فيروس تبرقش التبغ

فيروس تبرقش التبغ ^{( TMV )} هو نوع من فيروسات الحمض النووي الريبي أحادي السلسلة موجب الاتجاه، ينتمي إلى جنس Tobamovirus ، ويصيب طيفًا واسعًا من النباتات، وخاصة التبغ وأنواع أخرى من الفصيلة الباذنجانية . تُسبب العدوى أنماطًا مميزة، مثل التبقع وتغير اللون على الأوراق (ومن هنا جاءت التسمية). كان TMV أول فيروس يُكتشف. على الرغم من أنه كان معروفًا منذ أواخر القرن التاسع عشر أن مرضًا معديًا غير بكتيري يُلحق الضرر بمحاصيل التبغ، إلا أنه لم يُحدد أن العامل المُعدي فيروس إلا في عام 1930. وقد قام ويندل ميريديث ستانلي بتبلور الفيروس .

في عام 1886، وصف أدولف ماير لأول مرة مرض تبرقش التبغ الذي يمكن أن ينتقل بين النباتات، على غرار العدوى البكتيرية . ^{[ 2 ] [ 3 ]}

في عام 1892، قدم ديمتري إيفانوفسكي أول دليل ملموس على وجود عامل معدٍ غير بكتيري، موضحًا أن العصارة المصابة ظلت معدية حتى بعد ترشيحها عبر أدق مرشحات تشامبرلاند . ^{[ 3 ] [ 4 ]}

لاحقًا، في عام 1903، نشر إيفانوفسكي بحثًا يصف فيه وجود شوائب بلورية غير طبيعية داخل خلايا نباتات التبغ المصابة، وجادل بوجود صلة بين هذه الشوائب والعامل المُعدي. ^{[ 5 ]} ومع ذلك، ظل إيفانوفسكي مقتنعًا إلى حد كبير، رغم إخفاقاته المتكررة في تقديم دليل، بأن العامل المُسبب هو بكتيريا غير قابلة للزراعة، صغيرة جدًا بحيث لا يمكن احتجازها على مرشحات تشامبرلاند المستخدمة ولا يمكن الكشف عنها بالمجهر الضوئي. في عام 1898، أعاد مارتينوس بييرينك بشكل مستقل تجارب الترشيح التي أجراها إيفانوفسكي، ثم أثبت أن العامل المُعدي قادر على التكاثر والنمو في خلايا نبات التبغ. ^{[ 3 ] [ 6 ]} وقد اعتمد بييرينك مصطلح " الفيروس " للدلالة على أن العامل المُسبب لمرض تبرقش التبغ ليس بكتيريًا.

كان فيروس تبرقش التبغ أول فيروس يتم بلورته. ويُظهر أطوارًا بلورية سائلة عند تجاوز كثافة حرجة. ^{[ 7 ]} وقد حقق ذلك ويندل ميريديث ستانلي عام 1935، الذي أثبت أيضًا أن فيروس تبرقش التبغ يظل نشطًا حتى بعد التبلور. ^{[ 3 ]} حظي هذا الاكتشاف بتغطية إعلامية واسعة، حيث ظهر، على سبيل المثال، في الصفحة الأولى من صحيفة نيويورك تايمز بتاريخ 28 يونيو 1935، إذ استغرب الناس آنذاك قدرة كائنات شبيهة بالكائنات الحية، كالفيروسات، على تكوين بلورات. وكانت هذه أيضًا المرة الأولى التي يُمكن فيها "رؤية" فيروس بشكل ما، وهو أمر جدير بالملاحظة نظرًا لأن الجسيمات الفيروسية التي تم اكتشافها وتوصيفها في الأصل كعامل مُعدٍ كانت بالغة الصغر وقادرة على اختراق أضيق المرشحات الخزفية. ^{[ 8 ] : 114 [ 9 ]} مُنح ربع جائزة نوبل في الكيمياء عام 1946 تقديرًا لعمله، ^{[ 10 ] [ 11 ]} على الرغم من أنه تبين لاحقًا أن بعض استنتاجاته (وخاصةً أن البلورات كانت بروتينًا نقيًا، وأنها تجمعت عن طريق التحفيز الذاتي ) كانت خاطئة. ^{[ 12 ]}

