ไวรัส: พวกมันคืออะไรและติดเชื้อในเซลล์อย่างไร

 รหัสพันธุกรรมแพ็คเก็ตเล็ก ๆ เหล่านี้เป็นปรสิตที่ประสบความสำเร็จมากที่สุดในโลก

Vi ruses เป็นตัวจำลองทางชีวภาพที่เล็กที่สุดในโลกโดยมีขนาดเล็กกว่าแบคทีเรียประมาณ 100 เท่า สร้างขึ้นจากรหัสพันธุกรรมขนาดเล็กและปกคลุมด้วยเปลือกโปรตีนขนาดเล็กพวกมันไม่สามารถ 'มีชีวิต' ได้ด้วยตัวเอง ในความเป็นจริงนักวิทยาศาสตร์ไม่แน่ใจว่าพวกเขามีชีวิตอยู่หรือไม่

เซลล์ของสิ่งมีชีวิตมีสายการผลิตโมเลกุลของตัวเอง พวกเขาทำสำเนายีนชั่วคราวและปั๊มผ่านเครื่องโมเลกุลที่เรียกว่าไรโบโซม สิ่งเหล่านี้อ่านรหัสพันธุกรรมและใช้เป็นแม่แบบในการประกอบโปรตีน สิ่งมีชีวิตที่เรียบง่ายที่สุดต้องการยีนระหว่าง 150 ถึง 300 ยีนเพื่อสร้างโปรตีนทั้งหมดที่พวกเขาต้องการเพื่อความอยู่รอด แต่ไวรัสมีจำนวนน้อยถึงสี่ตัว พวกเขาเพียงแค่แย่งเซลล์อื่น ๆ และเปลี่ยนเป็นโรงงานไวรัส

ไวรัสฉลาด พวกเขาชดเชยความขาดแคลนทางพันธุกรรมโดยการยืมจากเซลล์ที่ติดเชื้อ ไวรัสไม่มีไรโบโซมเป็นของตัวเองดังนั้นพวกมันจึงป้อนรหัสเข้าไปในเครื่องจักรของสิ่งมีชีวิตอื่นโดยเข้ามาในสายการผลิต เซลล์ที่ติดเชื้อจะหยุดสร้างโปรตีนของตัวเองและเริ่มอ่านรหัสไวรัสและประกอบโปรตีนของไวรัส

แกนกลางของไวรัสคือรหัสพันธุกรรมซึ่งถูกเก็บไว้ในสายอักขระทางชีววิทยาเดียวกับที่สิ่งมีชีวิตใช้ ไวรัสบางชนิดมีดีเอ็นเอสองสายเหมือนเราบางสายพันธุ์มีเพียงเส้นเดียวและบางชนิดมียีนเป็น RNA โมเลกุลนี้เปรียบเสมือน DNA แต่มีตัวอักษรทางเคมีที่แตกต่างกันและเซลล์ของสิ่งมีชีวิตใช้เพื่อสร้างสำเนายีนชั่วคราว ไวรัสบางชนิดยังมีรหัสในการสร้างเอนไซม์ที่เรียกว่า reverse transcriptase ซึ่งทำให้สามารถแปลง RNA เป็น DNA ภายในเซลล์ที่มีชีวิตได้

ข้อมูลทางพันธุกรรมมีความเปราะบางดังนั้นในการย้ายจากเซลล์หนึ่งไปยังไวรัสตัวถัดไปจำเป็นต้องมีวิธีป้องกันรหัสของพวกเขา ยีนที่สำคัญที่สุดบางตัวให้คำแนะนำในการสร้างโปรตีนที่สร้างเกราะป้องกันที่เรียกว่าแคปซิด โปรตีนแคปซิดสร้างโครงสร้างที่ทำซ้ำซึ่งล็อคเข้าด้วยกันเพื่อสร้างรูปร่าง 3 มิติ รูปแบบที่เหมือนคริสตัลหมายความว่าไวรัสต้องการยีนเพียงไม่กี่ยีนเพื่อสร้างเกราะป้องกันที่สมบูรณ์ ตัวอย่างเช่น Icosahedral capsids มักประกอบด้วยสามเหลี่ยมขนาดเล็กที่ทำจากโปรตีนเพียงสามชนิด สามเหลี่ยมเหล่านี้เสียบเข้าด้วยกันเพื่อสร้างลูกบอล 20 ด้านที่ครอบคลุมจีโนมของไวรัส

แพ็คเกจที่ติดเชื้อของ capsid และรหัสพันธุกรรมสามารถอยู่รอดนอกเซลล์ได้ แต่ไม่สามารถทำซ้ำได้ด้วยตัวเอง อนุภาคไวรัสเหล่านี้รู้จักกันในชื่อ virions จำเป็นต้องกลับเข้าไปในเซลล์เพื่อให้วงจรชีวิตของมันดำเนินต่อไป พวกเขาทำได้โดยการยึดติดกับโมเลกุลบนผิวเซลล์

โปรตีนที่อยู่ด้านนอกของแคปซิดทำปฏิกิริยากับโปรตีนที่อยู่ภายนอกเซลล์ สิ่งที่แนบมานี้อาจเปลี่ยนรูปร่างของ virion เองทำให้อนุภาคหลอมรวมกับเยื่อหุ้มเซลล์ได้ หรืออาจหลอกให้เซลล์ดึงไวรัสเข้าไปในทรงกลมที่มีเยื่อหุ้มเซลล์ซึ่งเรียกว่าเอนโดโซม เมื่อเข้าไปข้างในเอนไซม์ที่มี virion หรือจากเซลล์เองจะสลายสิ่งที่เหลืออยู่ของ capsid ปล่อยรหัสพันธุกรรมลงในเซลล์ จากนั้นจีโนมของไวรัสจะเข้าสู่สายการผลิตของเซลล์และเริ่มผลิตโปรตีนหลักสามประเภทอย่างรวดเร็ว

