جدول المحتويات:

هل الفيروسات حية؟
هل الفيروسات حية؟

فيديو: هل الفيروسات حية؟

Отличия серверных жестких дисков от десктопных
فيديو: هل تعتبر الفيروسات كائنات حيه ؟ علم الفيروسات - Virology 2023, شهر فبراير
Anonim

على الرغم من أن الفيروسات تتحدى مفهومنا لما تعنيه "الحياة" ، إلا أنها أعضاء حيويون في شبكة الحياة.

هل الفيروسات حية؟
هل الفيروسات حية؟

ملاحظة المحرر: نُشرت هذه القصة في الأصل في عدد ديسمبر 2004 من مجلة Scientific American.

في حلقة من الكوميديا ​​التلفزيونية الكلاسيكية في الخمسينيات من القرن الماضي The Honeymooners ، يشرح سائق الحافلة في بروكلين رالف كرامدن بصوت عالٍ لزوجته ، أليس ، "أنت تعلم أنني أعرف مدى سهولة إصابتك بالفيروس". قبل نصف قرن ، كان حتى الأشخاص العاديون مثل كرامدينز لديهم بعض المعرفة بالفيروسات - باعتبارها مسببات مجهرية للمرض. ومع ذلك ، فمن شبه المؤكد أنهم لم يعرفوا بالضبط ما هو الفيروس. لقد كانوا ولا يزالون ليسوا وحدهم.

منذ حوالي 100 عام ، غيّر المجتمع العلمي مرارًا وتكرارًا رأيه الجماعي بشأن الفيروسات. يُنظر إلى الفيروسات في البداية على أنها سموم ، ثم كأشكال حياة ، ثم مواد كيميائية بيولوجية ، يُعتقد اليوم أنها تقع في منطقة رمادية بين الكائنات الحية وغير الحية: لا يمكنها التكاثر بمفردها ولكن يمكنها فعل ذلك في الخلايا الحية حقًا ويمكن أن تؤثر أيضًا على سلوك مضيفيهم بعمق. كان لتصنيف الفيروسات على أنها غير حية خلال معظم العصر الحديث لعلم الأحياء نتيجة غير مقصودة: فقد أدى بمعظم الباحثين إلى تجاهل الفيروسات في دراسة التطور. أخيرًا ، بدأ العلماء في تقدير الفيروسات باعتبارها لاعبًا أساسيًا في تاريخ الحياة.

الوصول إلى الشروط

من السهل معرفة سبب صعوبة عبادة الفيروسات. يبدو أنها تختلف مع كل عدسة يتم تطبيقها لفحصها. نشأ الاهتمام الأولي بالفيروسات من ارتباطها بالأمراض - تعود جذور كلمة "فيروس" إلى المصطلح اللاتيني "السم". في أواخر القرن التاسع عشر ، أدرك الباحثون أن بعض الأمراض ، بما في ذلك داء الكلب والحمى القلاعية ، كانت ناجمة عن جزيئات يبدو أنها تتصرف مثل البكتيريا ولكنها أصغر بكثير. نظرًا لأنهم كانوا بيولوجيين بشكل واضح ويمكن أن ينتشروا من ضحية إلى أخرى مع تأثيرات بيولوجية واضحة ، فقد كان يُعتقد بعد ذلك أن الفيروسات هي أبسط أشكال الحياة الحية الحاملة للجينات.

جاء تخفيض رتبتهم إلى مواد كيميائية خاملة بعد عام 1935 ، عندما قام ويندل إم ستانلي وزملاؤه ، في جامعة روكفلر في مدينة نيويورك ، ببلورة فيروس موزاييك التبغ لأول مرة. لقد رأوا أنه يتكون من حزمة من المواد الكيميائية الحيوية المعقدة. لكنها تفتقر إلى الأنظمة الأساسية اللازمة لوظائف التمثيل الغذائي ، والنشاط الكيميائي الحيوي للحياة. تقاسم ستانلي جائزة نوبل عام 1946 - في الكيمياء ، وليس في علم وظائف الأعضاء أو الطب - لهذا العمل.