تم التقاط أولى الصور المجهرية الإلكترونية لفيروس تبرقش التبغ في عام 1939 بواسطة غوستاف كاوش وإدغار فانكوش وهيلموت روسكا - شقيق الحائز على جائزة نوبل إرنست روسكا . ^{[ 13 ]}

في عام 1955، أظهر هاينز فرانكل كونرات وروبلي ويليامز أن الحمض النووي الريبي TMV النقي وبروتين الغلاف (الغطاء) الخاص به يتجمعان من تلقاء نفسيهما لتكوين فيروسات وظيفية، مما يشير إلى أن هذا هو الهيكل الأكثر استقرارًا (الذي يتمتع بأقل طاقة حرة).

عملت عالمة البلورات روزاليند فرانكلين مع ستانلي لمدة شهر تقريبًا في بيركلي ، ثم صممت وبنت نموذجًا لفيروس تبرقش التبغ (TMV) لمعرض بروكسل العالمي عام 1958. في ذلك العام، افترضت أن الفيروس مجوف وليس صلبًا، ورجّحت أن الحمض النووي الريبي (RNA) الخاص به أحادي السلسلة. ^{[ 14 ]} وقد ثبتت صحة هذا الافتراض بعد وفاتها، ويُعرف الآن بأنه السلسلة الموجبة (+). ^{[ 15 ]}

كانت التحقيقات في مرض تبرقش التبغ والاكتشاف اللاحق لطبيعته الفيروسية أساسية في وضع المفاهيم العامة لعلم الفيروسات . ^{[ 3 ]}

يتميز فيروس تبرقش التبغ بشكله العصوي. يتكون غلافه من 2130 جزيئًا من البروتين الغلافي وجزيء واحد من الحمض النووي الريبي أحادي السلسلة، بطول 6400 قاعدة. يتجمع البروتين الغلافي ذاتيًا ليشكل بنية حلزونية عصوية (16.3 بروتينًا لكل لفة حلزونية) حول الحمض النووي الريبي، مكونًا بذلك بنية حلقية تشبه دبوس الشعر (انظر الصورة المجهرية الإلكترونية أعلاه). يمنح التنظيم البنيوي للفيروس استقرارًا. ^{[ 16 ]} يتكون المونومر البروتيني من 158 حمضًا أمينيًا تتجمع في أربعة حلزونات ألفا رئيسية، متصلة بحلقة بارزة قريبة من محور الفيروس. يبلغ  طول الفيروسات حوالي 300 نانومتر وقطرها حوالي 18  نانومتر. ^{[ 17 ]} تُظهر الصور المجهرية الإلكترونية المصبوغة سلبًا قناة داخلية واضحة بنصف قطر حوالي 2  نانومتر. يقع الحمض النووي الريبي عند نصف قطر حوالي 4  نانومتر، ويحميه البروتين الغلافي من عمل الإنزيمات الخلوية. ^{[ 18 ]} دُرست بنية الفيروس السليم باستخدام حيود الأشعة السينية الليفية بناءً على خريطة كثافة الإلكترون بدقة 3.6 أنغستروم. ^{[ 19 ]} داخل حلزون الغلاف البروتيني، بالقرب من النواة، يوجد جزيء الحمض النووي الريبي الملتف، والذي يتكون من 6395 ± 10 نيوكليوتيدات. ^{[ 20 ] [ 21 ]} تلعب بنية الفيروس دورًا هامًا في التعرف على الحمض النووي الفيروسي. يحدث هذا نتيجة لتكوين وسيط إلزامي ينتج عن بروتين يسمح للفيروس بالتعرف على بنية دبوس الشعر المحددة للحمض النووي الريبي. ^{[ 22 ]} يحفز هذا الوسيط بدء التجميع الذاتي لفيروس تبرقش التبغ (TMV) عن طريق الارتباط ببنية دبوس الشعر. ^{[ 23 ]}

