العاثيات الخيطية

العاثيات الخيطية هي عائلة من الفيروسات ( Inoviridae ) التي تصيب البكتيريا ، أو العاثيات . سُميت بهذا الاسم نسبةً إلى شكلها الخيطي، وهو عبارة عن سلسلة تشبه الدودة (طويلة، رفيعة، ومرنة، تُشبه قطعة من المعكرونة المطبوخة)،  يبلغ قطرها حوالي 6 نانومتر  وطولها حوالي 1000-2000 نانومتر. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]} يعكس هذا الشكل المميز طريقة تكاثرها : يتكون غلاف الفيروس من خمسة أنواع من البروتينات الفيروسية، والتي تتواجد في الغشاء الداخلي للبكتيريا المضيفة أثناء تجميع العاثية، وتُضاف هذه البروتينات إلى الحمض النووي للفيروس الناشئ أثناء خروجه من الغشاء. إن بساطة العاثيات الخيطية تجعلها كائنًا نموذجيًا جذابًا لأبحاث البيولوجيا الجزيئية ، كما أظهرت أيضًا إمكانات واعدة كأدوات في تقنية النانو وعلم المناعة .

تُعدّ العاثيات الخيطية من أبسط الفيروسات المعروفة، إذ تحتوي على عدد أقل بكثير من الجينات مقارنةً بالعاثيات الذيلية الكلاسيكية التي درستها مجموعة العاثيات في منتصف القرن العشرين. تضم هذه العائلة 29 نوعًا مُحددًا، موزعة على 23 جنسًا. ^{[ 6 ] [ 7 ]} ومع ذلك، أدى تحليل مجموعات البيانات الجينومية والميتاجينومية باستخدام تقنيات التعلّم الآلي إلى اكتشاف 10295 تسلسلًا شبيهًا بفيروسات الإينو في جميع شعب البكتيريا تقريبًا عبر جميع النظم البيئية، مما يشير إلى أن هذه المجموعة من الفيروسات أكثر تنوعًا وانتشارًا مما كان يُعتقد سابقًا. ^{[ 5 ]}

عُزلت ثلاثة أنواع من العاثيات الخيطية، هي fd وf1 وM13، ووُصفت خصائصها من قِبل ثلاث مجموعات بحثية مختلفة في أوائل الستينيات، إلا أنها متشابهة لدرجة أنها تُصنف أحيانًا تحت الاسم الشائع "Ff"، وهي أعضاء في جنس Inovirus ، كما أقرت بذلك اللجنة الدولية لتصنيف الفيروسات (ICTV). ^{[ 8 ] [ 9 ]} حُدد التركيب الجزيئي لعاثيات Ff باستخدام عدد من التقنيات الفيزيائية، ولا سيما حيود الأشعة السينية الليفية ، ^{[ 2 ] [ 6 ]} والرنين المغناطيسي النووي للحالة الصلبة ، والمجهر الإلكتروني فائق البرودة . ^{[ 10 ]} تتوفر تراكيب غلاف العاثية وبعض بروتينات العاثية الأخرى في بنك بيانات البروتين. ^{[ 6 ]} يمتد الحمض النووي أحادي السلسلة لفيروس العاثية Ff على طول النواة المركزية للفيروس، وهو محمي بغلاف بروتيني أسطواني يتكون من آلاف الوحدات الفرعية المتطابقة من بروتين الغلاف الرئيسي الحلزوني ألفا، والمشفرة بواسطة جين العاثية 8. يُدمج بروتين الجين 8 في الغشاء البلازمي كخطوة مبكرة في تجميع العاثية. ^{[ 2 ]} تحتوي بعض سلالات العاثية على "تسلسل رائد" على بروتين الجين 8 لتعزيز اندماجه في الغشاء، بينما لا يبدو أن سلالات أخرى تحتاج إلى هذا التسلسل. تُغطى نهايتا العاثية ببضع نسخ من البروتينات المهمة لإصابة البكتيريا المضيفة، وكذلك لتجميع جزيئات العاثية حديثة التكوين. هذه البروتينات هي نتاج جيني العاثية 3 و6 في أحد طرفي العاثية، وجيني العاثية 7 و9 في الطرف الآخر. حددت دراسات حيود الألياف فئتين بنيويتين من العاثية، تختلفان في تفاصيل ترتيب بروتين الجين 8. تحتوي الفئة الأولى على محور دوران يربط بين بروتينات غلاف الجين 8، بينما في الفئة الثانية، يُستبدل محور الدوران هذا بمحور حلزوني. هذا الاختلاف التقني لا يُؤثر بشكل ملحوظ على البنية العامة للفيروس، ولكن نطاق بيانات حيود الأشعة السينية المستقلة أكبر في الفئة الثانية من حيث التناظر مقارنةً بالفئة الأولى. وقد ساعد ذلك في تحديد بنية فيروس Pf1 من الفئة الثانية، وبالتالي بنية الفئة الأولى. ^{[ 2 ] [ 6 ]}

