معلومة

كيف يسيطر الفيروس على الخلية المضيفة؟

كيف يسيطر الفيروس على الخلية المضيفة؟


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.

عندما يدمج الفيروس الحمض النووي الخاص به مع المضيفين ويدخل المسار التحليلي ، هل تدمر البروتينات الفيروسية التي تنتج الحمض النووي للخلايا؟ هل يعطلونه؟ هل تعمل الخلية أيضًا بالطريقة نفسها التي كانت تعمل بها من قبل؟


لا يدمر الفيروس عادةً الحمض النووي لمضيفه. بدلاً من ذلك ، يجعل الفيروس الخلية المضيفة تعبر عن البروتينات الفيروسية بمعدل مرتفع مقارنة ببروتينات المضيف نفسه. يتم تحقيق ذلك عادة لأن الجينوم الفيروسي يحتوي على محفز تكوين قوي ، ربما مقترن بتسلسل مُحسِّن. قد يقوم الفيروس أيضًا بإدراج نفسه بشكل تفضيلي في أقسام نشطة نسبيًا من الحمض النووي المضيف.

كما قلت سابقًا ، لا يتم تنظيم التعبير عن جينات العائل ككل بشكل مباشر بواسطة الفيروس ، على الرغم من أن جينات معينة قد يتم تنظيمها صعودًا أو هبوطًا (غالبًا ما تكون الجينات المرتبطة بالجهاز المناعي أهدافًا أساسية). ومع ذلك ، عادة ما يتم التعبير عن جينات المضيف على مستوى منخفض بسبب الموارد التي يتم تحويلها لصنع الفيروسات.

تذكر مع ذلك أن الفيروس يعتمد كليًا على آلية المضيف لصنع بروتينات فيروسية. لذلك ، أي شيء يقتل الخلية قبل أن يتم تجميع جزيئات فيروسية كافية سيتم اختياره ضده. هذا لا يعني أن الخلية سليمة. اختطف الفيروس جزءًا كبيرًا من موارد الخلية ، وعادةً ما تكون الخلية المصابة بالفيروس تتعثر ، وتتشبث بالحياة ، كما كانت.

اعتمادًا على الفيروس ، بمجرد أن يتم تجميع عدد كافٍ من الفيروسات داخل الخلية ، قد يدخل الفيروس في مرحلة التحلل ، حيث تنفجر الخلية حرفيًا لإطلاق الفيروسات في البيئة المحيطة لإصابة الخلايا الجديدة. في هذه المرحلة ، من الواضح أن الخلية ميتة.


تكاثر الفيروس

نظرًا لأن الفيروسات تلزم مسببات الأمراض داخل الخلايا ، فلا يمكنها التكاثر بدون الآلات والتمثيل الغذائي للخلية المضيفة. على الرغم من أن دورة الحياة التكاثرية للفيروسات تختلف اختلافًا كبيرًا بين الأنواع وفئة الفيروس ، إلا أن هناك ست مراحل أساسية ضرورية لتكاثر الفيروس.

1. المرفق: تتفاعل البروتينات الفيروسية الموجودة على غلاف القفيصة أو الفوسفوليبيد مع مستقبلات محددة على السطح الخلوي المضيف. تحدد هذه الخصوصية نطاق المضيف (المدارية) من فيروس.

2. الاختراق: يمكن أن تؤدي عملية الارتباط بمستقبل معين إلى تغييرات توافقية في بروتينات القفيصة الفيروسية ، أو الغلاف الدهني ، مما يؤدي إلى اندماج الأغشية الفيروسية والخلوية. يمكن لبعض فيروسات الحمض النووي أيضًا أن تدخل الخلية المضيفة من خلال الالتقام الخلوي بوساطة المستقبلات.

3. Uncoating: تتم إزالة القفيصة الفيروسية وتحللها بواسطة الإنزيمات الفيروسية أو الإنزيمات المضيفة التي تطلق الحمض النووي الجينومي الفيروسي.

4. النسخ المتماثل: بعد أن يكون الجينوم الفيروسي غير مطلي ، يبدأ نسخ أو ترجمة الجينوم الفيروسي. تختلف هذه المرحلة من التكاثر الفيروسي اختلافًا كبيرًا بين فيروسات الحمض النووي والـ RNA والفيروسات ذات قطبية الحمض النووي المعاكسة. هذه العملية تتوج في من جديد تخليق البروتينات الفيروسية والجينوم.

5. التجميع: بعد، بعدما من جديد تخليق الجينوم والبروتينات الفيروسية ، والتي يمكن تعديلها لاحقًا ، يتم تعبئة البروتينات الفيروسية بجينوم فيروسي مكرر حديثًا في فيروسات جديدة جاهزة للإفراج عن الخلية المضيفة. يمكن أيضًا الإشارة إلى هذه العملية باسم النضج.

6. إصدار Virion: هناك طريقتان للإفراز الفيروسي: تحلل أو في مهدها. يؤدي التحلل إلى موت الخلية المضيفة المصابة ، ويشار إلى هذه الأنواع من الفيروسات حال للخلايا. مثال على ذلك variola الكبرى المعروف أيضًا باسم الجدري. عادة ما يتم إطلاق الفيروسات المغلفة ، مثل فيروس الأنفلونزا أ ، من الخلية المضيفة عن طريق التبرعم. هذه هي العملية التي تؤدي إلى الحصول على غلاف الفوسفوليبيد الفيروسي. هذه الأنواع من الفيروسات لا تقتل عادة الخلية المصابة ويطلق عليها فيروسات الاعتلال الخلوي.

بعد إطلاق الفيريون ، تبقى بعض البروتينات الفيروسية داخل غشاء خلية المضيف ، والتي تعمل كأهداف محتملة للأجسام المضادة المنتشرة. يمكن معالجة البروتينات الفيروسية المتبقية التي تبقى داخل سيتوبلازم الخلية المضيفة وتقديمها على سطح الخلية على جزيئات معقد التوافق النسيجي الكبير من الدرجة الأولى ، حيث تتعرف عليها الخلايا التائية.

النسخ المتماثل للفيروسات © حقوق نشر هذا العمل تعود إلى المؤلف


كيف يقوم فيروس الإنفلونزا باختطاف الخلايا البشرية

الإنفلونزا مرض يحسب له حساب ولا يزال. تقتل الأوبئة الموسمية حول العالم مئات الآلاف من الأشخاص كل عام. في ضوء الأوبئة التي تلوح في الأفق إذا طورت سلالات إنفلونزا الطيور القدرة على إصابة البشر بسهولة ، هناك حاجة ماسة للبحث عن أدوية ولقاحات جديدة. الباحثون في مختبر البيولوجيا الجزيئية الأوروبي (EMBL) والوحدة المشتركة للتفاعل بين الخلايا المضيفة للفيروسات (UVHCI) التابعة لـ EMBL ، وجامعة جوزيف فورييه (UJF) والمركز الوطني للبحوث العلمية (CNRS) ، في غرونوبل ، فرنسا ، لديهم الآن تحديدًا دقيقًا لهدف دوائي مهم في الإنفلونزا.

في المجلة طبيعة سجية ينشرون صورة عالية الدقة لمجال بروتيني مهم يسمح للفيروس باختطاف الخلايا البشرية والتكاثر فيها.