أثبتت الأبحاث الإضافية التي أجراها ستانلي وآخرون أن الفيروس يتكون من أحماض نووية (DNA أو RNA) محاطة بغلاف بروتيني قد يؤوي أيضًا البروتينات الفيروسية المتورطة في العدوى. بهذا الوصف ، يبدو الفيروس كمجموعة كيميائية أكثر من كونه كائنًا حيًا. ولكن عندما يدخل فيروس إلى خلية (تسمى مضيفًا بعد الإصابة) ، فإنه يكون بعيدًا عن كونه غير نشط. إنه يزيل غلافه ويكشف جيناته ويحث آلية النسخ المتماثل للخلية على إعادة إنتاج DNA الدخيل أو RNA وتصنيع المزيد من البروتين الفيروسي بناءً على التعليمات الموجودة في الحمض النووي الفيروسي. تتجمع البتات الفيروسية المنشأة حديثًا وينشأ المزيد من الفيروسات ، والتي قد تصيب أيضًا خلايا أخرى.

هذه السلوكيات هي التي دفعت الكثيرين إلى التفكير في الفيروسات على أنها موجودة على الحدود بين الكيمياء والحياة. بشكل أكثر شاعرية ، قال عالما الفيروسات مارك إتش في. فان ريجنمورتل من جامعة ستراسبورغ في فرنسا وبريان دبليو جيه ماهي من مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها مؤخرًا إنه باعتمادها على الخلايا المضيفة ، تقود الفيروسات "نوعًا من الحياة المستعارة". ومن المثير للاهتمام ، على الرغم من أن علماء الأحياء يفضلون منذ فترة طويلة وجهة النظر القائلة بأن الفيروسات مجرد صناديق من المواد الكيميائية ، فقد استفادوا من النشاط الفيروسي في الخلايا المضيفة لتحديد كيفية ترميز الأحماض النووية للبروتينات: في الواقع ، تستند البيولوجيا الجزيئية الحديثة على أساس المعلومات المكتسبة من خلال الفيروسات.

ذهب علماء الأحياء الجزيئية إلى بلورة معظم المكونات الأساسية للخلايا وهم معتادون اليوم على التفكير في المكونات الخلوية - على سبيل المثال ، الريبوسومات والميتوكوندريا والأغشية والحمض النووي والبروتينات - إما كآلات كيميائية أو أشياء تستخدمها الآلة أو تنتجها. من المحتمل أن يكون هذا التعرض للتركيبات الكيميائية المعقدة المتعددة التي تقوم بعمليات الحياة سببًا لأن معظم علماء الأحياء الجزيئية لا يقضون الكثير من الوقت في الحيرة بشأن ما إذا كانت الفيروسات على قيد الحياة. بالنسبة لهم ، قد يبدو هذا التمرين مكافئًا للتفكير فيما إذا كانت تلك المكونات الفرعية الخلوية الفردية على قيد الحياة بمفردها. تتيح لهم وجهة النظر قصيرة النظر هذه أن يروا فقط كيف تستغل الفيروسات الخلايا أو تسبب المرض. يبقى السؤال الأكثر إلحاحًا حول المساهمات الفيروسية في تاريخ الحياة على الأرض ، والذي سأتناوله قريبًا ، في معظمه بلا إجابة وحتى بدون سؤال.

أكون أو لا أكون

السؤال الذي يبدو بسيطًا حول ما إذا كانت الفيروسات حية أم لا ، والذي غالبًا ما يسأله طلابي ، ربما يكون قد تحدى إجابة بسيطة طوال هذه السنوات لأنه يثير قضية أساسية: ما الذي يحدد "الحياة" بالضبط؟ إن التحديد العلمي الدقيق للحياة أمر بعيد المنال ، لكن معظم المراقبين يتفقون على أن الحياة تشتمل على صفات معينة بالإضافة إلى القدرة على التكرار. على سبيل المثال ، الكيان الحي في حالة يحدها الميلاد والموت. يُعتقد أيضًا أن الكائنات الحية تتطلب درجة من الاستقلالية الكيميائية الحيوية ، حيث تقوم بالأنشطة الأيضية التي تنتج الجزيئات والطاقة اللازمة للحفاظ على الكائن الحي. هذا المستوى من الاستقلالية ضروري لمعظم التعريفات.