يتكون جينوم فيروس تبرقش التبغ (TMV) من حمض نووي ريبوزي أحادي السلسلة (ss) يتراوح طوله بين 6.3 و6.5 كيلو قاعدة . يتميز الطرف 3' ببنية مشابهة لحمض tRNA ، بينما يحتوي الطرف 5' على غطاء نيوكليوتيدي مثيل (m7G5'pppG). ^{[ 24 ]} يشفر الجينوم أربعة إطارات قراءة مفتوحة (ORFs)، ينتج اثنان منها بروتينًا واحدًا نتيجة لتجاوز الريبوسوم لكودون التوقف UAG . تشفر الجينات الأربعة إنزيم النسخ (يحتوي على نطاقات ميثيل ترانسفيراز [MT] وهيليكاز الحمض النووي الريبوزي [Hel])، وبوليميراز الحمض النووي الريبوزي المعتمد على الحمض النووي الريبوزي، وبروتين الحركة (MP)، وبروتين الغلاف (CP). ^{[ 25 ]} يبدأ التسلسل المشفر بإطار القراءة الأول، الذي يبعد 69 نيوكليوتيدًا عن الطرف 5' من الحمض النووي الريبوزي. ^{[ 26 ]} يمكن أن تختلف المنطقة غير المشفرة في الطرف 5' في الفيروسات الفردية المختلفة، ولكن لم يتم العثور على أي اختلاف بين الفيروسات في المنطقة غير المشفرة في الطرف 3'. ^{[ 26 ]}

فيروس تبرقش التبغ (TMV) هو فيروس مقاوم للحرارة . على ورقة جافة، يمكنه تحمل درجة حرارة تصل إلى 50  درجة مئوية (120 درجة فهرنهايت) لمدة 30 دقيقة. ^{[ 27 ]}

يبلغ معامل انكسار فيروس تبرقش التبغ حوالي 1.57. ^{[ 28 ]}

لا يمتلك فيروس تبرقش التبغ (TMV) بنيةً مميزةً للبقاء خلال فصل الشتاء . بل يقضي الشتاء في سيقان وأوراق التبغ المصابة في التربة، وعلى سطح البذور الملوثة (بل يمكن لفيروس تبرقش التبغ أن يبقى حيًا في منتجات التبغ الملوثة لسنوات عديدة، لذا يمكن للمدخنين نقله عن طريق اللمس، وإن لم يكن ذلك عن طريق الدخان نفسه). ^{[ 29 ] [ 30 ]} عند التلامس المباشر مع النباتات المضيفة عبر نواقله (عادةً الحشرات مثل المنّ ونطاطات الأوراق )، يمر فيروس تبرقش التبغ بعملية العدوى ثم عملية التكاثر.

كغيره من الفيروسات الممرضة للنباتات، يتميز فيروس تبرقش التبغ (TMV) بنطاق عوائل واسع جدًا، وتختلف تأثيراته باختلاف العائل المصاب. من المعروف أن هذا الفيروس يُسبب خسائر في إنتاج التبغ المعالج بالهواء الساخن تصل إلى 2% في ولاية كارولاينا الشمالية . ^{[ 33 ]} ويُصيب هذا الفيروس أفرادًا من تسع عائلات نباتية، وما لا يقل عن 125 نوعًا، بما في ذلك التبغ والطماطم والفلفل ( جميعها من الفصيلة الباذنجانية ) والخيار وعدد من أزهار الزينة ، ^{[ 34 ]} والفاصوليا، بما في ذلك الفاصوليا الشائعة (Phaseolus vulgaris) واللوبياء (Vigna unguiculata) . ^{[ 35 ]} وهناك العديد من السلالات المختلفة. أول أعراض هذا المرض الفيروسي هو تلون أخضر فاتح بين عروق الأوراق الصغيرة . يتبع ذلك سريعًا ظهور نمط "فسيفساء" أو مُرقط من مناطق خضراء فاتحة وداكنة على الأوراق. كما قد تظهر تجعدات موضعية صغيرة عشوائية على أوراق النبات المصاب. تتطور هذه الأعراض بسرعة وتكون أكثر وضوحًا على الأوراق الصغيرة. لا تؤدي الإصابة بهذا الفيروس إلى موت النبات، ولكن إذا حدثت في بداية الموسم، فإنها تُسبب تقزم النباتات. وتتعرض الأوراق السفلية لـ"حرق فسيفسائي"، خاصةً خلال فترات الطقس الحار والجاف. في هذه الحالات، تتكون مناطق ميتة كبيرة في الأوراق. ويُعد هذا أحد أكثر مراحل الإصابة بفيروس تبرقش التبغ تدميرًا. قد تكون الأوراق المصابة مجعدة أو متجعدة أو مستطيلة. ومع ذلك، إذا أصاب فيروس تبرقش التبغ محاصيل مثل العنب والتفاح ، فإنه يكاد يكون بلا أعراض. ​​يستطيع هذا الفيروس إصابة الفطريات الممرضة للنباتات وإكمال دورة تكاثره فيها، حيث يمكنه الدخول والتكاثر في خلايا أنواع الفطريات Colletotrichum acutatum و C. clavatum و C. theobromicola ، والتي قد لا تكون استثناءً، على الرغم من أنها لم تُكتشف أو يُحتمل البحث عنها في الطبيعة. ^{[ 36 ]}

