المملكة النباتية، الباب الثاني: الفيروسات والميكوبلازمات والريكتيسيات

الفيروسات

الفيروس virus كلمة لاتينية تعني السم أو الجوهر المعدي . وتعتبر الفروسات كيانات entities ممرضة متطفلة تطفلا داخليا إجباريا ، وليس لها تركيب خلوي ، وغير قادرة على النمو والإنقسام ، لاتنشط ولاتتكاثر إلا في جسم كائن حي آخر . وهي صغيرة الحجم لا ترى إلا بالميكروسكوب الإلكتروني . تحتوي على نوعواحد فقط من الأحماض النووية DNA أو RNA . وقد اعتبرت الفيروسات نباتات تبعا لكتاب برجس Bergeys سنة 1957 حيث تقع تحت الرتبة الفيروسية Order Virales التي تتبع قسم النباتات الأولية Protophyta . بعض العلماء يضع الفيروس في مملكة خاصة وهي مملكة الفيروسات virus Kingdom .

حجم وشكل الفيوسات

الفيروسات هي أصغر الأحياء المعروفة بعد الفيرويدات viroids ، تمر من خلال المرشحات التي لاتسمح بمرور البكتيريا عادة ، طول الكبير منها يصل إلى 1250 ملليميكرون كما في فيروس إصفرار البنجر الخيطي الشكل ، وقطر أصغرها يصل إلى 20 ملليميكرون كما في فيروس الحمى القلاعية foot and mouth disease الكروي الشكل . ومن الفيروسات الوسطية في الحجم فيروس الكلب rabies وقطره حوالي 125 ملليميكرون . وللمقارنة نجد أن خلية البكتيريا ستافيلوكوكس قطرها حوالي 1000 ملليميكرون وأن أبعاد جزيء البيومين البيض هو 10 × 2.5 ملليميكرون .

تحتاج الدراسة الموروفولوجية للفيروسات إلى استخدام الميكروسكوب الإلكتروني ، وذلك بعد عمل قطاعات رقيقة جدا م النسيج المصاب تصل في السمك حوالي 30 ملليميكرون ، وذلك بعد تثبيت القطاع وتحميله في نوع خاص من البلاستيك ، ويستخدم في عمل القطاعات أمواس خاصة من الزجاج المشطوف أو من الماس المصقول .

والميكروسكوب الإلكتروني يشبه الميكروسكوب الضوئي إلا أن ضبط الصورة يتم باستخدام مجالات مغناطيسية تحل محل العدسات العينية والشيئية والمكثف ، وباستخدام أشعة إلكترونية بدلا من الأشعة الضوئية . وحيث أن الأشعة الإلكترونية ذات موجات قصيرة جدا إذا ما قورنت بالأشعة الضوئية ، فإن قدرة التمييز باستخدامها تزداد مما يمكن معه رؤية الأشياء التي تقل عن ملليميكرون . ويتم الفحص تحت تفريغ عال ، وتظهر الصورة على شاشة خاصة أو تصور بجهاز خاص .

تختلف الفيروسات في الشكل ، وقد وجد أن كثيرا منها كروي الشكل كما في فيروسات الحمى القلاعية والكلب والإنفلونزا وتقزم نباتات الطماطم وقد تكون عصوية كما في فيروس تبرقش الدخان TMV وأبعاده 300 × 15 ملليميكرون وقد تكون مضلعة كما في فيروس الفاكسين vaccinia وأبعاده 260 × 210 ملليميكرون وقد تكون ذات رأس وذيل كما في بعض البكتيريوفاجات bacteriophages والتي يطلق عليها عادة الفاجات phages وهي الفيروسات التي تهاجما لبكتيريا (شكل 1) .