ومع ذلك ، تتطفل الفيروسات بشكل أساسي على جميع جوانب الحياة الجزيئية الحيوية. أي أنها تعتمد على الخلية المضيفة للحصول على المواد الخام والطاقة اللازمة لتخليق الحمض النووي وتخليق البروتين ومعالجته ونقله وجميع الأنشطة الكيميائية الحيوية الأخرى التي تسمح للفيروس بالتكاثر والانتشار. قد يستنتج المرء بعد ذلك أنه على الرغم من أن هذه العمليات تخضع لتوجيه فيروسي ، فإن الفيروسات ببساطة هي طفيليات غير حية لأنظمة التمثيل الغذائي الحية. لكن قد يوجد طيف بين ما هو بالتأكيد على قيد الحياة وما هو غير موجود.

الصخرة ليست حية. كما أن الكيس النشط الأيضي ، والخالي من المواد الوراثية وإمكانية التكاثر ، ليس على قيد الحياة أيضًا. ومع ذلك ، فإن البكتيريا حية. على الرغم من أنها خلية واحدة ، إلا أنها يمكن أن تولد الطاقة والجزيئات اللازمة للحفاظ على نفسها ، ويمكنها التكاثر. لكن ماذا عن البذرة؟ قد لا تعتبر البذرة حية. ومع ذلك ، فإنها تنطوي على إمكانات للحياة ، وقد يتم تدميرها. في هذا الصدد ، تشبه الفيروسات البذور أكثر من الخلايا الحية. لديهم إمكانات معينة ، والتي يمكن القضاء عليها ، لكنهم لا يصلون إلى حالة الحياة الأكثر استقلالية.

طريقة أخرى للتفكير في الحياة هي كونها خاصية ناشئة لمجموعة من الأشياء غير الحية. كل من الحياة والوعي هما مثالان على الأنظمة المعقدة الناشئة. تتطلب كل منها مستوى حرجًا من التعقيد أو التفاعل لتحقيق حالاتها الخاصة. الخلايا العصبية في حد ذاتها ، أو حتى في شبكة من الأعصاب ، ليست واعية - يحتاج الدماغ إلى تعقيد كامل. ومع ذلك ، فحتى دماغ الإنسان السليم يمكن أن يكون حياً من الناحية البيولوجية ولكنه غير قادر على الوعي ، أو "ميتاً دماغياً". وبالمثل ، لا تكون الجينات أو البروتينات الفردية الخلوية أو الفيروسية حية في حد ذاتها. تشبه الخلية المستأصلة حالة كونها غير دماغية ، من حيث أنها تفتقر إلى تعقيد نقدي كامل. الفيروس ، أيضًا ، يفشل في الوصول إلى تعقيد حرج. لذا فإن الحياة نفسها هي حالة منبثقة ومعقدة ، لكنها مصنوعة من نفس اللبنات الأساسية والمادية التي تشكل الفيروس. من هذا المنظور ، قد يُنظر إلى الفيروسات ، على الرغم من أنها ليست حية بشكل كامل ، على أنها أكثر من مجرد مادة خاملة: فهي تقترب من الحياة.

في الواقع ، أعلن باحثون فرنسيون في أكتوبر عن نتائج توضح من جديد مدى اقتراب بعض الفيروسات. أعلن ديدييه راولت وزملاؤه في جامعة البحر الأبيض المتوسط ​​في مرسيليا أنهم قاموا بتسلسل جينوم أكبر فيروس معروف ، Mimivirus ، الذي تم اكتشافه في عام 1992. الفيروس ، بنفس حجم بكتيريا صغيرة ، يصيب الأميبات. كشف تحليل تسلسل الفيروس عن العديد من الجينات التي كان يعتقد سابقًا أنها موجودة فقط في الكائنات الخلوية. تشارك بعض هذه الجينات في صنع البروتينات المشفرة بواسطة الحمض النووي الفيروسي وقد تسهل على Mimivirus اختيار أنظمة تكاثر الخلايا المضيفة. كما لاحظ فريق البحث في تقريره في مجلة Science ، فإن التعقيد الهائل للمكمل الجيني لفيروس Mimivirus "يتحدى الحدود الراسخة بين الفيروسات والكائنات الخلوية الطفيلية."

التأثير على التطور

تؤدي النقاشات حول ما إذا كان ينبغي تصنيف الفيروسات على أنها حية بشكل طبيعي إلى سؤال آخر: هل التأمل في مكانة الفيروسات على أنها حية أو غير حية أكثر من مجرد تمرين فلسفي ، وهو أساس نقاش خطابي نشط وساخن ولكن مع القليل من النتائج الحقيقية؟ أعتقد أن القضية مهمة ، لأن كيفية تعامل العلماء مع هذا السؤال تؤثر على تفكيرهم في آليات التطور.