อย่างแรกคือเอนไซม์ที่ทำให้ไวรัสสามารถสร้างสำเนายีนของตัวเองได้มากขึ้น อย่างที่สองคือโปรตีนที่รบกวนกระบวนการผลิตปกติของเซลล์ ประเภทที่สามคือโปรตีนโครงสร้างที่ทำหน้าที่สร้างอนุภาคไวรัสใหม่

เมื่ออนุภาคไวรัสตัวใหม่สมบูรณ์ไวรัสต้องการวิธีที่จะปลดปล่อยออกมาเพื่อให้ติดเชื้อในเซลล์มากขึ้น ไวรัส 'Lytic' ระเบิดออกมาโดยปล่อย virions ทั้งหมดออกมาในป๊อปขนาดใหญ่และฆ่าเซลล์ในกระบวนการ ไวรัส 'Lysogenic' จะปล่อยไวรัสใหม่ทีละตัวทำให้เซลล์ของโฮสต์สามารถอยู่รอดและแพร่พันธุ์ได้ ไวรัสบางชนิดยังเย็บรหัสพันธุกรรมของมันเข้าไปในรหัสของโฮสต์ดังนั้นทุกครั้งที่เซลล์แบ่งเซลล์ใหม่จะได้สำเนายีนของไวรัสด้วย สิ่งนี้ทำให้ไวรัสสามารถอยู่ภายในเซลล์ได้เป็นเวลานานโดยอยู่เฉยๆแล้วเปิดใช้งานใหม่ในภายหลังซึ่งเป็นคุณสมบัติที่เรียกว่าเวลาแฝง

เซลล์พยายามป้องกันตัวเองจากการโจมตีประเภทนี้ พวกเขาทำลายรหัสพันธุกรรมที่หลวมและส่งสัญญาณไปยังระบบภูมิคุ้มกันเพื่อแจ้งให้ทราบเกี่ยวกับการติดเชื้อ แต่ไวรัสได้พัฒนาวิธีที่จะหลีกเลี่ยงการป้องกันเหล่านี้ ในกระบวนการนี้บางคนมีลักษณะที่เป็นอันตรายต่อครอบครัวซึ่งเป็นคุณสมบัติที่เรียกว่าความรุนแรง

ไวรัสหลายชนิดก่อให้เกิดโรคทำให้เซลล์ที่มีสุขภาพดีเบี่ยงเบนไปจากกิจกรรมปกติ ประเภทของความเสียหายของไวรัสขึ้นอยู่กับเซลล์ที่ติดเชื้อวิธีที่มันรบกวนเครื่องจักรโมเลกุลและวิธีที่มันปล่อยไวรัสออกมาใหม่ ปัญหาที่ร้ายแรงที่สุดบางอย่างเกิดขึ้นเมื่อไวรัสไปติดเซลล์ภูมิคุ้มกันทำให้ร่างกายไม่สามารถต่อสู้กลับได้ อีโบลามาร์เบิร์กและเอชไอวีล้วนเป็นอันตรายต่อระบบภูมิคุ้มกัน

อย่างไรก็ตามไวรัสไม่ได้เลวร้ายทั้งหมด การติดเชื้อช่วยปรับรูปแบบการทำงานของร่างกาย การศึกษาเกี่ยวกับจีโนมของมนุษย์พบว่าประมาณแปดเปอร์เซ็นต์ของรหัสพันธุกรรมของเรามาจากไวรัส รู้จักกันในชื่อ 'human endogenous retroviruses' หรือ HERVs พวกเขาสามารถสังเกตเห็นได้ง่ายเนื่องจากยังคงมียีนของไวรัสที่หลงเหลืออยู่สามยีน ได้แก่ gag, pol และ env ยีนเหล่านี้เป็นของรีโทรไวรัสซึ่งต่อรหัสพันธุกรรมเข้ากับจีโนมของโฮสต์

Retroviruses ทิ้งร่องรอยถาวรไว้บน DNA และผลของการติดเชื้อโบราณได้รับการถ่ายทอดจากพ่อแม่สู่ลูกเป็นเวลาหลายพันปี วิวัฒนาการค่อยๆเปลี่ยนลำดับของยีนไวรัสที่หลงเหลือเหล่านี้ทำให้ไม่สามารถสร้างไวรัสสายพันธุ์ใหม่ได้ ร่างกายของเราพบการใช้งานใหม่สำหรับรหัสที่ถูกทิ้งไว้เบื้องหลัง

HERV, HERV-W หนึ่งตัวเป็นรหัสสำหรับโปรตีนที่ครั้งหนึ่งเคยนั่งอยู่ในซองจดหมายด้านนอกของไวรัสซึ่งช่วยให้มันหลอมรวมกับเซลล์ เราได้ปรับรหัสเพื่อสร้างโปรตีนใหม่ที่ช่วยหลอมรวมเยื่อหุ้มเซลล์เข้าด้วยกันเพื่อสร้างรก หากไม่มีการติดเชื้อไวรัสโบราณเราจะไม่อยู่ที่นี่ในวันนี้