عندما يصيب فيروس الإنفلونزا خلية مضيفة ، فإن هدفه هو إنتاج العديد من النسخ نفسها التي تستمر في مهاجمة المزيد من الخلايا. إن الإنزيم الفيروسي ، المسمى بالبوليميراز ، هو مفتاح هذه العملية. كلاهما ينسخ المادة الوراثية للفيروس ويوجه آلية الخلية المضيفة نحو تخليق البروتينات الفيروسية. يقوم بذلك عن طريق سرقة علامة صغيرة ، تسمى غطاء ، من جزيئات الحمض النووي الريبي في الخلية المضيفة وإضافتها إلى جزيئاتها. الغطاء عبارة عن قطعة إضافية قصيرة من الحمض النووي الريبي ، والتي يجب أن تكون موجودة في بداية جميع الرنا المرسال (mRNAs) لتوجيه آلية تخليق البروتين في الخلية إلى نقطة البداية. يرتبط البوليميراز الفيروسي بالخلية المضيفة mRNA عبر غطائه ، ويقطع الغطاء ويضيفه إلى بداية mRNA الخاص به و ndash عملية تعرف باسم "Cap snatching". ولكن بالضبط كيف يحقق البوليميراز هذا وأي من الوحدات الفرعية الثلاثة للإنزيم يفعل ماذا ، ظل مثيرًا للجدل.

اكتشف باحثون من مجموعات Rob Ruigrok في UVHCI و Stephen Cusack في EMBL الآن أن جزءًا من وحدة فرعية من البوليميراز تسمى PA مسؤول عن شق الغطاء عن mRNA المضيف.

"جاءت نتائجنا كمفاجأة كبيرة ، لأن الجميع اعتقد أن نشاط الشق موجود في جزء مختلف من البوليميراز ،" يوضح روب رويغروك ، نائب مدير UVHCI.

يضيف ستيفن كوزاك ، رئيس من EMBL غرونوبل ومدير UVHCI.

أنتج الباحثون بلورات من مجال PA الحيوي وفحصوها بأشعة إكس القوية من مرفق الإشعاع السنكروتروني الأوروبي (ESRF) في غرونوبل. تكشف الصورة عالية الدقة للمجال عن الأحماض الأمينية الفردية التي تشكل الموقع النشط المسؤول عن شطر معلومات الحمض النووي الريبي التي يمكن أن توجه تصميم الأدوية المضادة للفيروسات في المستقبل.

قبل بضعة أشهر فقط ، كانت نفس المجموعة من العلماء قد حددت بالفعل جزءًا رئيسيًا آخر من بوليميريز الإنفلونزا وهو مجال في الوحدة الفرعية تسمى PB2 الذي يتعرف على غطاء المضيف ويرتبط به. توفر هاتان النتيجتان معًا صورة شبه كاملة لآلية خطف الغطاء التي تسمح لفيروس الإنفلونزا بالسيطرة على الخلايا البشرية.

مصدر القصة:

المواد المقدمة من مختبر البيولوجيا الجزيئية الأوروبي. ملاحظة: يمكن تعديل المحتوى حسب النمط والطول.


ما هي المدة التي يستغرقها الفيروس ليصيب الخلية؟

الفيروسات بسيطة كما هي & # 8220smart & # 8221: بدائية جدًا بحيث لا تتمكن من التكاثر من تلقاء نفسها ، فهي تستغل التكاثر & # 8220 آلة & # 8221 من الخلايا ، عن طريق إدخال قطع من الحمض النووي الخاص بها بحيث يتم نسخها من قبل المضيف زنزانة.

للقيام بذلك ، يتعين عليهم أولاً حقن مادتهم الجينية في الخلايا التي يصابون بها. قام فريق دولي من الباحثين ، بما في ذلك كريستيان ميتشيليتي من SISSA (المدرسة الدولية للدراسات المتقدمة في تريست) ، بدراسة كيفية حدوث ذلك والوقت الذي تستغرقه هذه العملية حتى تكتمل.

أنشأ ميتشيليتي وزملاؤه نموذجًا حاسوبيًا للحمض النووي الفيروسي ، ثم قاموا بمحاكاة إطلاق المادة الوراثية من القفيصة الفيروسية إلى نواة الخلية المضيفة. بعيدًا عن كونه عملية سائلة ، يخضع هذا الطرد لقوى احتكاك تعتمد على تشكيل خيط الحمض النووي. & # 8220 سيولة العملية تعتمد على مدى تشابك الحمض النووي الفيروسي ومدى تشابكه & # 8221 ، يوضح ميشيلتي. & # 8220 كلما كان ترتيب الجينوم طوبولوجيًا أكثر ، كلما زادت سرعة طرده من الفيروس. الوضع مشابه إلى حد ما لسلوك خط المرساة الذي تم لفه بشكل صحيح: عندما يتم إلقاء المرساة في الخارج ، ينفصل الخط بدقة دون توقف أو هزات بسبب التشابك. & # 8221

الحمض النووي له خاصية جوهرية تجعل نمط الترتيب التلقائي الخاص به فريدًا جدًا. نظرًا لوجود خيطين ، يميل الحمض النووي إلى تكوين ملفات عالية الترتيب ، تمامًا مثل خطوط المرساة أو بكرات الخيط. هذا ليس الحال مع البوليمرات العامة ، التي تشكل تشابكًا معقدًا وفوضويًا. قارنت عمليات المحاكاة التي أجراها ميتشيليتي وزملاؤه سلوك خيط نموذجي من الحمض النووي وخيط بسيط من البوليمر العام. & # 8220 في 95٪ من الحالات ، انزلق الحمض النووي للنموذج من خلال مسام خروج الفيروس بشكل أسرع بكثير من البوليمر البسيط ، كنتيجة للترتيب التلقائي الأكبر لتكوينه & # 8221 ، تعليقات Micheletti. & # 8220 قد تكون الخيوط البسيطة أبطأ بعشر مرات من خيوط الحمض النووي. شيء آخر مثير للاهتمام هو أنه ، على الرغم من البطء الشديد ، فإن الخيوط البسيطة في ملاحظاتنا نجحت دائمًا في ترك الفيروس تمامًا. على النقيض من ذلك ، في أقلية صغيرة من الحالات ، ظل الحمض النووي مسدودًا تمامًا ، وهذا أيضًا مرتبط بميله إلى تكوين بكرة قد تظهر أحيانًا مثل هذه العقدة الحلقية المعقدة - أي تشبه الدونات - لمنع طرد الفيروس تمامًا و # 8221.

تتوافق الجداول الزمنية للعملية التي لاحظها ميتشيليتي وزملاؤه تمامًا مع الملاحظات التجريبية ، & # 8220 بما في ذلك جميع حالات توقف الحمض النووي الكامل التي تم الإبلاغ عنها ، وإن لم يتم شرحها ، في بعض التجارب & # 8221 ، يستنتج ميتشيليتي. & # 8220 دراستنا ، التي قدرت الوقت الذي يستغرقه الحمض النووي الفيروسي لمغادرة القفيصة بالنسبة لطولها ودرجة التعبئة ، يمكن أن توفر نقطة البداية لتصميم ناقلات فيروسية اصطناعية & # 8221.

مصدر القصة:

تمت إعادة طباعة القصة أعلاه من المواد التي قدمتها Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati


دورات Lytic و Lysogenic من البكتيريا

قد تخضع البكتيريا ، وهي فيروسات تصيب البكتيريا ، لدورة تحلل أو ليسوجينيك.