للفيروسات تاريخ تطوري قديم خاص بها ، يرجع تاريخه إلى أصل الحياة الخلوية. على سبيل المثال ، بعض إنزيمات الإصلاح الفيروسي - التي تستأصل الحمض النووي التالف وتعيد تركيبه ، وتعالج الضرر الجذري للأكسجين ، وما إلى ذلك - تنفرد بها فيروسات معينة ولم تتغير تقريبًا على الأرجح لمليارات السنين.

ومع ذلك ، يعتقد معظم علماء الأحياء التطورية أنه نظرًا لأن الفيروسات ليست على قيد الحياة ، فإنها لا تستحق التفكير الجاد عند محاولة فهم التطور. كما أنهم ينظرون إلى الفيروسات على أنها قادمة من جينات مضيفة نجت بطريقة ما من المضيف واكتسبت غلافًا بروتينيًا. من وجهة النظر هذه ، تعد الفيروسات جينات مضيفة هاربة تحولت إلى طفيليات. ومع استبعاد الفيروسات من شبكة الحياة ، قد لا يتم التعرف على المساهمات المهمة التي قد تكون قدمتها لأصل الأنواع والحفاظ على الحياة. (في الواقع ، أربعة فقط من صفحات 1 ، 205 من مجلد 2002 The Encyclopedia of Evolution مخصصة للفيروسات.).

بالطبع ، لا ينكر علماء الأحياء التطورية أن للفيروسات دورًا ما في التطور. ولكن من خلال النظر إلى الفيروسات على أنها غير حية ، يضعها هؤلاء الباحثون في نفس فئة التأثيرات مثل تغير المناخ ، على سبيل المثال. تنتقي هذه التأثيرات الخارجية من بين الأفراد الذين لديهم سمات متنوعة مضبوطة وراثيًا ؛ هؤلاء الأفراد الأكثر قدرة على البقاء والازدهار عند مواجهة هذه التحديات يستمرون في التكاثر الأكثر نجاحًا وبالتالي نشر جيناتهم إلى الأجيال القادمة.

لكن الفيروسات تتبادل المعلومات الجينية مباشرة مع الكائنات الحية - أي داخل شبكة الحياة نفسها. والمفاجأة المحتملة لمعظم الأطباء ، وربما لمعظم علماء الأحياء التطورية أيضًا ، هي أن معظم الفيروسات المعروفة ثابتة وغير ضارة وليست مسببة للأمراض. تأخذ الإقامة في الخلايا ، حيث قد تظل نائمة لفترات طويلة أو تستفيد من جهاز تكرار الخلايا للتكاثر بمعدل بطيء وثابت. لقد طورت هذه الفيروسات العديد من الطرق الذكية لتجنب اكتشافها من قبل الجهاز المناعي المضيف - بشكل أساسي يمكن تغيير كل خطوة في عملية المناعة أو التحكم فيها بواسطة جينات مختلفة موجودة في فيروس أو آخر.

علاوة على ذلك ، يمكن لجينوم الفيروس (المكمل الكامل للحمض النووي أو الحمض النووي الريبي) استعمار مضيفه بشكل دائم ، مضيفًا الجينات الفيروسية إلى السلالات المضيفة ، وفي النهاية يصبح جزءًا مهمًا من جينوم الأنواع المضيفة. لذلك ، من المؤكد أن للفيروسات تأثيرات أسرع وأكثر مباشرة من تأثيرات القوى الخارجية التي تختار ببساطة من بين الاختلافات الجينية الداخلية التي تتولد ببطء أكبر. إن العدد الهائل من الفيروسات ، جنبًا إلى جنب مع معدلات تكاثرها وتطورها السريع ، يجعلها المصدر الرائد في العالم للابتكار الجيني: فهي "تخترع" جينات جديدة باستمرار. وقد تسافر الجينات الفريدة من أصل فيروسي لتجد طريقها إلى الكائنات الحية الأخرى وتساهم في التغيير التطوري.

