فيروس الكلور

فيروس الكلوروفيروس ، المعروف أيضًا باسم فيروس الكلوريلا، هو جنس من الفيروسات العملاقة ذات الحمض النووي المزدوج، وينتمي إلى عائلة الفيروسات الطحلبية . ينتشر هذا الجنس عالميًا في بيئات المياه العذبة ^{[ 1 ]} حيث تعمل الطحالب المجهرية في المياه العذبة كمضيفات طبيعية. يضم هذا الجنس 20 نوعًا ضمن 3 أجناس فرعية. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

اكتُشف فيروس الكلوروفيروس عام 1981 على يد راسل هـ. مينتس، وجيمس ل. فان إيتن، ودانيال كوتشمارسكي، وكيت لي، وباربرا أنج، أثناء محاولتهم استزراع طحالب شبيهة بالكلوريلا . خلال هذه المحاولة، وُجدت جزيئات الفيروس في الخلايا بعد ساعتين إلى ست ساعات من عزلها، ثم تحللت بعد 12 إلى 20 ساعة. سُمّي هذا الفيروس في البداية HVCV (فيروس هيدرا فيريديس كلوريلا) لأنه وُجد لأول مرة أنه يُصيب طحالب شبيهة بالكلوريلا . ^{[ 4 ] [ 5 ]}

على الرغم من حداثة وجوده نسبياً لدى علماء الفيروسات، وبالتالي عدم دراسته على نطاق واسع، فقد اكتُشف مؤخراً أن نوعاً واحداً من الفيروسات، وهو فيروس الكلوروفيروس ATCV-1 ، الشائع وجوده في البحيرات، يصيب البشر. ^{[ 6 ]} كما تظهر حالياً دراسات جديدة تركز على آثار العدوى في نماذج الفئران. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

فيروس الكلوروفيروس هو جنس من الفيروسات العملاقة ذات الحمض النووي المزدوج (dsDNA) التابعة لعائلة فيروسات الفيكودنافيريداي ، ومجموعة بالتيمور 1: فيروسات الحمض النووي المزدوج . يحتوي هذا الجنس على الأنواع التالية، مرتبة حسب الجنس الفرعي والاسم العلمي، متبوعة بالفيروس النموذجي لكل نوع: ^{[ 3 ]}

تنتشر فيروسات الكلوروفيروس على نطاق واسع في بيئات المياه العذبة في جميع أنحاء العالم، وقد عُزلت من مصادر المياه العذبة في أوروبا وآسيا وأستراليا ، بالإضافة إلى أمريكا الشمالية والجنوبية . [ 1 ^{] [ 8 ] تشمل العوائل} الطبيعية لفيروسات الكلوروفيروس أنواعًا مختلفة من الطحالب وحيدة الخلية حقيقية النواة الشبيهة بالكلوريلا، حيث يصيب كل نوع من الفيروسات عادةً سلالةً محددةً فقط. ومن المعروف أن هذه الطحالب المضيفة تُقيم علاقات تكافلية داخلية مع كائنات أولية أكبر حجمًا، مثل البراميسيوم بورزاريا (من الهدبيات )، والأكانثوسيستيس تورفاسيا (من مركزيات الشمس )، والهيدرا فيريديس (من الهيدرويات ). ^{[ 9 ]} في حين أن الكائن الأولي الواحد قد يؤوي ما يصل إلى عدة مئات من خلايا الطحالب في أي وقت، فإن الطحالب الطافية الحرة شديدة الحساسية لفيروسات الكلوروفيروس، مما يشير إلى أن هذا التكافل الداخلي يوفر لها مقاومةً للعدوى. ^{[ 10 ]}