أهداف التعلم

وصف الدورات اللايسوجينية واللايسوجينية للعاثيات

الماخذ الرئيسية

النقاط الرئيسية

  • الفيروسات هي أنواع محددة ، ولكن يمكن أن تتأثر كل الأنواع على وجه الأرض تقريبًا بنوع من الفيروسات.
  • تتضمن الدورة اللايتية تكاثر الفيروسات باستخدام خلية مضيفة لتصنيع المزيد من الفيروسات ثم تنفجر خارج الخلية.
  • تتضمن الدورة اللايسوجينية دمج الجينوم الفيروسي في جينوم الخلية المضيفة ، وإصابته من الداخل.

الشروط الاساسية

  • وقت الإستجابة: قدرة الفيروس الممرض على الاستلقاء في حالة سبات داخل الخلية.
  • عاثية: فيروس يصيب البكتيريا على وجه التحديد.
  • دورة تحليلية: العملية الطبيعية للتكاثر الفيروسي التي تنطوي على اختراق غشاء الخلية وتخليق الحمض النووي وتحلل الخلية المضيفة.
  • دورة ليسوجينيك: شكل من أشكال التكاثر الفيروسي ينطوي على اندماج الحمض النووي للعاثمة مع العائل ، متبوعًا بتكاثر الجرثومة الناتجة.

مضيفات مختلفة وفيروساتهم

غالبًا ما تكون الفيروسات محددة جدًا فيما يتعلق بالمضيفين والخلايا داخل المضيف التي ستصيبهم. هذه الميزة الخاصة بالفيروس تجعله خاصًا بنوع واحد أو عدد قليل من أنواع الحياة على الأرض. توجد العديد من أنواع الفيروسات المختلفة بحيث أن كل كائن حي تقريبًا لديه مجموعته الخاصة من الفيروسات التي تحاول إصابة خلاياه. حتى أصغر الخلايا وأبسطها ، البكتيريا بدائية النواة ، يمكن أن تهاجمها أنواع معينة من الفيروسات.

الجراثيم: يُظهر الرسم المجهر الإلكتروني النافذ هذا العاثيات ملحقة بخلية بكتيرية.

العاثيات

الجراثيم هي فيروسات تصيب البكتيريا. قد يكون للجراثيم دورة تحلل أو دورة ليسوجينية ، وعدد قليل من الفيروسات قادرة على تنفيذ كليهما. عندما ينتج عن إصابة خلية بالعاثية إنتاج فيريونات جديدة ، يُقال إن العدوى منتجة.

دورة Lytic مقابل دورة lysogenic: عاثية البكتيريا المعتدلة لها دورات حلالية وليسوجينية. في الدورة اللايتية ، تقوم العاثية بتكرار الخلية المضيفة وتحللها. في الدورة اللايسوجينية ، يتم دمج دنا العاثيات في جينوم المضيف ، حيث يتم نقله إلى الأجيال اللاحقة. قد تتسبب الضغوطات البيئية مثل الجوع أو التعرض للمواد الكيميائية السامة في رفع المكوس والدخول في الدورة اللايتية.

دورة تحليلية

مع العاثيات اللاكتية ، يتم كسر الخلايا البكتيرية مفتوحة (مفسدة) ويتم تدميرها بعد التكرار الفوري للفيريون. بمجرد تدمير الخلية ، يمكن لسلالة العاثية العثور على مضيفات جديدة لإصابتها. مثال على العاثية اللايتية هو T4 ، الذي يصيب بكتريا قولونية وجدت في الأمعاء البشرية. تعد العاثيات اللايتية أكثر ملاءمة للعلاج بالعاثيات.

تخضع بعض العاثيات اللاقمية لظاهرة تُعرف باسم تثبيط التحلل ، حيث لا يخرج سلالة العاثيات المكتملة على الفور من الخلية إذا كانت تركيزات العاثيات خارج الخلية عالية.

دورة Lysogenic

في المقابل ، لا تؤدي الدورة اللايسوجينية إلى تحلل فوري للخلية المضيفة. تُعرف تلك العاثيات القادرة على الخضوع للاستحلاب باسم العاثيات المعتدلة. سوف يتكامل الجينوم الفيروسي مع الحمض النووي للمضيف ويتكاثر معه بشكل غير ضار إلى حد ما ، أو قد يتحول إلى بلازميد. يظل الفيروس كامنًا حتى تتدهور ظروف المضيف ، ربما بسبب استنفاد العناصر الغذائية ، ثم تصبح العاثيات الداخلية (المعروفة باسم prophages) نشطة. في هذه المرحلة يبدأون الدورة التناسلية ، مما يؤدي إلى تحلل الخلية المضيفة. نظرًا لأن الدورة اللايسوجينية تسمح للخلية المضيفة بالاستمرار في البقاء والتكاثر ، يتكاثر الفيروس في جميع نسل الخلية. مثال على العاثية المعروف أنها تتبع الدورة اللايسوجينية والدورة اللايتية هو فاج لامدا للإشريكية القولونية.

فترة كمون

قد تتعرض الفيروسات التي تصيب الخلايا النباتية أو الحيوانية أيضًا للعدوى حيث لا تنتج الفيروسات لفترات طويلة. مثال على ذلك فيروسات الهربس الحيوانية ، بما في ذلك فيروسات الهربس البسيط ، التي تسبب الهربس الفموي والتناسلي في البشر. في عملية تسمى الكمون ، يمكن أن توجد هذه الفيروسات في الأنسجة العصبية لفترات طويلة من الزمن دون إنتاج فيروسات جديدة ، فقط لتترك الكمون بشكل دوري وتسبب آفات في الجلد حيث يتكاثر الفيروس. على الرغم من وجود أوجه تشابه بين اللايسوجين والكمون ، فإن مصطلح الدورة اللايسوجينية عادة ما يكون محجوزًا لوصف العاثيات.


كيف تعمل الفيروسات؟

لا تستطيع الفيروسات صنع فيروسات جديدة من تلقاء نفسها. بدلاً من ذلك ، يستولون على الخلايا ويخدعون الخلية لصنع فيروسات جديدة. لدخول الخلية ، يطفو الفيروس على الخلية أو يهبط عليها ، ثم يلتصق بمستقبل. المستقبلات عبارة عن بروتينات على سطح الخلايا تعمل مثل الأقفال. سوف تناسب فقط مفتاح معين. الفيروس المخادع لديه نسخة من هذا المفتاح. تتشكل البروتينات الموجودة على سطح الفيروس تمامًا مثل المفاتيح وتتناسب مع المستقبل. يبدأ هذا عملية تؤدي إلى دخول الفيروس إلى الخلية بأكملها ، أو حقن الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي في الخلية.

بمجرد دخول الفيروس إلى الخلية ، يمكنه استخدام الخلية لإنتاج المزيد من الفيروسات. يمكن للفيروس القيام بذلك لأن الفيروسات والخلايا تشتركان في شيء مهم: كلاهما يستخدم الحمض النووي والحمض النووي الريبي. DNA و RNA جزيئات تعمل مثل التعليمات. تجلب الفيروسات تعليمات الحمض النووي والـ RNA إلى الخلية ، وتخدع الخلية لتتبعها. تتبع الخلايا تعليمات الفيروس وتصنع جميع الأجزاء اللازمة للفيروس. حتى أن الخلايا تستخدم أدواتها الخاصة ومقاتلاتها القتالية الخام لأجزاء الفيروس. يمكن بعد ذلك تجميع نسخ جديدة من الفيروسات داخل الخلية. في النهاية ، تهرب جزيئات الفيروس الجديدة من الخلية ، وغالبًا ما تقتلها. تستمر هذه الفيروسات الجديدة في العثور على المزيد من الخلايا لإصابتها.