تشير البيانات التي نشرها الاتحاد الدولي لتسلسل الجينوم البشري إلى أن ما بين 113 و 223 جينًا موجودًا في البكتيريا وفي الجينوم البشري غائب في الكائنات الحية المدروسة جيدًا - مثل الخميرة Saccharomyces cerevisiae وذبابة الفاكهة Drosophila melanogaster والديدان الخيطية Caenorhabditis elegans - التي تقع بين هذين النقيضين التطوريين. يعتقد بعض الباحثين أن هذه الكائنات ، التي نشأت بعد البكتيريا ولكن قبل الفقاريات ، فقدت ببساطة الجينات المعنية في مرحلة ما من تاريخها التطوري. اقترح آخرون أن هذه الجينات قد تم نقلها مباشرة إلى سلالة الإنسان عن طريق غزو البكتيريا.

اقترحت أنا وزميلي فيكتور ديفيليبس من معهد اللقاحات والعلاج الجيني في جامعة أوريغون للصحة والعلوم بديلاً ثالثًا: قد تنشأ الفيروسات الجينات ، ثم تستعمر سلالتين مختلفتين - على سبيل المثال ، البكتيريا والفقاريات. يبدو أن الجين الذي منحته البكتيريا للبشرية قد يكون قد أعطاه الفيروس لكليهما.

في الواقع ، جنبًا إلى جنب مع باحثين آخرين ، أنا و فيليب بيل من جامعة ماكواري في سيدني ، أستراليا ، أكدت أن نواة الخلية نفسها من أصل فيروسي. إن ظهور النواة - التي تميز حقيقيات النوى (الكائنات الحية التي تحتوي خلاياها على نواة حقيقية) ، بما في ذلك البشر ، من بدائيات النوى ، مثل البكتيريا - لا يمكن تفسيره بشكل مرضٍ فقط من خلال التكيف التدريجي للخلايا بدائية النواة حتى تصبح حقيقية النواة. بدلاً من ذلك ، قد تكون النواة قد تطورت من فيروس دنا كبير مستمر جعل منزلًا دائمًا داخل بدائيات النوى. يأتي بعض الدعم لهذه الفكرة من بيانات التسلسل التي تُظهر أن الجين الخاص ببوليميراز الحمض النووي (إنزيم نسخ الحمض النووي) في الفيروس المسمى T4 ، والذي يصيب البكتيريا ، يرتبط ارتباطًا وثيقًا بجينات بوليميريز الحمض النووي الأخرى في كل من حقيقيات النوى والفيروسات التي تصيبها. قام باتريك فورتيري من جامعة باريس سود أيضًا بتحليل الإنزيمات المسؤولة عن تكرار الحمض النووي واستنتج أن جينات مثل هذه الإنزيمات في حقيقيات النوى ربما يكون لها أصل فيروسي.

من الكائنات الحية وحيدة الخلية إلى البشر ، تؤثر الفيروسات على جميع أشكال الحياة على الأرض ، وغالبًا ما تحدد ما سيبقى على قيد الحياة. لكن الفيروسات نفسها تتطور أيضًا. قد تكون الفيروسات الجديدة ، مثل فيروس HIV-1 المسبب لمرض الإيدز ، هي الكيانات البيولوجية الوحيدة التي يمكن للباحثين أن يشهدوا ظهورها بالفعل ، مما يوفر مثالًا في الوقت الحقيقي للتطور أثناء العمل.

الفيروسات مهمة للحياة. إنها الحدود المتغيرة باستمرار بين عوالم الأحياء والكيمياء الحيوية. مع استمرارنا في الكشف عن جينومات المزيد والمزيد من الكائنات الحية ، يجب أن تصبح المساهمات من هذا التجمع الجيني الديناميكي والقديم واضحة. سالفادور لوريا الحائز على جائزة نوبل تأمل في التأثير الفيروسي على التطور في عام 1959. كتب: "قد لا نشعر" أنه في الفيروس ، في اندماجهم مع الجينوم الخلوي والعودة منهم ، نلاحظ الوحدات والعملية التي ، في سياق التطور ، خلقت الأنماط الجينية الناجحة التي تكمن وراء جميع الخلايا الحية؟ " بغض النظر عما إذا كنا نعتبر الفيروسات حية أم لا ، فقد حان الوقت للتعرف عليها ودراستها في سياقها الطبيعي - داخل شبكة الحياة.

شعبية حسب الموضوع