تتفاوت تركيزات فيروسات الكلوروفيروس باختلاف الفصول والمواقع، ولكنها تتراوح عادةً بين 1 و100 وحدة تشكيل لويحة/مل، مع إمكانية وجود تركيزات عالية تصل إلى 100,000 وحدة تشكيل لويحة/مل في بعض البيئات. ونظرًا للتنوع الجيني الغني والتخصص العالي لكل نوع فيما يتعلق بنطاق العدوى، فإن الاختلافات في بيئتها ليست بالأمر غير المألوف، مما ينتج عنه أنماط مكانية وزمانية فريدة، تعتمد في نهاية المطاف على نمط حياة وطبيعة العائل. وعلى هذا النحو، أبرزت بيانات المسح السابقة ذروتين موسميتين بارزتين في وفرة فيروسات الكلوريلا المتغيرة NC64A وفيروسات الكلوريلا المتغيرة Syngen - إحداهما في أواخر الخريف، والأخرى في أواخر الربيع إلى منتصف الصيف - وهو ما يُعزى على الأرجح إلى اشتراكهما في نوع العائل نفسه. في المقابل، بلغت فيروسات الكلوريلا heliozoae SAG ذروتها في أوقات مختلفة من السنة، وأظهرت عمومًا تباينًا أكبر في تركيزاتها، مقارنةً بفيروسات NC64A وSyngen. ^{[ 1 ]} بالإضافة إلى ذلك، كشفت الدراسات أن فيروسات الكلورو تُظهر بعض المرونة في مواجهة انخفاض درجات الحرارة المُلاحظ خلال فصل الشتاء، والذي يتميز بوجود جزيئات مُعدية تحت طبقات الجليد في بركة لإدارة مياه الأمطار في أونتاريو، كندا . ^{[ 11 ]} علاوة على ذلك، يُشير ديلونغ وآخرون (2016) إلى أن افتراس القشريات الصغيرة قد يلعب دورًا غير مباشر في تقلبات تركيز الفيروسات، حيث يؤدي تحلل خلايا الطلائعيات التي تمر عبر الجهاز الهضمي إلى تحرير أعداد كبيرة من الطحالب وحيدة الخلية التي تُصبح عُرضة للعدوى الفيروسية نتيجةً لاضطراب التكافل الداخلي. ^{[ 10 ]} بشكل عام، لا يعتمد التواجد الموسمي لفيروسات الكلورو على نوع العائل فحسب، بل يعتمد أيضًا على وفرة الكائنات الحية الدقيقة الأخرى، والحالة الغذائية العامة، والظروف البيئية. ^{[ 12 ]}

تستطيع الفيروسات الكلورية، مجتمعةً، التأثير في الدورات البيوجيوكيميائية العالمية من خلال تجدد العوالق النباتية . ومن المعروف أن طحلب الكلوريلا ، عند وجوده مع أنواع أخرى من الطحالب المجهرية مثل الميكروسيستيس إيروجينوزا ، يُسبب ازدهارًا طحلبيًا سامًا يستمر عادةً من فبراير إلى يونيو في نصف الكرة الشمالي، مما يؤدي إلى استنزاف الأكسجين ونفوق الكائنات الحية الأكبر حجمًا في بيئات المياه العذبة. ^{[ 13 ] [ 14 ]} يؤدي التحلل الخلوي للطحالب وحيدة الخلية بواسطة الفيروسات الكلورية إلى إنهاء ازدهار الطحالب وإطلاق الكربون والنيتروجين والفوسفور المحتجز في الخلايا، مما ينقلها إلى مستويات غذائية أدنى ، وبالتالي يُغذي السلسلة الغذائية. ^{[ 12 ]}

تتميز فيروسات جنس الكلوروفيروس بغلافها، وشكلها الهندسي الكروي أو ذو العشرين وجهًا، وتناظرها من حيث عدد التثليث (T=169 ). يبلغ قطرها حوالي 100-220  نانومتر. أما جينوماتها فهي خطية، وعادةً ما تكون أحادية النسخة، وتتكون من حمض نووي مزدوج السلسلة ( dsDNA  )، ويبلغ طولها حوالي 330 كيلوبايت. وينتهي الحمض النووي المزدوج السلسلة بنهاية على شكل دبوس شعر. كما تحتوي الجينومات غالبًا على عدة مئات من إطارات القراءة المفتوحة . ^{[ 2 ]} تُشفّر فيروسات الكلوروفيروس، كمجموعة، بروتينات من 632 عائلة؛ ومع ذلك، لا يحتوي كل فيروس على حدة إلا على 330 إلى 416 جينًا مُشفّرًا للبروتين. وكجزء من أنظمة تعديل الحمض النووي، تحتوي فيروسات الكلوروفيروس على قواعد مثيلة في أجزاء محددة من تسلسل الحمض النووي الخاص بها. كما تحتوي بعض فيروسات الكلوروفيروس على إنترونات وإنترونات ، على الرغم من ندرة ذلك ضمن هذا الجنس. ^{[ 9 ]}

يبلغ قطر فيروس باراميسيوم بورزاريا كلوريلا 1 (PBCV-1) 190  نانومترًا ^{[ 9 ]} وله محور خماسي. ^{[ 15 ]} يحتوي أحد أوجهه على نتوء بارز عند نقطة اتصاله، وهو أول جزء من الفيروس يلامس عائله. ^{[ 16 ]} يغطي الغلاف الخارجي غشاءً ثنائي الطبقة من الدهون، مُستمد من الشبكة الإندوبلازمية للعائل . ^{[ 15 ]} تحتوي بعض الوحدات الفرعية على الغلاف الخارجي على ألياف تمتد بعيدًا عن الفيروس للمساعدة في التصاقه بالعائل. ^{[ 17 ] [ 16 ]}