كان Martinus Beijerinck هو العالم الذي أطلق على هذه الجسيمات المعدية اسم "الفيروس". لم يكن متأكدًا بعد من شكل الفيروسات ، فقط أنها أصغر بكثير من البكتيريا ، لذلك اعتقد أن الفيروس هو نوع من السم.

تنتشر الفيروسات التي تسبب أمراضًا مثل البرد والإنفلونزا في البشر من خلال سوائل الجسم ، مثل البصاق أو المخاط. الفيروس صغير جدًا لدرجة أنه يترك أجسادنا في هذه السوائل ، ويمكنه حتى أن يطفو في الهواء في قطرات من العطس أو السعال. يمكن للفيروس أن يدخل الجسم عن طريق العين أو الأنف أو الفم. يمكنها أيضًا أن تهبط في مكان ما وتنتظر. عندما يلمسها شخص آخر ، ثم يفرك وجهه ، يمكن أن ينتقل الفيروس إلى الشخص الجديد.


كيف تعمل الفيروسات

بمجرد دخول الخلية ، تستحوذ الإنزيمات الفيروسية على إنزيمات الخلية المضيفة وتبدأ في عمل نسخ من التعليمات الوراثية الفيروسية والبروتينات الفيروسية الجديدة باستخدام التعليمات الجينية للفيروس وآلية إنزيم الخلية (انظر كيف تعمل الخلايا للحصول على تفاصيل حول الماكينة) . يتم حزم النسخ الجديدة من التعليمات الوراثية الفيروسية داخل طبقات البروتين الجديدة لصنع فيروسات جديدة.

بمجرد صنع الفيروسات الجديدة ، فإنها تترك الخلية المضيفة بإحدى طريقتين:

  1. أنهم استراحة تفتح الخلية المضيفة (تحلل) وتدمر الخلية المضيفة.
  2. أنهم قرصة من غشاء الخلية وتتفكك (تبرعم) بقطعة من غشاء الخلية المحيطة بها. هذه هي الطريقة التي تغادر بها الفيروسات المغلفة الخلية. بهذه الطريقة ، لا يتم تدمير الخلية المضيفة.

بمجرد التحرر من الخلية المضيفة ، يمكن للفيروسات الجديدة مهاجمة الخلايا الأخرى. نظرًا لأن فيروس واحد يمكنه إنتاج آلاف الفيروسات الجديدة ، يمكن أن تنتشر العدوى الفيروسية بسرعة في جميع أنحاء الجسم.

تسلسل الأحداث التي تحدث عندما تصاب بالأنفلونزا أو الزكام هو دليل جيد على كيفية عمل الفيروس:

  1. شخص مصاب يعطس بالقرب منك.
  2. تستنشق جسيم الفيروس ، ويلتصق بالخلايا المبطنة للجيوب الأنفية في أنفك.
  3. يهاجم الفيروس الخلايا المبطنة للجيوب الأنفية وينتج بسرعة فيروسات جديدة.
  4. تنكسر الخلايا المضيفة ، وتنتشر فيروسات جديدة في مجرى الدم لديك وكذلك في رئتيك. نظرًا لأنك فقدت الخلايا المبطنة للجيوب الأنفية ، يمكن أن يتدفق السائل إلى الممرات الأنفية ويسبب لك سيلان الأنف.
  5. تهاجم الفيروسات الموجودة في السائل الذي يقطر عبر حلقك الخلايا المبطنة للحلق وتسبب لك التهابًا في الحلق.
  6. يمكن للفيروسات الموجودة في مجرى الدم مهاجمة خلايا العضلات وتسبب لك آلامًا في العضلات.

يستجيب جهازك المناعي للعدوى ، وفي عملية القتال ينتج مواد كيميائية تسمى البيروجينات التي تسبب ارتفاع درجة حرارة جسمك. هذه حمى يساعدك في الواقع على محاربة العدوى عن طريق إبطاء معدل تكاثر الفيروس ، لأن معظم التفاعلات الكيميائية لجسمك لها درجة حرارة مثالية تبلغ 98.6 درجة فهرنهايت (37 درجة مئوية). إذا ارتفعت درجة حرارتك قليلاً عن هذا ، تتباطأ ردود الفعل. تستمر هذه الاستجابة المناعية حتى يتم التخلص من الفيروسات من جسمك. ومع ذلك ، إذا عطست ، يمكنك نشر آلاف الفيروسات الجديدة في البيئة لانتظار مضيف آخر.


الطفيليات الفطرية والأولية لها دورات حياة معقدة بأشكال متعددة

الفطريات المسببة للأمراض والطفيليات الأولية هي حقيقيات النوى. لذلك يصعب العثور على مخدرات تقتلهم دون قتل المضيف. وبالتالي ، فإن الأدوية المضادة للفطريات والطفيليات غالبًا ما تكون أقل فعالية وأكثر سمية من المضادات الحيوية. السمة الثانية للعدوى الفطرية والطفيلية التي تجعل من الصعب علاجها هي ميل الكائنات المصابة إلى التبديل بين عدة أشكال مختلفة خلال دورات حياتها. غالبًا ما يكون الدواء الفعال في قتل شكل ما غير فعال في قتل شكل آخر ، وبالتالي ينجو من العلاج.

ال فطري يشمل فرع المملكة حقيقية النواة كلا الخلية أحادية الخلية الخمائر (مثل خميرة الخميرة و Schizosaccharomyces pombe) وخيطية ، متعددة الخلايا قوالب (مثل تلك الموجودة في الفاكهة أو الخبز المتعفن). معظم الفطريات المسببة للأمراض الهامة تظهر انخلطا& # x02014 القدرة على النمو سواء في شكل الخميرة أو العفن. غالبًا ما يرتبط انتقال الخميرة إلى العفن أو الانتقال من العفن إلى الخميرة بالعدوى. كبسولات الهستوبلازما، على سبيل المثال ، ينمو كعفن عند درجة حرارة منخفضة في التربة ، لكنه يتحول إلى شكل خميرة عند استنشاقه في الرئة ، حيث يمكن أن يسبب داء النوسجات (الشكل 25-9).

الشكل 25-9

ازدواج الشكل في الفطريات المسببة للأمراض كبسولات الهستوبلازما. (أ) عند درجة حرارة منخفضة في التربة ، الهستوبلازما ينمو كفطر خيطي. (ب) بعد استنشاقه في رئة حيوان ثديي ، الهستوبلازما يخضع للتبديل الصرفي الناجم عن (المزيد).

الطفيليات الأولية دورات حياة أكثر تفصيلاً من الفطريات. تتطلب هذه الدورات في كثير من الأحيان خدمات أكثر من مضيف واحد. الملاريا هي أكثر الأمراض الأولية شيوعًا ، حيث تصيب 200 & # x02013300 مليون شخص كل عام وتقتل 1 & # x020133 مليون منهم. وهو ناتج عن أربعة أنواع من المتصورة، والتي تنتقل إلى البشر عن طريق لدغة أنثى من 60 نوعًا من أنوفيليس البعوض. المتصورة المنجلية& # x02014 أكثر الطفيليات المسببة للملاريا التي تمت دراستها بشكل مكثف & # x02014 موجودة في ما لا يقل عن ثمانية أشكال مميزة ، وتتطلب من كل من مضيفي البعوض والبشر إكمال الدورة الجنسية (الشكل 25-10). تتشكل الأمشاج في مجرى الدم للإنسان المصاب ، لكنها يمكن أن تندمج فقط لتكوين زيجوت في أمعاء البعوضة. ثلاثة من المتصورة الأشكال عالية التخصص للغزو والتكاثر في أنسجة معينة وبطانة أمعاء الحشرات وكبد الإنسان وخلايا الدم الحمراء البشرية.

