מבנה וירוסים PDF - שיעור בביולוגיה

**מבנים של וירוסים** מעטפת החלבון ממלאת תפקיד מרכזי בהגדרתו של נגיף. תפקידה העיקרי הוא להגן על הגנום הנגיפי, ליצור אינטראקציות ייחודיות עם החומצה הגרעינית של הנגיף, ולהשתלב באינטראקציות עם תא המאכסן לצורך יצירת ממברנה. המעטפת נדרשת גם לייצר קשרים עם תא המאכסן, כמו למשל התמזגות עם ממברנת התא, ולהבטי...

**מבנים של וירוסים** מעטפת החלבון ממלאת תפקיד מרכזי בהגדרתו של נגיף. תפקידה העיקרי הוא להגן על הגנום הנגיפי, ליצור אינטראקציות ייחודיות עם החומצה הגרעינית של הנגיף, ולהשתלב באינטראקציות עם תא המאכסן לצורך יצירת ממברנה. המעטפת נדרשת גם לייצר קשרים עם תא המאכסן, כמו למשל התמזגות עם ממברנת התא, ולהבטיח שהגנום הנגיפי יועבר בדיוק למיקום הנכון בתוך התא. **הקפסיד** הוא החלבון שעוטף את הגנום (צהוב). לעיתים לוירוס יש **מעטפת** שמקורה תמיד מהתא המאכסן, כלומר, הוירוס לא יודע לייצר שומנים כלל. מבנה של הקפסיד (חלבון) + חומצות הגרעין נקרא **Nucleocapsid**. לעיתים מתייחסים לאם קיימת מעטפת או לא. **יחידת המבנה** חוזרת על עצמה ומרכיבה את הנוקלאוקפסיד (כחול+ירוק+אדום). כל יחידת מבנה יכולה להיות מורכבת מאחת או יותר תת-יחידות (כחול/ירוק/אדום) שכל אחת מהן היא חלבון **אחד**. **Tegument:** שכבה חלבונית-מימית בלתי מוגדרת הממוקמת בין הקפסיד למעטפת בכמה סוגי נגיפים, כמו נגיפי הרפס. החלבון בשכבה הזו חשובים לתהליך ההדבקה לכן הם צריכים להיכנס לתוך התא יחד עם הוריון. מבני הנגיפים מאופיינים ביציבות מטא-יציבה, כלומר הם יציבים בעת התפשטותם מתא לתא, אך חייבים להתפרק על מנת לשחרר את הגנום שלהם. בתהליך ההרכבה, הנגיפים מאוחסנים במצב של אנרגיה גבוהה במיוחד, בדומה לקפיץ מתוח. כדי להתפרק, עליהם לעבור למצב של אנרגיה נמוכה, אך מעבר זה אפשרי רק כאשר מתקבל אות מתאים שמאפשר להתגבר על מחסום האנרגיה הגבוה. אותות כמו קישור לרצפטור או תנאים של pH נמוך יכולים להקל על שבירת מחסום האנרגיה. המבנה היציב של הנגיף נוצר בזכות חזרות רבות של חלבונים ותתי-יחידות דומות, היוצרות אינטראקציות חוזרות ומחוזקות. יחד עם זאת, המבנה אינו יציב לחלוטין, משום שהקשרים בין תתי-היחידות לרוב אינם קוולנטיים, ולכן עלולים להיות רגישים לתנאים מסוימים ולשנות את יציבותם בהתאם לסביבה. **יש שלושה סוגים של מבני וירוסים:** 1. סימטריה הליקאלית (Helical) 2. Icosahedral 3. מורכב (Complex) בכל שלושת המבנים מתקיימת סוג של סימטריה שלוקחת חלק חשוב ביציבות של הקפסיד מחוץ לתא ובפירוק שלו כאשר נכנס לתוך התא. לכן, בין כל תתי היחידות חייבים להיות קשרים **לא קוולנטיים** אך **זהים או דומים** בין תתי היחידות. בגלל שהקשרים הם לא קוולנטיים, בזמן בניית הקופסיד יש לוירוס את היכולת לתקן קשרים לא נכונים בקלות יחסית. בזכות המבנה הפשוט יחסית של הקופסיד אפשר לייצר חיסונים על סמך בנייה של קופסית ללא החומר הגנטי בפנים וכך להפעיל את המערכת החיסונית כנגד המבנה החיצוני בלבד. השיטה הזאת מתבססת על כך שהמבנה הוא self-assemble, כלומר, הוא יוצר את עצמו ללא צורך בהתערבות חיצונית. **סימטריה הליקאלית (Helical symmetry)** תת-היחידה נבנית אחת על גבי השנייה בצורה הליקאלית סביב הגנום. Icosahedral symmetry למבנה זה יכולים להיות מספר צירים של סמיטריה שיוצרים את המבנה האקוסהדרלי. לעיתים המבנה יכול להיות מורכב מחלבון אחד שחוזר על עצמו שוב ושוב, ככל שהקופסיד מורכב מיותר חלבונים כך גודל הקופסיד יהיה גדול יותר