تُصيب الفيروسات الكلورية أنواعًا معينة من الطحالب الخضراء وحيدة الخلية، حقيقية النواة، الشبيهة بالكلوريلا، والتي تُسمى زوكلوريلا ، وهي شديدة التخصص بنوعها، بل وحتى سلالتها. تُقيم هذه الزوكلوريلا عادةً علاقات تكافلية داخلية مع البراميسيوم بورزاريا ، والهيدرا فيريديس ، والأكانثوسيستيس تورفاسيا، وغيرها من اللافقاريات والأوليات في المياه العذبة والمالحة. لا تستطيع الفيروسات إصابة الزوكلوريلا عندما تكون في طور التكافل، ولا يوجد دليل على نمو الزوكلوريلا بمعزل عن عوائلها في المياه الطبيعية. ^{[ 18 ]} وقد وُجد مؤخرًا أن الفيروسات الكلورية تُصيب البشر أيضًا، مما أدى إلى إجراء دراسات على العدوى في الفئران كذلك. ^{[ 6 ]}

في النماذج ثلاثية الأبعاد لفيروس PBCV-1، يُلاحظ أن البروتين الشوكي يلامس أولًا جدار الخلية المضيفة ^{[ 21 ]} ، ويساعده في ذلك أليافٌ لتثبيت الفيروس على الخلية المضيفة. يُعدّ ارتباط PBCV-1 بمستقبله شديد التخصص، وهو مصدر رئيسي للحدّ من نطاق عوائل الفيروس. تسمح الإنزيمات المرتبطة بالفيروس بتحلل جدار الخلية المضيفة، ويندمج الغشاء الداخلي للفيروس مع غشاء الخلية المضيفة. يسمح هذا الاندماج بنقل الحمض النووي الفيروسي والبروتينات المرتبطة بالفيروس إلى الخلية المضيفة، كما يُحفّز إزالة استقطاب غشاء الخلية المضيفة. يُفترض أن هذا يحدث بسبب قناة بوتاسيوم مُشفّرة في الفيروس . تشير الدراسات إلى أن هذه القناة موجودة داخل الفيروس، وتعمل كغشاء داخلي يُطلق أيونات البوتاسيوم من الخلية، مما قد يُساعد في طرد الحمض النووي الفيروسي والبروتينات من الخلية الفيروسية إلى الخلية المضيفة. يُعتقد أيضًا أن إزالة استقطاب غشاء الخلية المضيفة تمنع العدوى الثانوية من فيروس آخر أو نواقل ثانوية. ^{[ 19 ]}

لأن فيروس PBCV-1 لا يحتوي على جين بوليميراز الحمض النووي الريبي ، فإن حمضه النووي والبروتينات المرتبطة به تنتقل إلى النواة حيث تبدأ عملية النسخ بعد 5-10 دقائق من الإصابة. يُعزى هذا النسخ السريع إلى مُكوِّن ما يُسهِّل انتقال الحمض النووي الفيروسي إلى النواة. يُفترض أن هذا المُكوِّن هو نتاج جين PBCV-a443r ، الذي يُنتج تراكيب تُشبه البروتينات المُشاركة في النقل النووي في خلايا الثدييات.

تنخفض معدلات نسخ الحمض النووي في الخلية المضيفة خلال هذه المرحلة المبكرة من العدوى، ويُعاد برمجة عوامل النسخ في الخلية المضيفة لنسخ الحمض النووي الفيروسي الجديد. بعد دقائق من الإصابة، يبدأ تحلل الحمض النووي الصبغي للخلية المضيفة. يُفترض أن هذا يحدث من خلال إنزيمات القطع المحددة للحمض النووي المشفرة والمُعبأة بواسطة فيروس PBCV-1 . يُثبط تحلل الحمض النووي الصبغي للخلية المضيفة عملية النسخ فيها. ينتج عن ذلك أن 33-55% من جزيئات mRNA متعددة الأدينين في الخلية المصابة تكون من أصل فيروسي بعد 20 دقيقة من الإصابة الأولية. ^{[ 22 ]}