الشكل 25-10

دورة الحياة المعقدة للملاريا. (أ) الدورة الجنسية المتصورة المنجلية يتطلب مرورًا بين مضيف بشري ومضيف حشرة. (ب) - (د) مسحات دم من المصابين بالملاريا ، تظهر ثلاثة أشكال مختلفة من الطفيلي تظهر (المزيد).

لأن الملاريا منتشرة ومدمرة للغاية ، فقد عملت كضغط انتقائي قوي على السكان في مناطق العالم التي تؤوي أنوفيليس البعوض. فقر الدم المنجلي، على سبيل المثال ، هو اضطراب وراثي متنحي ناتج عن طفرة نقطية في الجين الذي يشفر الهيموجلوبين & # x003b2 سلسلة ، وهو شائع في مناطق أفريقيا التي ترتفع فيها نسبة الإصابة بأخطر أشكال الملاريا (التي تسببها المتصورة المنجلية). تنمو طفيليات الملاريا بشكل سيئ في خلايا الدم الحمراء من مرضى الخلايا المنجلية متماثلة اللواقح أو من حاملي الخلايا غير المتجانسة ، ونتيجة لذلك ، نادرًا ما توجد الملاريا بين حاملي هذه الطفرة. لهذا السبب ، حافظت الملاريا على طفرة الخلايا المنجلية بوتيرة عالية في هذه المناطق من إفريقيا.


كيف يسيطر الفيروس على الخلية المضيفة؟ - مادة الاحياء

على مدار العشرين عامًا الماضية ، ركز البروفيسور هيريون تشوي من معهد سكريبس للأبحاث في فلوريدا ، على فهم العمليات الأساسية التي تمكن الفيروسات المغلفة من دخول الخلايا السليمة واستغلالها. أظهرت البروفيسورة تشوي وفريقها أن بروتينات خلوية معينة مطلوبة لعدوى فيروسات معينة. على سبيل المثال ، يعد وجود بعض مستقبلات المضيف التي ترتبط بالبروتينات السكرية الفيروسية أمرًا ضروريًا لنجاح العدوى بالفيروسات. من خلال تحديد هذه المستقبلات الخلوية ، يهدف البروفيسور تشوي إلى تطوير مجموعة من العلاجات التي تمنع العدوى الفيروسية.
يمكن أن تسبب الفيروسات بعضًا من أكثر الأمراض فتكًا على وجه الأرض. تمكن الطبيعة المعدية للفيروسات من الانتشار السريع بين السكان والتسبب في أوبئة عالمية. على سبيل المثال ، تسبب فيروسات حمى الضنك أحد أكثر الأمراض الفيروسية انتشارًا ، والتي نشأت في إفريقيا وجنوب آسيا. ازدادت الإصابة بهذه العدوى الفيروسية المنقولة عن طريق البعوض على مدى الخمسين عامًا الماضية وانتشرت إلى أكثر من 100 دولة. من المثير للقلق أن حوالي 390 مليون إصابة تحدث كل عام ، منها أكثر من 90 مليون أعراض سريرية واضحة ، وحوالي نصف سكان العالم معرضون للخطر.
تختطف الفيروسات الخلايا المضيفة السليمة ، وتستغل الموارد والآلات الإنجابية للتكاثر السريع. ومع ذلك ، فإن النتيجة الرئيسية للتكاثر السريع هي زيادة خطر حدوث طفرة جينية عشوائية ، والتي يمكن أن تؤدي إلى عدد لا يحصى من السلالات الفيروسية الفريدة. لذلك ، يصعب علاج الفيروسات. قد تصبح اللقاحات التي تستهدف سلالة فيروسية معينة غير فعالة على المدى الطويل. وذلك لأن الفيروسات يمكن أن تتغير جينيًا لتصبح مقاومة للأجسام المضادة التي يفرزها اللقاح. في نهاية المطاف ، يوجد صراع بين البشر والفيروسات ، حيث يقاتل كل طرف للتغلب على العقبات التي أنشأتها المعارضة. يرتبط فيروس نقص المناعة البشرية بسطح الخلية CD4 ، ويؤدي التغيير التوافقي الناجم عن CD4 في البروتين السكري إلى الكشف عن موقع ارتباط مستقبلات القلب ، مما يؤدي إلى مزيد من التغييرات في البروتين السكري الذي يؤدي إلى الاندماج بين الخلية والفيروس. نحن بحاجة ماسة إلى علاجات أكثر فعالية لعلاج الالتهابات الفيروسية. من أجل تحقيق هذا الهدف ، نحتاج إلى زيادة فهمنا للآليات المحددة التي تمكن الفيروسات من دخول الخلايا. لقد أخذنا بحث البروفيسور تشوي وفريقها خطوة أخرى إلى الأمام نحو تحقيق هذا الهدف. أجرى الفريق دراسات مثيرة تسلط الضوء على أهمية كل من العناصر المضيفة والفيروسية اللازمة لعدوى فيروسات معينة. هذا يعني أنه يمكننا في المستقبل تصميم علاجات أكثر استهدافًا وخاصة بالفيروسات.
كيف تدخل الفيروسات الخلايا؟
تتكون الفيروسات بشكل أساسي من عنصرين رئيسيين - جزيء الحمض النووي وغلاف البروتين. تُستخدم بعض هذه البروتينات ، البروتينات السكرية ، للدخول إلى الخلايا السليمة عن طريق الارتباط بمستقبلاتها المحددة الموجودة في غشاء الخلية. بالإضافة إلى ذلك ، التفاعلات مع المستقبلات وعوامل التعلق المختلفة تعزز العدوى. عندما يرتبط البروتين السكري الفيروسي بمستقبلاته ، يتم تشغيل عملية يندمج فيها الأغشية المضيفة والفيروسية وتنتقل المادة الوراثية للفيروس إلى الخلية. قام البروفيسور تشوي بفحص هذه البروتينات السكرية والمستقبلات الخلوية لمجموعة من الفيروسات المختلفة.
مستقبلات الكيموكين ضرورية لعدوى فيروس العوز المناعي البشري
بدأت البروفيسورة تشوي رحلتها في أبحاث الفيروسات بدراسة فيروس نقص المناعة البشرية (HIV). يعد فيروس نقص المناعة البشرية من أخطر المشكلات الصحية العالمية حيث أودى بحياة ما يقرب من 35 مليون شخص. يصيب هذا الفيروس المدمر الخلايا السليمة بما في ذلك الخلايا اللمفاوية التائية والخلايا المتغصنة والضامة (خلايا الجهاز المناعي) والخلايا في الجهاز العصبي المركزي. تشترك هذه المجموعة المتنوعة من الخلايا في عامل واحد - فكلها تعبر عن البروتين CD4 على الغشاء الخلوي. يعمل CD4 كمستقبل لفيروس نقص المناعة البشرية ، وعند ربط الفيروس ، فإنه يساعد على استيعاب الفيروس في الخلية. حدد البروفيسور تشوي اثنين من المستقبلات الكيميائية الرئيسية ، CCR3 و CCR5 ، وهما ضروريان أيضًا لتسهيل الإصابة بفيروس نقص المناعة البشرية. يتم التعبير عن مستقبلات الكيموكين هذه في الخلايا المناعية وتساعد الخلايا على الهجرة إلى مواقع الإصابة. ثم يصيب فيروس نقص المناعة البشرية هذه الخلايا المناعية ، التي يتم جمعها في مواقع الإصابة ، باستخدام مستقبلات الكيموكين المعبر عنها عليها. أظهر الفريق هذا من خلال التلاعب بالخلايا المقاومة لفيروس نقص المناعة البشرية لتصبح عرضة للإصابة بفيروس نقص المناعة البشرية عن طريق التعبير عن مستقبلات CCR5 أو CCR3 وكذلك مستقبل CD4.

