروسات (شهر فبراير 2023).