يبدأ تضاعف الحمض النووي الفيروسي بعد 60 إلى 90 دقيقة، ويتبعه نسخ الجينات المتأخرة داخل الخلية المضيفة. بعد حوالي 2-3 ساعات من الإصابة، يبدأ تجميع قفيصات الفيروس. يحدث هذا في مناطق محددة من السيتوبلازم، وتصبح قفيصات الفيروس بارزة بعد 3-4 ساعات من الإصابة الأولية. بعد 5-6 ساعات من الإصابة بفيروس PBCV-1، يمتلئ سيتوبلازم الخلية المضيفة بجزيئات الفيروس الوليدة المعدية. بعد ذلك بفترة وجيزة (6-8 ساعات بعد الإصابة)، يؤدي التحلل الموضعي للخلية المضيفة إلى إطلاق الفيروسات الوليدة. يتم إطلاق حوالي 1000 جسيم من كل خلية مصابة، يشكل حوالي 30% منها لويحات . ^{[ 19 ]}

في الطحالب المصابة بفيروسات الكلوروفيروس، تكون النتيجة تحللها ، وبالتالي موتها. ولذلك، تُعد فيروسات الكلوروفيروس آلية مهمة لإنهاء تكاثر الطحالب، وتلعب دورًا حيويًا في إمداد عمود الماء بالعناصر الغذائية ^{[ 17 ]} (انظر قسم البيئة لمزيد من المعلومات). كما أن فيروسات الكلوروفيروس قادرة على تغيير بنية جدار الخلايا المصابة. تحتوي بعض فيروسات الكلوروفيروس على جينات سينثاز الكيتين (CHS)، بينما تحتوي أخرى على جينات سينثاز الهيالورونان (HAS)، مما يحفز تكوين ألياف حساسة للكيتين أو ألياف حساسة للهيالورونان على التوالي. على الرغم من أن وظيفة إنتاج طبقة ليفية غير معروفة بشكل قاطع، يُعتقد أن هذه الألياف قد: تمنع امتصاص الخلية المصابة من قِبل الأوليات التكافلية، مما يؤدي إلى هضم الخلية المتحللة؛ أو تصيب عائلًا آخر يمتص الطحالب المغطاة بالألياف؛ أو تتحد مع خلايا أخرى مصابة ومغطاة بالألياف. إن القدرة على ترميز الإنزيمات التي تحفز تخليق الهيالورونان (حمض الهيالورونيك) لا توجد في أي فيروسات أخرى. ^{[ 23 ]}

تم مؤخرًا اكتشاف الحمض النووي لفيروس الكلوروفيروس ATCV-1 في عينات من البلعوم الفموي البشري . قبل ذلك، لم يكن معروفًا أن فيروس الكلوروفيروس يصيب البشر، لذا فإن المعلومات المتوفرة حول العدوى لدى البشر محدودة. وقد تبين أن المصابين يعانون من تأخر في الذاكرة وضعف في الانتباه. كما أظهر المصابون بفيروس ATCV-1 انخفاضًا في القدرة على معالجة المعلومات البصرية وبطءًا في سرعة الحركة البصرية. وقد أدى ذلك إلى تراجع عام في القدرة على أداء المهام التي تعتمد على الرؤية والتفكير المكاني. ^{[ 6 ]}

أُجريت دراسات على الفئران المصابة بفيروس ACTV-1 بعد اكتشاف قدرة فيروس الكلوروفيروس على إصابة البشر. أظهرت الدراسات التي أُجريت على الفئران المصابة تغيرات في مسار Cdk5 ، الذي يُساعد في التعلم وتكوين الذاكرة، بالإضافة إلى تغيرات في التعبير الجيني في مسار الدوبامين . ^{[ 6 ]} علاوة على ذلك، وُجد أن الفئران المصابة أقل اجتماعية، حيث تتفاعل بشكل أقل مع الفئران المُرافقة المُضافة حديثًا مقارنةً بمجموعة الضبط. كما أمضت الفئران المصابة وقتًا أطول في الجزء المُضاء من حجرة الاختبار، بينما مالت فئران الضبط إلى تفضيل الجانب المُظلم وتجنب الضوء. يُشير هذا إلى انخفاض القلق مع الإصابة بفيروس ACTV-1. كانت فئران الاختبار أيضًا أقل قدرة على التعرف على جسم نُقل من موقعه السابق، مما يُظهر انخفاضًا في الذاكرة المرجعية المكانية. ^{[ 7 ]} كما هو الحال في البشر، هناك انخفاض في القدرة على أداء المهام البصرية المكانية. داخل الحصين (منطقة الدماغ المسؤولة عن الذاكرة والتعلم)، تحدث تغيرات في التعبير الجيني، وتُحدث العدوى تغييرًا في مسارات عمل الخلايا المناعية ومعالجة المستضدات . يُعتقد أن هذا قد يشير إلى استجابة مناعية لفيروس ACTV-1، مما يُسبب التهابًا قد يكون سببًا للاضطرابات الإدراكية. ^{[ 6 ]} كما قد تُشير الأعراض الظاهرة إلى تأثر الحصين والقشرة الجبهية الإنسية بفيروس ACTV-1. ^{[ 7 ]}