حدد البروفيسور تشوي اثنين من المستقبلات الكيميائية الرئيسية ، CCR3 و CCR5 ، التي تسهل الإصابة بفيروس نقص المناعة البشرية كمستقبلات.

يدعم الإنزيم المحول للأنجيوتنسين 2 دخول فيروس السارس إلى الخلايا
عندما اندلع فيروس المتلازمة التنفسية الحادة الوخيمة (سارس) وأحدث الفوضى في عام 2003 ، انضم البروفيسور تشو مع البروفيسور مايكل فزان إلى حملة السارس الصليبية على المدى الطويل ، وحددوا مستقبل فيروس السارس ، الإنزيم المحول للأنجيوتنسين 2 (ACE2) ، في بسرعة البرق. تم اكتشاف السارس لأول مرة في فبراير 2003 ، وحدد معملا فرزان وتشوي ACE2 بحلول صيف نفس العام. يعد تحديد ACE2 مهمًا جدًا ليس فقط من أجله ولكن أيضًا للتأكيد العلمي لطيور الزباد كمصدر مباشر لفيروس السارس. اكتشف فريق Choe / Farzan نفسه أن البقعة المميتة لفيروس السارس المستمدة من تفشي عام 2003 يمكن أن تستخدم جزيئات ACE2 والزباد البشري لإصابة الخلايا بكفاءة ، ولكن السلالة الخفيفة المعزولة من التفشي الخافت في العام التالي استخدمت بكفاءة الزباد ACE ولكن ليس آيس البشري. هذا الاكتشاف بالغ الأهمية ، لأنه يشرح على المستوى الجزيئي لماذا وكيف يمكن لسلالات 2003 من فيروس سارس أن تقفز بسهولة إلى البشر بينما سلالات 2004 لا تستطيع ذلك ، ويساعد على التنبؤ بالحيوانات التي يمكن أو لا يمكن أن تكون حاملة لفيروسات السارس. لاحقًا ، جنبًا إلى جنب مع الإجراءات الاحترازية الأخرى ، ساهم القضاء على تجارة الزباد في أسواق الحيوانات في إنهاء تفشي مرض السارس. إصابة الخلايا البطانية الجنينية البشرية. تستخدم فيروسات أرينا في العالم الجديد مستقبل الترانسفيرين 1 لغزو الخلايا
ألهم هذا البحث الرائد البروفيسور تشوي للتحقيق في العمليات التي تدخل من خلالها فيروسات أخرى الخلايا وتتلاعب بها ، على سبيل المثال فيروسات أرينا في العالم الجديد بما في ذلك فيروسات ماتشوبو وجواناريتو وجونين وسابيا. تسبب هذه الفيروسات حمى نزفية فعلية في البشر مع معدلات وفيات تصل إلى 30٪. أظهر البحث الذي أجراه الفريق أن مستقبل الترانسفيرين 1 (TfR1) له تقارب كبير لدخول البروتين السكري لفيروس ماتشوبو. تلاعب الفريق بخلايا الهامستر ، غير المعرضة لفيروس ماتشوبو ، للتعبير عن TfR1 البشري ، ووجدوا أن هذه الخلايا أصيبت بفيروس ماتشوبو. لوحظت هذه الظاهرة بواسطة TfR1 البشري ، ولكن ليس بواسطة بروتين وثيق الصلة ، TfR2. وجد الفريق أيضًا أن TfR1 البشري استخدم من قبل جميع فيروسات العالم الجديد الفتاكة الأخرى لغزو الخلايا. علاوة على ذلك ، درس الفريق استراتيجيات مختلفة يمكن استخدامها لتثبيط عدوى فيروس أرينا. من المعروف أن استنفاد الحديد يعزز تخليق بروتين TfR1. لذلك ، أظهر البروفيسور تشوي أن مكملات الحديد تقلل من كفاءة الإصابة بفيروسات أرينا العالم الجديد الحمى النزفية مثل جونين وماتشوبو. بالإضافة إلى ذلك ، أظهر الفريق أن استخدام الأجسام المضادة TfR1 يمكن أن يمنع تفاعل مستقبلات الفيروس بشكل فعال ، مما يعني أن البروتين السكري الفيروسي لا يمكنه الارتباط بهذا المستقبل وبالتالي لا يمكنه دخول الخلايا.
تقليد أبوبوتيك
في الآونة الأخيرة ، شارك مختبر Choe في العديد من الدراسات المهمة التي تركز على ما يسمى "مستقبلات الفوسفاتيديل سيرين (PS)". يلعب PS دورًا رئيسيًا في عملية موت الخلايا المبرمج (موت الخلايا المبرمج). في الخلايا السليمة ، تضمن الإنزيمات ، المسماة flippases ، النشطة أن PS محصورة في الجانب الداخلي من الغشاء الخلوي. ومع ذلك ، أثناء موت الخلايا المبرمج ، يتم تعطيل flippases وتعمل الإنزيمات scramblases على PS ، مما يتسبب في تعرض هذا الفسفوليبيد على الجانب الخارجي من الغشاء الخلوي. يعمل هذا PS المكشوف على الخلايا المبرمجة كإشارة "أكل لي" ترتبط بمستقبلات PS التي يتم التعبير عنها على البلاعم (نوع من الخلايا المناعية) ويحثها على ابتلاع الخلايا المبرمج.
أظهر مختبر Choe أن العديد من الفيروسات المغلفة تستخدم مستقبلات PS هذه لدخول الخلايا. توصف هذه الظاهرة بـ "محاكاة موت الخلايا المبرمج" ، لأن الفيروسات تعرض PS على سطح غشاءها ، محاكية الخلايا الأبوطوزية. غشاء الفيروسات المغلف مشتق من الغشاء الخلوي ، ولأن الفيروسات لا تحتوي على flippases ، فإن PS الموجود على الجانب الداخلي من غشاء الفيروس يتخبط إلى الجانب الخارجي مع مرور الوقت. These viruses, ‘disguised’ as apoptotic bodies, are engulfed by macrophages and other cells that express PS receptors, resulting in the infection of those cells. Zika virus’ ability to use AXL allows it to efficiently infect fetal endothelial cells, which helps Zika virus to easily cross the placental barrier and access the fetus. On the other hand, West Nile and dengue viruses do not efficiently use AXL, and thus cannot easily cross the placental barrier. Of various PS receptors, one that is most frequently and efficiently used by a wide range of enveloped viruses is TIM1. TIM1 is expressed on immune cells and helps infection of these cells by many dangerous viruses. Therefore, although the role of the PS receptors is to facilitate immune cells to engulf apoptotic cells dying of pathogen invasion, they end up promoting virus infection of those cells. As these PS receptors are not specific for certain viruses, they are not virus ‘receptors’ but described as ‘attachment factors’. Nonetheless, they are not less important than virus-specific receptors in helping viruses to gain entry into target cells. Many enveloped viruses take advantage of PS receptors to infect target cells. These include, but not limited to, ebola, dengue, and West Nile viruses.