تصنيف وتسمية الفيروسات

قسم هولمز سنة 1948 الفيروسات إلى ثلاث مجاميع هي :

فيروسات تصيب النبات Phytophaginae

فيروسات تصيب الحيوان Zoophaginae

فيروسات تصيب البكتيريا Phaginae

اقترح هولمز تسمية الفيروسات تسمية ثنائية مثل باقي الكائنات الحية ، أي أن اسم الفيروس يتكون من اسم جنس واسم نوع . واعتمد هولمز في تسميته للفيروسات على الأعراض المرضية التي يسببها الفيروس لكائن العائل ولكن لم تنل التسمية الثنائية للفيروسات رواجا بين علماء الفيروسات نظرا لقلة معلوماتنا الدقيقة عن الفيروسات ولعدم وجود أساس ثابت للتسمية الثنائية لهذا فتعتمد التسمية الحالية على اسم العائل ووصف العرض الذي يحدثه الفيروس ، فالفيروس الذي يهاجم الدخان ويسبب له مرض التبرقش يسمى فيروس تبرقش الدخان TMV ، والفيروس الذي يصيب البطاطس ويسبب عرض التفاف الأوراق يسمى فيروس التفاف أوراق البطاطس والفيروس الذي يصيب الإنسان وبعض الحيوانات مسببا مرض الكلب يسمى فيروس الكلب والفيروس الذي يصيب الإنسان ويسبب الإنفلونزا يسمى فيروس الإنفلونزا وهكذا .

وحديثا تقسم الفيروسات على أساسا تماثلها symmetry إلى أربعة أقسام ؛ عديدة الأوجه (ذات العشرين وجها) icosahedral وحلزونية helical ومختلط بين الشكلين السابقتين mixed forms ومعقدة complex.

تركيب الفيروسات

توجد الفيروسات في طورين متبادلين . طور خارج الخلية الحية ويتكون من وحدات معدية تعرف بالفيريون Virion وتتكون من نوع من الحمض النووي مغلف بغلاف بروتيني ، وطور داخل الخلية ويتكون من الحمض النووي فقط .

تتكون الفيروسات أساسا من أحماض نووية تحتوي على نوع واحد فقط من الأحماض النووية RNA أو DNA ، تكون عادة من نوع حامض الرييوز النووي الذي يرمز إليه بالرمز RNA في معظم الفيروسات النباتية ، وتكون من النوع الذي أكسى رييوز النووي الذي يرمز إليه بالرمز DNA أو من حمض الرييوز النووي وهما يوجدان على انفراد كما في الفيروسات الحيوانية ، وتكون عادة من الحمض DNA في الفيروسات البكتيرية . ويوجد مع الأحماض النووية مواد بروتينية تعمل كغلاف capsid يحيط بالحمض النووي المكون للفيروس وذلك في معظم الفيروسات الصغيرة الحجم . وقد تحتوي الفيروسات المتوسطة والكبيرة الحجم بالإضافة إلى الأحماض النووية والبروتينات على مواد دهنية وكربوايدراتية كما في فيروس الإنفلونزا .

يتركب الفيريون الواحد عادة من جزء وسطي يتكون من الحمض النووي فقط ويسمى القلب core ويحاط بغلاف يتكون من بروتين فقط أو بروتين مرتبط بمركبات أخرى حسب نوع الفيروس . ويوجد في بعض الفيروسات غشاء يحيط بالفيروس ويعرف بالغطاء envelope .

يتكون الفيرون عديد الأضلع من حمض نووي أو حمض نووي بروتيني بشكل مضلع له عشرين ضلعا (شكل 12) ومغلف بغلاف بروتيني يسمى كابسيد capsid يتكون من وحدات موروفولوجية تسمى كابسومرات capsomers ، ويغلف البعض منها بغلاف إضافي غشائي envelope يشتق من غشاء خلية العائل الإختياري النفادية plasmalemma .

تظهر الكابسومرات في الميكروسكوب الإلكتروني بشكل منشورات مخمسة pentagonal أو مسدسة hexagonal (شكل 2 ب) وبتوضيح أكثر نجد أن كل كابسومر يتكون من خمسة أو ستة وحدات بروتينية (شكل 2 ج) . توجد الكابسومرات خماسية الأضلع على نقط تلاقي الأضلع ، لهذا فعددها ثابت ، فهي دائما 12 . وتوجد الكابسومرات سداسية الأضلع على الأضلع وعددها عشرين ضلعا أو على حواف الأضلع وعددها ثلاثون حافة ، ولهذا فأعداد الكابسومرات السداسية عشرون أو ثلاثون أو مضاعفاتهما . وقد تكون الكابسومرات السداسية غير موجودة كما في حالة بعض أنواع البكتيريوفاج مثل الفاج 174 ×  (شكل 1أ) ، وأعدادها عشرون في التبرقش الأصفر للفت ويصل العدد إلى 240 في أدينوفيروس Adenovirus (الشكل 1 ب) .