تُعتبر فيروسات الكلوروفيروس، بالإضافة إلى باقي أفراد عائلة فيروسات الفيكودنافيريداي، جزءًا من مجموعة أوسع من الميكروبات تُسمى فيروسات الحمض النووي الكبيرة النواة والسيتوبلازمية (NCLDVs). على الرغم من تنوع فيروسات الفيكودنافيريداي وراثيًا وإصابتها لعوائل مختلفة، إلا أنها تُظهر مستويات عالية من التشابه على المستوى البنيوي فيما بينها ومع فيروسات NCLDVs الأخرى. يُشير التحليل التطوري للبروتين الرئيسي للغلاف البروتيني ضمن هذه المجموعة إلى احتمالية كبيرة لوجود صلة قرابة وثيقة، فضلًا عن تباعد سابق من سلف مشترك واحد، يُعتقد أنه فيروس حمض نووي صغير. ^{[ 24 ] [ 25 ]} بالإضافة إلى ذلك، تُشير الدراسات إلى أن ضخامة الجينوم، وهي سمة مميزة لجميع فيروسات الكلوروفيروس، هي خاصية تطورت في وقت مبكر من تاريخ فيروسات NCLDVs، وقد أدت التكيفات اللاحقة مع العوائل والبيئات المحددة إلى طفرات وفقدان جينات، والتي شكلت في نهاية المطاف جميع أنواع فيروسات الكلوروفيروس الموجودة حاليًا. ^{[ 25 ]}

كشف تسلسل الجينوم والفحص الوظيفي للبروتينات من فيروسي PBCV-1 و ATCV-1 عن عدد كبير من الجينات المنقولة أفقيًا ، مما يشير إلى تاريخ طويل من التطور المشترك مع العائل وحيد الخلية، وانتقال الجينات الأفقي مع كائنات حية أخرى تبدو غير مرتبطة بهما. ^{[ 25 ]} علاوة على ذلك، وُجد أن كلا الفيروسين يُشفّران العديد من ما يُسمى "الإنزيمات السلفية"، وهي أصغر حجمًا، ولكنها أقل تخصصًا من نظائرها الحديثة. على سبيل المثال، تبين أن أحد الإنزيمات المُعالجة للسكر في فيروس PBCV-1 ( إنزيم GDP-d-mannose 4,6 dehydratase أو GMD ) يُحفز ليس فقط نزع الماء من GDP-d-mannose ، بل أيضًا اختزال جزيء السكر الناتج في العملية المتوقعة في البداية. تُعد هذه الوظيفة المزدوجة غير شائعة بين الإنزيمات المُعالجة للسكر الموجودة حاليًا، وربما تُشير إلى الطبيعة القديمة لإنزيم GMD في فيروس PBCV-1. ^{[ 26 ]}

كشفت دراسات دورة العدوى في فيروس PBCV-1 أن الفيروس يعتمد على عملية فريدة لتكوين جزيئات السكر في غلافه البروتيني، مستقلة عن الشبكة الإندوبلازمية أو جهاز جولجي في الخلية المضيفة . لم تُلاحظ هذه الخاصية في أي فيروس آخر معروف للعلم حتى الآن، ومن المحتمل أن تمثل مسارًا قديمًا ومحفوظًا، ربما يكون قد تطور قبل نشأة حقيقيات النوى ، والتي يُقدر أنها حدثت منذ حوالي 2.0 إلى 2.7 مليار سنة. ^{[ 26 ]}

يشير الاكتشاف الحديث لوجود تسلسلات الحمض النووي المتماثلة مع فيروس ATCV-1 في الفيروسات الفموية البلعومية البشرية، بالإضافة إلى الدراسات اللاحقة التي أثبتت نجاح إصابة نماذج حيوانية ثديية بفيروس ATCV-1، إلى احتمال وجود تاريخ تطوري قديم للفيروسات الكلورية، التي تمتلك خصائص بنيوية وتستخدم آليات جزيئية تسمح لها بالتكاثر داخل مضيفات حيوانية متنوعة. ^{[ 6 ] [ 27 ] [ 28 ]}

• المنطقة الفيروسية : فيروس الكلور
• ICTV