يُعدّ فيروس تبرقش التبغ (TMV) من أكثر الفيروسات استقرارًا، وله نطاق بقاء واسع. فما دامت درجة الحرارة المحيطة أقل من 40 درجة مئوية تقريبًا ، يستطيع الفيروس الحفاظ على شكله المستقر. كل ما يحتاجه هو عائل ليصيبه. عند الضرورة، توفر البيوت الزجاجية والحدائق النباتية الظروف المثلى لانتشار الفيروس، نظرًا لكثافة أعداد العوائل المحتملة العالية وثبات درجة الحرارة على مدار العام. كما يُمكن استزراع الفيروس في المختبر في عصارة النبات، إذ يمكنه البقاء حيًا لمدة تصل إلى 3000 يوم. ^{[ 37 ]}

من الطرق الشائعة لمكافحة فيروس تبرقش التبغ (TMV) النظافة ، والتي تشمل إزالة النباتات المصابة وغسل اليدين بين كل عملية زراعة. كما يُنصح باتباع دورة زراعية لتجنب التربة/ أحواض البذور المصابة لمدة عامين على الأقل. وكما هو الحال مع أي مرض نباتي، يُنصح بالبحث عن سلالات مقاومة لفيروس تبرقش التبغ. علاوة على ذلك، يمكن تطبيق طريقة الحماية المتبادلة، حيث يتم تثبيط السلالة الأقوى من الفيروس عن طريق إصابة النبات المضيف بسلالة أضعف منه، على غرار تأثير اللقاح .

خلال السنوات العشر الماضية، تم تطوير تطبيق الهندسة الوراثية على جينوم النبات المضيف لتمكينه من إنتاج بروتين غلاف فيروس تبرقش التبغ (TMV) داخل خلاياه. وقد افترض الباحثون أن جينوم الفيروس سيُعاد تغليفه بسرعة عند دخوله الخلية المضيفة، مما يمنع بدء تكاثر الفيروس. لاحقًا، تبين أن الآلية التي تحمي المضيف من إدخال الجينوم الفيروسي تتم عبر إسكات الجينات . ^{[ 38 ]}

يُثبَّط فيروس تبرقش التبغ (TMV) بواسطة منتج من فطر العفن المخاطي Physarum polycephalum . لم يُعانِ كلٌّ من التبغ وحبوب البن (P. vulgaris و V. sinensis) من أي تلف يُذكر في المختبر نتيجةً لفيروس تبرقش التبغ عند معالجتهما بمستخلص من فطر العفن المخاطي Physarum polycephalum . ^{[ 35 ]}

أظهرت الأبحاث أن بكتيريا Bacillus spp . يمكن استخدامها للحد من شدة أعراض فيروس تبرقش التبغ (TMV) في نباتات التبغ. في الدراسة، أظهرت نباتات التبغ المعالجة نموًا أكبر وتراكمًا أقل لفيروسات TMV مقارنةً بنباتات التبغ غير المعالجة. ^{[ 39 ]}

أجرى هـ. فرانكل-كونرات بحثًا لإظهار تأثير حمض الخليك على فيروس تبرقش التبغ. ووفقًا للبحث، أدى استخدام حمض الخليك بتركيز 67% إلى تحلل الفيروس. ^{[ 40 ]}