تشمل الفئة البنيوية الأولى السلالات fd وf1 وM13 من جنس Inovirus ، بالإضافة إلى If1 (من نوع Infulavirus If1 التابع للجنة الدولية لتصنيف الفيروسات ، جنس Infulavirus ) ^{[ 11 ]} وIKe (من نوع Lineavirus IKe التابع للجنة الدولية لتصنيف الفيروسات ، جنس Lineavirus ) ^{[ 12 ]} ، بينما تشمل الفئة الثانية السلالات Pf1 (من نوع Primolicivirus Pf1 التابع للجنة الدولية لتصنيف الفيروسات، جنس Primolicivirus ) ^{[ 13 ]} ، وربما أيضًا Pf3 (من نوع Tertilicivirus Pf3 التابع للجنة الدولية لتصنيف الفيروسات، جنس Tertilicivirus ) ^{[ 14 ]} ، وPf4 ^{[ 15 ]،} وPH75 (من نوع Thermus phage PH75 المقترح من قبل المركز الوطني لمعلومات التقانة الحيوية، وهو نوع غير مصنف ضمن عائلة Inoviridae ) ^{[ 16 ] .}

الحمض النووي المعزول من عاثية fd (من جنس Inovirus ) أحادي السلسلة، وذو بنية دائرية. أي أن سلسلة الحمض النووي المفردة تمتد من أحد طرفي جسيم العاثية إلى الطرف الآخر ثم تعود لتُغلق الدائرة، على الرغم من أن السلسلتين غير مرتبطتين قاعديًا. كان يُفترض أن هذه البنية تنطبق على جميع العاثيات الخيطية الأخرى، لكنها ليست كذلك بالنسبة لعاثية Pf4، ^{[ 15 ]} حيث يكون الحمض النووي فيها أحادي السلسلة ولكنه خطي طوبولوجيًا، وليس دائريًا. ^{[ 10 ]} أثناء تجميع عاثية fd، يُغلّف الحمض النووي للعاثية أولًا في مُركّب نووي بروتيني خطي داخل الخلية مع نسخ عديدة من بروتين التضاعف/التجميع الخاص بجين العاثية 5. ثم يُستبدل بروتين الجين 5 ببروتين الغلاف الخاص بجين 8 أثناء خروج العاثية الوليدة عبر غشاء البلازما البكتيري دون قتل البكتيريا المضيفة. ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 2 ] [ 19 ]} يرتبط هذا البروتين أيضًا بتقارب عالٍ مع هياكل G-quadruplex (على الرغم من أنها غير موجودة في الحمض النووي للفيروس) ومع هياكل دبوس الشعر المماثلة في الحمض النووي للفيروس. ^{[ 20 ]}

يحتوي بروتين p1 الخاص بفيروس Ff (أي  جنس Inovirus )، والضروري لتجميع الفيروس على الغشاء، على نطاق كاره للماء يمتد عبر الغشاء، حيث يقع الجزء الطرفي الأميني (N-terminal) في السيتوبلازم، بينما يقع الجزء الطرفي الكربوكسيلي (C-terminal) في الحيز المحيط بالبلازما (عكس اتجاه بروتين الغلاف للجين 8). وبجوار الجانب السيتوبلازمي من النطاق الممتد عبر الغشاء، يوجد تسلسل مكون من 13 حمضًا أمينيًا من p1، يتميز بنمط من الأحماض الأمينية القاعدية يُطابق نمط الأحماض الأمينية القاعدية القريبة من الطرف الكربوكسيلي لبروتين p8، ولكنه معكوس بالنسبة للتسلسل. تجعل آلية التجميع هذه من هذا الفيروس نظامًا قيّمًا لدراسة البروتينات العابرة للغشاء . ^{[ 2 ] [ 21 ] [ 4 ]} يُعد الجين 1، الذي يُشفّر إنزيم ATPase، ^{[ 22 ]} جينًا محفوظًا يُستخدم (إلى جانب ثلاث سمات جينية إضافية) للكشف التلقائي عن تسلسلات فيروسات Inovirus. ^{[ 5 ]}

تم التعرف على الأجناس التالية: ^{[ 25 ]}

في البداية، فُسِّرت الجسيمات الخيطية الظاهرة في الصور المجهرية الإلكترونية بشكل خاطئ على أنها شعيرات بكتيرية ملوثة ، ولكن التحلل بالموجات فوق الصوتية، الذي يكسر الخيوط المرنة إلى نصفين تقريبًا، ^{[ 27 ]} عطّل قدرتها على العدوى كما هو متوقع لشكل العاثيات الخيطية. ^{[ 28 ]} عُزلت ثلاث عاثيات خيطية، هي fd وf1 وM13، ووُصفت خصائصها من قِبل ثلاث مجموعات بحثية مختلفة في أوائل الستينيات. ولأن هذه العاثيات الثلاث تختلف بنسبة أقل من 2% في تسلسل الحمض النووي الخاص بها، وهو ما يُعادل تغييرات في بضع عشرات فقط من الكودونات في الجينوم بأكمله، فإنه يُمكن اعتبارها متطابقة لأغراض عديدة. ^{[ 29 ]} وقد تأثرت الدراسات المستقلة اللاحقة التي أُجريت على مدى نصف القرن التالي باهتمامات هذه المجموعات البحثية وأتباعها. ^{[ 2 ]}