ولوصف الفيروسات أقترح الرقم التثليثي triangulation number الذي يحسب بتقدير عدد الوحدات البروتينية الكلي الذي ينتجمن ضرب عدد الكابسومرات من كل نوع في عدد أوجهها ثم قسمة المجموع على عدد الوحدات البروتينية الخماسية ، أي 12 × 5 = 60 ، وذلك كما هو موضع في الجدول رقم 1

جدول رقم 1 حساب الرقم التثليثي لبعض الفيروسات عديدة الأوجه الفيروس القطر nm عدد الكابسومرات الخماسية عدد الكابسومرات السداسية عدد وحدات البروتين T الفاج 174 ×  24 12 60 60 = 1 ــــــــ 60 الموزايك الأصفر للفت 28 12 20 60 + 120 180 = 3 ــــــــ 60 ص 18 مش عارفة الكلمة 42 12 30 60 + 180 240 = 4 ــــــــ 60 رابدوفيرس 60 12 80 60 + 480 540 = 9 ــــــــ 60 ادينوفيرس 75 12 240 60 + 144 1500 = 15 ــــــــ 60

الفيروسات حلزونية التماثل تظهر عادة بشكل عصوي ويميزها الترتيب الحلزوني لوحدات البروتين حول الحمض النووي ومن الفيروسات الحلزونية التي درست بتوسع فيروس نبرقش الدخان TMV ، وهو فيروس عصوي مجوف أبعاده 300 × 15 نانومتر ، ويتكون من الحمض النووي RNA الحلزوني الشكل ، ومرتب عليه وحدات بروتينية عددها حوالي 2200 وحدة مكونة الغلاف . ويحتوي المقطع على 16 وحدة بروتينية (شكل 3) .

ومن الفيروسات الحلزونية فيروس الإنفلونزا ، وهو كروي الشكل مكون من قلب من RNA حلزوني يحاط بغلاف بروتيني تخرج منها روائد قطرية مرتبة حلزونيا (شكل 1 د) .

قد يكون الفيروس خليط من النوعين عديد الأوجه والحلزوني كما في نوع البكتيريوفاج ذو الرأس والذيل حيث يكون الرأس عديد الأوجه والذيل حلزوني (شكل 1 ز) . الرأس ذو قلب من الحمض النووي DNA ويحاط بغلاف بروتيني . يتصل الرأس بذيل tail مستقيم بروتيني ، ويخرج من نهاية الذيل خيوط الذيل tail filaments .

المجموعة الرابعة من الفيروسات العصوية المعروفة باسم رايدوفيرس rhabdovruses وفيروسات الجدري المعروفة باسم بوكس فيرس poxviruses . يكون شكل الفيريون في حالة رابدوفيرس عصوي أو عصوي بانبعاج داخلي في قاعدته (شكل 1 ى وشكل 4) ، ويتكون من غلاف خارجي envelope يليه للداخل الغلاف الداخلي cover الذي ترخج منه للخارج زوائد دبوسية الشكل spikes تخترق الغلاف الخارجي وتبرز للخارج ، يلتف الغلاف الداخلي حول الجزئي النووي البروتيني nucleocapsid التي يتكون من RNA مع بروتين والذي يظهر على هيئة حزوز منتظمة striations . تصيب هذه الأنواع من الرايدوفيرس الحيوانات والحشرات والنباتات .

فيروسات الجدري تتميز بأنها ذات شكلين مورفولوجيين مختلفين هما شكل قوالب الطوب brick-shaped والشكل البيضاوي . تحتوي منطقة القلب في الفيريون من أي من النوعين على الحمض النووي DNA ، تحاط في حالة فيريون فاكسينيا Vaccinia (شكل 1 ح) وهو نوعمن قالب الطوب بمنطقة عمادية palisaded region (شكل 5) ، كما يوجد على جانبي المادة النووية جسمان قطبيان poiar bodies ، ويبطن الغلاف الخارجي طبقة من وحدات شبه أنبوبية . أما في حالة فيريون أورف Orf (شكل 1 ط) وهي من النوع البيضاوي فيتكون من غلاف خارجي عليه زوائد بداخله قلب من DNA ومكون شبه أنبولي يظهر بشكل حلزوني متقاطع criss – cross عند تصوير الجزء العلوي والسفلى للفيريون معا .