يُعدّ استخدام حمض الساليسيليك مصدرًا آخر محتملاً للوقاية من فيروس تبرقش التبغ (TMV). فقد وجدت دراسة أجراها فريق بحثي في ​​جامعة كامبريدج أن معالجة النباتات بحمض الساليسيليك تُقلّل من كمية الحمض النووي الريبي الفيروسي (RNA) والبروتين الغلافي الفيروسي الموجود في نباتات التبغ. وأظهرت أبحاثهم أن حمض الساليسيليك يُرجّح أنه يُعطّل عملية التضاعف والنسخ، وتحديدًا مُركّب بوليميراز الحمض النووي الريبي المعتمد على الحمض النووي الريبي (RdRp). ^{[ 41 ]}

أُجري بحث وكشف أن البشر لديهم أجسام مضادة لفيروس تبرقش التبغ. ^{[ 42 ]}

يعود الكم الهائل من الدراسات المنشورة حول فيروس تبرقش التبغ (TMV) واختياره في العديد من الأبحاث الرائدة في علم الأحياء البنيوي (بما في ذلك حيود الأشعة السينية وعلم البلورات بالأشعة السينية )، وتجميع الفيروس وتفكيكه، وغيرها، إلى الكميات الكبيرة التي يمكن الحصول عليها منه، بالإضافة إلى كونه غير مُعدٍ للحيوانات. فبعد زراعة مئات من نباتات التبغ المصابة في دفيئة ، واتباع بعض الإجراءات المخبرية البسيطة، يستطيع الباحث إنتاج عدة غرامات من الفيروس. ^{[ 43 ]} في الواقع، يتكاثر فيروس تبرقش التبغ بسرعة كبيرة لدرجة أنه يمكن رؤية الأجسام المُضمنة فيه باستخدام المجهر الضوئي فقط. ^{[ 31 ]}

يشير جيمس دي واتسون ، في مذكراته بعنوان "الحلزون المزدوج "، إلى بحثه بالأشعة السينية عن البنية الحلزونية لفيروس تبرقش التبغ كخطوة مهمة في استنتاج طبيعة جزيء الحمض النووي . ^{[ 44 ]}

يمكن استخدام الفيروسات النباتية لهندسة النواقل الفيروسية ، وهي أدوات شائعة الاستخدام لدى علماء الأحياء الجزيئية لإيصال المادة الوراثية إلى الخلايا النباتية ؛ كما أنها مصادر للمواد الحيوية وأجهزة تقنية النانو. ^{[ 45 ] [ 46 ]} تشمل النواقل الفيروسية القائمة على فيروس تبرقش التبغ (TMV) تلك المستخدمة في تقنيات التعبير الجيني النباتي magnICON وTRBO. ^{[ 46 ] [ 47 ]} نظرًا لشكلها الأسطواني، ونسبة أبعادها العالية، وقدرتها على التجميع الذاتي، واحتوائها على طبقات معدنية ( النيكل والكوبالت ) في غلافها، يُعد فيروس تبرقش التبغ (TMV) مرشحًا مثاليًا لدمجه في أقطاب البطاريات . ^{[ 48 ]} تؤدي إضافة فيروس تبرقش التبغ (TMV) إلى قطب البطارية إلى زيادة مساحة السطح التفاعلي بمقدار عشرة أضعاف، مما ينتج عنه زيادة في سعة البطارية تصل إلى ستة أضعاف مقارنةً بالقطب المستوي. ^{[ 48 ] ​​[ 49 ]} كما مكّن الناقل القائم على فيروس تبرقش التبغ (TMV) فطر Colletotrichum acutatum من التعبير المؤقت عن البروتين الفلوري الأخضر (GFP) الخارجي لمدة تصل إلى ستة مزارع فرعية ولمدة شهرين على الأقل بعد الإصابة، دون الحاجة إلى تطوير تقنية التحويل. ويمكن التعبير عن RNAi في الفطر الممرض للنباتات C. acutatum بواسطة VIGS باستخدام ناقل معاد التركيب قائم على TMV، حيث تم نسخ الإطار المفتوح للقراءة (ORF) للجين المشفر للبروتين الفلوري الأخضر (GFP) في الخلايا الفطرية من نسخة مكررة من محفز mRNA الفرعي لبروتين غلاف TMV (CP)، وقد أثبت ذلك إمكانية استخدام هذا النهج للحصول على تعبير البروتين الأجنبي في الفطريات. ^{[ 36 ]}

• Description of plant viruses – TMVArchived 2007-09-26 at the Wayback Machine – contains information on symptoms, hosts species, purification etc.
• Further information
• Electron microscope image of TM