The Choe laboratory have shown that many enveloped viruses utilise these PS receptors to enter cells.

AXL and Zika virus interaction
Currently, Professor Choe and her colleagues are investigating another PS receptor, AXL, which specifically aids Zika virus infection, a flavivirus, although all flaviviruses are very similar in their genetic material and shape. Interestingly, the team found that AXL does not support the entry of other flaviviruses. AXL is found on fetal endothelial cells, therefore the Zika virus can interact with AXL and infect fetal endothelial cells, whereas other flaviviruses such as West Nile and dengue viruses cannot. This observation is of great importance because it explains how Zika virus can breach the placental barrier and spread via fetal circulation to the brain. The infection of the fetal brain with Zika virus can be life-threatening and cause the devastating condition, microcephaly, characterised by a smaller than normal head size, potentially resulting in physical and/or mental retardation of the babies born with it.
Future research
Overall, the research of Professor Choe and her team has greatly helped our understanding of how different viruses infect healthy cells by using a range of host and viral proteins and exploiting a wide range of biochemical, biophysical and virological techniques. However, there are many questions that remain unanswered that the Choe laboratory aims to explore: I) Do flaviviruses, including Zika virus, actively enhance PS incorporation into the virion membrane, thereby ensuring efficient infection of neighbouring cells? ii) Why Zika virus, but not other flaviviruse, uses AXL and cross the placental barrier?, and iii) How does the use of the PS receptors help the transmission from the vector to the host? Investigating these essential questions will take the team one step further to developing effective treatments to fight against these devastating viruses.

  • Choe, H., Farzan, M., Sun, Y., Sullivan, N., Rollins, B., Ponath, P.D., Wu, L., Mackay, C.R., LaRosa, G., Newman, W. and Gerard, N., Sodroski J. 1996. The β-chemokine receptors CCR3 and CCR5 facilitate infection by primary HIV-1 isolates. Cell, 85(7), pp.1135-1148.
  • Li, W., Moore, M.J., Vasilieva, N., Sui, J., Wong, S.K., Berne, M.A., Somasundaran, M., Sullivan, J.L., Luzuriaga, K., Greenough, T.C. and Choe, H., Farzan M. 2003. Angiotensin-converting enzyme 2 is a functional receptor for the SARS coronavirus. Nature, 426(6965), p.450.
  • Radoshitzky, S.R., Abraham, J., Spiropoulou, C.F., Kuhn, J.H., Nguyen, D., Li, W., Nagel, J., Schmidt, P.J., Nunberg, J.H., Andrews, N.C. and Farzan, M., Choe. H. 2007. Transferrin receptor 1 is a cellular receptor for New World haemorrhagic fever arenaviruses. Nature, 446(7131), p.92.
  • Jemielity, S., Wang, J.J., Chan, Y.K., Ahmed, A.A., Li, W., Monahan, S., Bu, X., Farzan, M., Freeman, G.J., Umetsu, D.T. and DeKruyff, R.H., Choe H. 2013. TIM-family proteins promote infection of multiple enveloped viruses through virion-associated phosphatidylserine. PLoS pathogens, 9(3), p.e1003232.
  • Richard, A.S., Zhang, A., Park, S.J., Farzan, M., Zong, M. and Choe, H. 2015. Virion-associated phosphatidylethanolamine promotes TIM1-mediated infection by Ebola, dengue, and West Nile viruses. Proceedings of the National Academy of Sciences, 112(47), pp.14682-14687.
Research Objectives
Professor Choe and her team study how the TIM family of phosphatidylserine receptors promote infections of a wide range of enveloped viruses including filoviruses and flaviviruses such as West Nile, dengue and Zika viruses. They are continuing with their efforts to identify and characterise host factors, which modulate virus infection, and use their insight to develop strategies to inhibit viral replication.
التمويل
NIH
السيرة الذاتية
Hyeryun Choe, Professor in the Department of Immunology and Microbiology at Scripps-FL received her PhD degree from Pennsylvania State University. Since then, she identified or involved in identifying receptors for three important viruses: HIV-1, SARS virus and New World hemorrhagic fever viruses. Before joining Scripps-FL, she was Associate Professor at Harvard Medical School, Boston, MA, USA.
Audrey Stephanie Richard studied molecular and cellular biology at University of Lille 2, Lille, France, where she received her PhD degree. She is currently working with Prof Choe as Staff Scientist at Scripps-FL, and played an essential role in discovering the crucial difference between Zika virus and other closely-related flaviviruses.
اتصل
Hyeryun Choe , PhD
Department of Immunology and Microbiology
The Scripps Research Institute
130 Scripps Way
Jupiter, Florida 33458, USA
E: [email protected]
T: +1 561 228 2440
W: www.scripps.edu/research/faculty/choe

Influenza Viruses

Influenza viruses are simple entities belonging to one of three types: A, B, or C. They consist of no more than seven or eight RNA segments enclosed within an envelope of proteins. Mutations in viral RNA and recombinations of RNA from different sources lead to viral evolution.

Antigenic Drift

Influenza viruses can evolve in a gradual way through mutations in the genes that relate to the viral surface proteins hemagglutinin and neuraminidase (HA and NA in shorthand). These mutations may cause the virus’s outer surface to appear different to a host previously infected with the ancestor strain of the virus. In such a case, antibodies produced by previous infection with the ancestor strain cannot effectively fight the mutated virus, and disease results. (Hemagglutinin and neuraminidase lend their first initials to flu subtypes. For example, the 2009 influenza pandemic was caused by an influenza A H1N1 virus.) As mutations accumulate in future generations of the virus, the virus “drifts” away from its ancestor strain.

Antigenic drift is one reason that new flu vaccines often need to be created for each flu season. Scientists try to predict which changes are likely to occur to currently circulating flu viruses. They create a vaccine designed to fight the predicted virus. Sometimes the prediction is accurate, and the flu vaccine is effective. Other times the prediction misses the mark, and the vaccine won’t prevent disease.

Antigenic Shift

Antigenic shift is a process by which two or more different types of influenza A combine to form a virus radically different from the ancestor strains. The virus that results has a new HA or NA subtype. Antigenic shift may result in global disease spread, or pandemic, because humans will have few or no antibodies to block infection. However, if the new influenza A subtype does not easily pass from person to person, the disease outbreak will be limited.

Antigenic shift occurs in two ways. First, antigenic shift can occur through genetic recombination, or reassortment, when two or more different influenza A viruses infect the same host cell and combine their genetic material. Influenza A viruses can infect birds, pigs, and humans, and major antigenic shifts can occur when these virus types combine. For example, a pig flu virus and a human flu virus could combine in a bird, resulting in a radically different flu type. If the virus infects humans and is efficiently transmitted among them, a pandemic may occur.

Second, an influenza A virus can jump from one type of organism, usually a bird, to another type of organism, such as a human, without undergoing major genetic change. If the virus mutates in the human host so that it is easily spread among people, a pandemic may result.