التكاثر في الفيروسات

تستطيع الفيروسات أن تنشط وتتكاثر داخل الخلايا الحية فقط . فيمكن تنمية كثير من الفيروسات مثل فيروسات الإنفلونزا والغدة النكفية والجدري في الفيران البيضاء أو في خنازير غينيا أو في أجنة بيض الدجاج ، كما ينمي فيروس مصل سالك المضاد لشلل الأطفال في أنسجة كلية القرد ، وتنمى الفيروسات التي تصيب النباتات على النباتات السليمة .

ومن اكثر الفيروسات دراسة من حيث النشاط والتكاثر ، الفيروسات التي تهاجم البكتيريا والتي تعرف بالبكتريوفاجات ، فعندما يهاجم الفاج خلية بكتيرية فإن ذيل الفاج يلتصف بجدار الخلية البكتيرية . وتثقب خيوط الذيل جدار الخلية البكتيرية مثبتة الفاج على سطح الخلية ، ثم تحلل الأنزيمات الموجودة في ساداة الذيل جدار الخلية البكتيرية . ينقبض الذيل كله أو جزؤه العلوي المتصل بالرأس فيندفع الحمض النووي DNA إلى داخل الخلية البكتيرية ويبقى الغلاف البروتيني فارغا خارج الخلية البكتيرية ، ويعرف الغلاف في هذه الحالة بالشبح ghost . يحدث بعد ذلك تداخل في الحمض النووي DNA للفاج مع الأحماض النووية DNA للخلية البكتيرية مؤديا إلى اختلال العمليات الحيوية للخلية البكتيرية ، ثم سيطرة الحمض النووي للفاج على سير العمليات الحيوية في الخلية البكتيرية موجهة لإنتاج الحمض النووي DNA والبروتين الخاصين بالفاج كل على حدة . ثم تتجمع الأحماض النووية الناتجة مع البروتينات لتكون فاجات كثيرة جديدة . ويؤدي ذلك إلى استهلاك محتويات الخلية البكتيرية وموتها وانفجار جدارها وخروج الفاجات . سرعة التكاثر في الفيروسات كبيرة وقدرت في حالة الفاج ، فوجد أن فاج واحد يدخل خلية بكتيرية واحدة يمكنه أن يكون 10 – 300 فاج جديد خلال 15 – 30 دقيقة (شكل 6) .

مما سبق يتضح أن الفيروسات تختلف عن الكائنات الحية المتطفلة الأخرى في أن الفيوس يتكاثر ويكون أجسام الفيروسات الجديدة الناتجة الأخرى من جزيئات مكونات خلايا العائل بعيدا عن جسم الفيروس ، حيث أن الفيروس يستخدم رييوسومات الخلايا أثناء تكاثره . أما الطفيليات الأخرى غير الفيروسية فإنها تستمد غذاءها فقط من العائل وتحوله إلى مكونات بروتوبلازمية وتنمو في الحجم ، ثم تكون من جسمها الأجزاء التكاثرية . ومما هو جدير بالذكر أن الفيروسات لا تنمو كما أنا لا تتكاثر بالأنفاق ولذلك فصلت مسببات الحمى الببغائية عن الفيروسات لأنها تتكاثر بالإنفلاق كما في خلايا البكتيريا .

ومن الجدير بالذكر أن المادة المعدية في الفيروس والمسئولة عن التكاثر هي الحمض النووي . وقد وجد في بعض الفيروسات مثل فيروس تبرقش الدخان أن الحمض النووي وحده إذا فصل عن الغلاف البروتيني وأدخل في الخلية النباتية فإنه يحدث العدوى ويكون فيروسات كاملة جديدة . وإذا أدخلت في خلية واحدة سلالتين مختلفتين من فيروس واحد فإن المادتين النوويتين لكل من السلالتين تختلطان معا وينتج عنهما فيروسات جديدة خليطة في صفاتها بين السلالتين الأصليتين .