تُفرز العاثيات الخيطية، على عكس معظم العاثيات الأخرى، باستمرار عبر غشاء البكتيريا دون قتل العائل. ^{[ 19 ]} أدت الدراسات الجينية على العاثية M13 باستخدام طفرات مميتة مشروطة، والتي بدأها ديفيد برات وزملاؤه، إلى وصف وظائف جينات العاثية. ^{[ 30 ] [ 31 ]} والجدير بالذكر أن البروتين الناتج عن الجين 5، واللازم لتخليق الحمض النووي أحادي السلسلة، يُنتج بكميات كبيرة في البكتيريا المصابة، ^{[ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]} ويرتبط بالحمض النووي المتكون حديثًا لتكوين مركب خطي داخل الخلية. ^{[ 17 ]} (يُستبدل أحيانًا الترقيم البسيط للجينات باستخدام الأرقام العربية 1، 2، 3، 4... الذي قدمته مجموعة برات، بالترقيم الروماني I، II، III، IV... ولكن أرقام الجينات المحددة في النظامين متطابقة).

يمكن تضمين سلاسل DNA أطول (أو أقصر) في عاثية fd، حيث يمكن إضافة المزيد (أو الأقل) من الوحدات الفرعية البروتينية أثناء التجميع حسب الحاجة لحماية DNA، مما يجعل العاثية ملائمة للدراسات الجينية. ^{[ 35 ] [ 36 ]} كما يتأثر طول العاثية بالشحنة الموجبة لكل وحدة طول على السطح الداخلي لغلاف العاثية. ^{[ 37 ]} وكان جينوم fd من أوائل الجينومات الكاملة التي تم تسلسلها. ^{[ 38 ]}

صنّف أندريه لوف وبول تورنييه العاثيات الخيطية ضمن عائلة Inophagoviridae، وجنس I. inophagovirus، ونوع Inophagovirus bacterii (كلمة Inos تعني ليف أو خيط باليونانية)، مع اعتبار العاثية fd (هوفمان-بيرلينغ) النوع النمطي. ^{[ 39 ] [ 40 ]} وكلمة "Phagovirus" تكرارية ، لذا تم تغيير اسم العائلة إلى Inoviridae والجنس النمطي إلى Inovirus . استمر هذا التصنيف لعقود عديدة، ^{[ 9 ]} على الرغم من استبدال تعريف fd كنوع نمطي مع ازدياد استخدام M13 في التلاعب الجيني، ^{[ 41 ] [ 42 ]} وفي دراسات p8 في بيئات تحاكي الأغشية. ^{[ ٢ ]} تضاعف عدد العاثيات البكتيرية الخيطية المعروفة عدة مرات باستخدام أسلوب التعلم الآلي، واقتُرح إعادة تصنيف عائلة Inoviridae السابقة إلى رتبة، مقسمة مؤقتًا إلى ٦ عائلات مرشحة و٢١٢ عائلة فرعية مرشحة. ^{[ ٥ ]} العاثيات fd وf1 وM13 وغيرها من العاثيات ذات الصلة هي عاثيات Ff ، وهي عاثيات خيطية خاصة ببروتين F (تصيب بكتيريا الإشريكية القولونية الحاملة لجين F -episome ) ، وذلك وفقًا لمفهوم التسمية الشائعة. ^{[ ٤٣ ]}

تُعدّ العاثيات الخيطية المُهندسة لعرض الببتيدات المُحفزة للمناعة مفيدةً في علم المناعة والتطبيقات البيولوجية الأوسع نطاقًا. ^{[ 44 ] [ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]} استخدم جورج سميث وجريج وينتر العاثيتين f1 وfd في عملهما على عرض العاثيات، والذي نالا عنه جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2018. وقد وظّفت أنجيلا بيلشر وزملاؤها ابتكار واستغلال العديد من مشتقات العاثية M13 لأغراضٍ متنوعة، لا سيما في علم المواد. ^{[ 47 ] [ 48 ] [ 49 ] [ 50 ]} تستطيع العاثيات الخيطية تعزيز مقاومة المضادات الحيوية عن طريق تكوين نطاقات بلورية سائلة ^{[ 51 ]} حول الخلايا البكتيرية. ^{[ 52 ] [ 10 ]}

• المنطقة الفيروسية : فيروسات إينوفيريداي
• ICTV
• ميكروبويكي