ויהיה אפשר להכניס וריון גדול יותר. **Specialized structures** לחלק מהוירוסים יש מבנים מיוחדים שייחודים לסוג מסוים או למשפחה מסויימת של וירוסים. למשל לבאקטריופאג׳ יש את הזנב שבאמצעותו הוא מחדיר את הגנום שלו לתוך החיידק וכך הקופסיד לא צריך בכלל להתפרק. המעטפת הנגיפית מקורה תמיד בתא המאכסן, והיא נרכשת לרוב בתהליך היווצרות, המתרחש מממברנת הפלזמה, ה-ER, גולג'י או ממבנים דומים. בממברנה זו נמצאים גליקופרוטאינים, המופיעים בדרך כלל כאוליגומרים, טרימרים או פנטרמרים. גליקופרוטאינים אלה ממלאים תפקיד מרכזי בתיווך תהליך ההיצמדות והחדירה של הנגיף לתא המאכסן. החלבונים החיצוניים של הנגיף הם המטרה המרכזית של מערכת החיסון: בגליקופרוטאינים מדובר בנגיפים עטופים, בעוד שבנגיפים חשופים מדובר בחלבוני הקפסיד. לעיתים חוץ מהקופסיד, מהמעטפת, הגרעין וחומצות האמינו, הוירוס כולל גם חלבונים כמו פולימראזות, אינטגראזות, פרוטראזות ואנזימי capping. אפשר לחקור פעילות של וירוסים מסוכנים על ידי החלפה של הגנום שלהם בוירוס שאינו מסוכן אבל שמירה על המעטפת והקופסיד שלהם. באופן הזה אפשר לחקור מבנים מורכבים של וירוסים מבלי להסתכן. המעטפת היא מאוד רגישה לשינויים שונים לכן בדרך כלל וירוסים שלא כוללים אותה הם יציבים יותר. **cytopathic effects** מחזור השכפול של וירוסים, הידוע גם כמחזור ההדבקה, נחקר בעיקר בתרביות תאים. בתהליך זה, התאים הופכים לישות חדשה המכונה "תא ויראלי" (viro-cell), המשמש למעשה כמפעל לייצור וירוסים. השינויים במבנה ובמראה של התא הנגוע מתוארים כ״**אפקט ציטופטי**״. וירוסים לא בהכרח גורמים למוות מיידי של התאים שהם מדביקים. לעיתים הם גורמים להיווצרות סינסיציה, תהליך שבו מספר תאים מתאחדים ליצירת תא רב-גרעיני. בנוסף, ישנם וירוסים המסוגלים לשנות את מאפייני התאים ולהוביל לטרנספורמציה שלהם. בגלל שהתאים מאבדים את היכולת לשלוט על הצפיפות שלהם והם עולים אחד על השני, באופן הזה וירוסים יכולים לגרום להתמרה סרטנית. **plaque assay** שיטה זו מאפשרת ללמוד על כמות הוירוסים שיש בתרבית. כאשר וירוסים נמצא בצלחת עם תאים, הוא מדביק אותם ולאט לאט נוצר מעין חור בצלחת באזור המודבק שנקרא **פלאק.** אפשר לסמן את הוירוס בצבע וכך לעקוב אחרי ההתרבות שלו ובסוף לספור כמה וירוס היה בנוזל. **Hemagglutination** שיטה זו היא ייחודית לוירוסים שנושאים על גביהם חלבון שנקרא Hemagglutinin כמו נגיף השפעת. החלבון נקשר אל כדוריות הדם ומונע מהן לשקוע. בעזרת מיהולים שונים של הוירוס אפשר לראות כמה הוא משפיע על השקיעה של כדוריות הדם האדומות. **infectious units** שימוש בנוגדן שצובע ספציפית את הוירוס וכך מדגישים את התאים המודבקים. ככל ששמים יותר מהווירוס, כך קורים יותר נקודות. כל תא שנצבע מוגדר להיות מודבק על ידי יחידת הדבקה אחת. שיטה זו מאפשרת לספור את היחידות המדביקות גם אם הן לא מסוגלות ליצור פלאק. בתמונות למשל רואים וירוס שיש לו גנום בתוכו (כהה) שזה המצב תקין, ווירוס שלא נארז בתוכו גנום. הדרך הקלה ביותר ללמוד על גנום של ווירוס היא לעשות PCR. יחד עם זאת, בגנום שנמדד לא בהכרח יכול לגרום למחלה, לכן למרות שהשיטה הזו היא הקלה ביותר היא גם הכי פחות יעילה -- היא אמנם מכמת את כמות הוירוס אבל היא לא נותנת מדד על כמות הוירוס האפקטיבי. לכל וירוס יש יעילות שונה של יצירה של ווירוסים חדשים שהם אפקטיביים. למשל על כל 10,000 וירוסים חדשים של פפילומה שנוצרים, יש ויריון אחד שהוא אפקטיבי -- רק הוא מדבק והשאר לא מדבקים.