تسبب الفيروسات موت وتحلل خلايا الكائن الحي العائل عادة ، وقد تسبب أوراما كما في بعض فيروسات الحيوانات . وتحدث الفيروسات تغييرا في محتويات الخلية المصابة ، فبعض الفيورسات تكون داخل الخلايا أجساما كبيرة يمكن رؤيتها بالميكروسكوب الضوئي تعرف بالأجسام المحتواة inclusion bodies ، وتشاهد في خلايا أوراق نبات الدخان المصابة بفيروس التبرقش . والأجسام المحتواة غير معروف طبيعتها بالضبط ، فقد تنتج عن تجمع عدد كبير من الفيروسات ، وتحاط كل مجموعة بغشاء ، وقد تكون هذه الأجسام عبارة عن نواتج عرضية غير حية ناتجة عن نشاط الفيروس .

الفيرويدات

تعتبر الفيرويدات viroids أصغر الأحياء على الإطلاق ، إجبارية التطفل ، وهي عبارة عن جزئي من الحمض النووي RNA يتراوح وزنه الجزئي ما بين 75000 إلى 127000 دالتون . تسبب الفيرويدات أمراضا للنبات منها مرض الدونة المغزلية في البطاطس ، وكذلك أمراضا للحيوان .

الميكوبلازمات الميكوبلازمات mycoplasmas كائنات حية أكبر من الفيروسات وأصغر من البكتيريات ، وتعتبر أصغر الكائنات الخلوية المعروفة . تتراوح أقطارها ما بين 100 ملليميكرون وميكرون واحد . أشكالها متغيرة plemorphic ، قد تكون كروية أو كمثرية أو خيطية أو غير منتظمة . تشبه الميكوبلازمات البكتيريات إلا أنها خالية من الجدر الخلوية وتحاط بغشاء سمكه 10 ملليميكرون ، ولا توجد بها نواة مميزة وتحتوي على رييوسومات والحمض النووي DNA وتتكاثر بالإنفلاق binary fission .

الميكوبلازمات حساسة للمضادات الحيوية من مجموعة التتراسيكلين ولا تتأثر بالبنسيلين . كثير من أنواعها تم عزلها من الأسطح الرطبة للأغشية المخاطية للإنسان وحيوانات فقرية مختلفة حيث تسبب أمراضا مختلفة . البعض يسبب أمراضا نباتية ، كما وجد البعض حرا في ينابيع المياه الساخنة .

تتميز الميكوبلازمات إلى جنسين هما ميكوبلازما Mycoplasma وأكوليبلازما Acboleplasma ، يختلفان عن بعضهما في متطلباتهما الغذائية حيث يحتاج الجنس ميكوبلازما إلى الكوليسترول Cholesterol لدخوله بكميات كبيرة في تركيب غشاء الخلية ولا يلزم الكوليسترول لنمو الجنس الثاني .

الريكيتسيات

الريكتيسيات rickettsiae كائنات حية صغيرة ، إجبارية التطفل ، وسط في أحجامها وخواصها بين الفيروسات والبكتيريات يمكن رؤيتها بالميكروسكوب الضوئي فتظهر كأجسام كروية إلى عصوية ، تتراوح أبعادها ما بين 200 إلى 1000 ملليميكرون ، بعضها له القدرة على تغيير شكله plemorphic مثل Rickettsia prowazeki ، الذي يسبب مرض التيفوس الذي قد يستطيل ويصبح خيطي ويصل طوله إلى 4 ميكرون . تتكاثر الريكيتسيات بالإنفلاق ، كما أنها تقوم ببعض العمليات الحيوية مستقلة عن الكائن العائل .

تحتوي جدر الريكيتسيات على حمض الميوراميك muramic acid وبها بروتوبلازم قريب الشبه من بروتوبلازم البكتيريا حيث يحتوي على نوعي الأحماض النووية DNA و RNA . سالبة لصبغة جرام بضعف ، ولكنها تأخذ اللون الأحمر أو البنفسجي عند صبغتها بصبغة جيمسا Giemsa .

تعيش معظم الريكتيسيات في القناة الهضمية لبعض الحيوانات المفصلية التي تتغذى بامتصاص الدم ، وبعضها يسبب أمراضا للإنسان كمرض التيفوس المسئول عن نقله حشرة القمل .