In all cases, antigenic shift produces a virus with a new HA or NA subtype to which humans have no, or very few, preexisting antibodies. Once scientists are able to identify the new subtype, a vaccine can generally be created that will provide protection from the virus.

Why does antigenic shift occur only with influenza A, and not influenza B and C? Influenza A is the only influenza type that can infect a wide variety of animals: humans, waterfowl, other birds, pigs, dogs, and horses. Recombination possibilities, therefore, are very low or nonexistent with influenza B and C.

A pandemic had the potential to occur in the bird flu outbreaks in 2003 in Asia. An H5N1 influenza A virus spread from infected birds to humans, resulting in serious human disease. But the virus has not evolved to be easily spread among humans, and an H5N1 pandemic has not occurred.


When a virus enters a cell it relies on the molecular machinery of its host to help it replicate. In particular, the virus relies on the ribosomes in the host cell to translate viral messenger RNA (mRNA) into polypeptides. Many viruses also impair the translation of cellular mRNA, via a process termed “host shutoff”, in order to prevent the production of anti-viral, host defense proteins. For example, poliovirus does this by inactivating a translation factor that is required to load ribosomes onto host mRNAs, all of which have a type of "cap" called an "m 7 G cap". Moreover, while the translation of these mRNAs is being suppressed, host ribosomes are involved in the translation of poliovirus mRNA, which does not have a cap: this is possible without the translation factor because poliovirus mRNA has an internal entry site for ribosomes (Jan et al., 2016). However, the mechanisms responsible for host shutoff in viruses that have mRNAs with m 7 G-caps, such as influenza A virus, have remained enigmatic.

Numerous mechanisms have been proposed to explain host shutoff by influenza A virus (IAV). One of these involves the viral mRNAs “stealing” capped fragments originally thought to be derived from cellular pre-mRNAs, followed by extension into mRNA (Koppstein et al., 2015). Other mechanisms put forward include the preferential translation of viral mRNA (Park and Katze, 1995), the degradation of cellular mRNA (Beloso et al., 1992), inhibiting the formation of cellular pre-mRNA (Nemeroff et al., 1998), the degradation of cellular RNA polymerase II (Rodriguez et al., 2007), and the retention of host mRNA in the cell nucleus (Fortes et al., 1994).

Now, in eLife, Noam Stern-Ginossar of the Weizmann Institute of Science and colleagues – including Adi Bercovich-Kinori and Julie Tai as joint first authors – report how they have combined RNA sequencing (which measures the abundance of different mRNAs) with ribosome profiling (which gives a measure of mRNA translation or protein synthesis (Ingolia, 2016)) to produce a genome-wide map that illustrates changes in the abundance and translation of both host and viral mRNA across the IAV replication cycle (Bercovich-Kinori et al., 2016). Unexpectedly they found that host and viral mRNAs were both translated with similar efficiencies, indicating that viral mRNAs were not preferentially translated relative to host mRNAs. Instead, IAV-induced host shutoff primarily originates from a reduced abundance of cellular mRNA and from the high levels of viral mRNA in both the nucleus and cytoplasm. Fluorescence-based measurements confirmed these findings and revealed that the reduced abundance of cellular mRNA has its origins in the nucleus. This likely involves an RNA endoribonuclease called PA-X, which is encoded in the genome of IAV, stimulating the decay of cellular mRNA (Khaperskyy et al., 2016).

Significantly, Bercovich-Kinori et al. – who are based at the Weizmann Institute, the Chaim Sheba Medical Center and Tel-Aviv University – found that the sensitivity of host mRNAs to IAV-induced host shutoff was not uniform, and that certain host mRNAs resisted IAV-induced decay. For example, shorter and more GC-rich host mRNAs were less impacted by IAV-induced decay. Furthermore, host mRNAs encoding proteins that maintain vital cellular processes (such as the proteins that maintain oxidative phosphorylation) were less perturbed by IAV because such processes support the replication of the virus. Thus, IAV infection effectively sculpts the total pool of mRNA in virus-infected cells, allowing select host mRNAs that are important for virus replication to persist and be translated.

Exploring further Bercovich-Kinori et al. noticed that a number of host mRNAs – those that are translated when eIF2α, a subunit of eukaryotic initiation factor 2, is phosphorylated – were enriched on ribosomes in IAV-infected cells. The phosphorylation of eIF2α is a response to physiological stress, including viral infection, that restricts overall protein synthesis (Jan et al., 2016), while stimulating the translation of select mRNAs that are required for stress responses. The researchers found evidence for increased levels of eIF2α phosphorylation at 4 hours post infection, and for much reduced levels at 8 hours post infection. Thus, while eIF2α phosphorylation is traditionally antiviral, the changes observed during IAV infection illustrate how a virus might benefit from this stress-response program. It is conceivable, therefore, that other stress-responsive host mRNAs that encode antiviral functions might restrict the replication of IAV, albeit incompletely. We do not know how viral mRNAs are translated when the levels of eIF2α phosphorylation transiently increase, but the overwhelming abundance of viral mRNAs may simply enhance the likelihood of capturing ribosomes carrying unphosphorylated eIF2α.

The study by Bercovich-Kinori et al. has broad implications in infection biology. Host shutoff enforced by viral domination of the mRNA pool has the advantage of preserving the cellular machinery needed for the translation of mRNAs with m 7 G caps. Instead of inactivating cellular translation factors, or relying on the preferential translation of viral mRNA, the mRNA pool can be remodeled via mRNA decay. This could allow the virus to better take advantage of critical host processes. Strikingly, the genomes of herpesviruses, poxviruses and coronaviruses, which all produce m 7 G-capped mRNAs, also encode proteins that can stimulate mRNA decay and, therefore remodel the mRNA pool inside cells (Abernathy and Glaunsinger, 2015 Jan et al., 2016). The extent to which the domination of the mRNA pool by viral mRNA drives host shutoff, or if similar host mRNAs resist virus-induced mRNA decay in cells infected with these different viruses, remains to be explored. Likewise, the latest work also illustrates how remodeling of the mRNA pool by mRNA decay, coupled with new transcription, might rapidly reprogram gene expression, and therefore potentially impact the stress responses of uninfected cells to a range of physiological stimuli.

How influenza virus A drives virus-induced host shutoff.

Top left: Pools of host mRNAs (green lines) in the nucleus (blue) and cytoplasm (grey) in uninfected cells. The 5' end of each mRNA has an m 7 G cap (light green filled). Lower right: Influenza virus A (IAV) mRNAs (salmon lines) dominate the mRNA pool in virus-infected cells. The 5’-end of viral mRNAs contain m 7 G-caps and 5’-proximal sequences derived from host RNAs. The abundance of host mRNAs within the nucleus is reduced by IAV: this is probably caused by an RNA endonuclease called PA-X. Some of the host mRNAs resistant to IAV-induced decay are shown within the cytoplasm (inside the dotted box): besides being shorter and more GC-rich than host mRNAs that are not resistant to IAV-induced decay, some of these mRNAs are stress-responsive and are translated when eIF2α is phosphorylated (see text). m 7 G: methyl-7-guanosine.



تعليقات:

  1. Arashijora

    لا بأس ، هذه الرسالة المسلية

  2. Zameel

    لدي موقف مشابه. دعنا نناقش.

  3. Sheiling

    موضوع لا تضاهى ، أنا أحب ذلك))))

  4. Luxman

    برافو ، هذه الفكرة الرائعة ضرورية بالمناسبة



اكتب رسالة