ناقل فيروسي

تُستخدم النواقل الفيروسية بشكل روتيني في البحوث الأساسية ، ويمكنها إدخال جينات تُشفّر، على سبيل المثال، الحمض النووي التكميلي (cDNA) ، أو الحمض النووي الريبوزي القصير ذي الحلقة الدبوسية (shRNA )، أو أنظمة CRISPR/Cas9 لتحرير الجينات. ^{[ 8 ]} تُستخدم النواقل الفيروسية لإعادة برمجة الخلايا، مثل تحفيز الخلايا الجذعية متعددة القدرات أو تمايز الخلايا الجسدية البالغة إلى أنواع مختلفة من الخلايا. ^{[ 9 ]} كما يستخدم الباحثون النواقل الفيروسية لإنتاج فئران وجرذان معدلة وراثيًا لإجراء التجارب. ^{[ 10 ]} ويمكن استخدام النواقل الفيروسية للتصوير الحيوي عن طريق إدخال جين مُخبِر . علاوة على ذلك، يُمكن أن يسمح نقل الجينات إلى الخلايا الجذعية بتتبع سلالة الخلايا أثناء النمو . ^{[ 9 ]}

يهدف العلاج الجيني إلى تعديل التعبير الجيني أو التأثير عليه بطريقة أخرى عبر إدخال جين علاجي. ويمكن إجراء العلاج الجيني باستخدام النواقل الفيروسية إما عن طريق الحقن المباشر للناقل في جسم المريض، أو عن طريق استخلاص الخلايا منه، ونقل الجينات إليها، ثم إعادة حقنها به. ^{[ 11 ]} كما يمكن استخدام العلاج الجيني بالنواقل الفيروسية في النباتات، بهدف تحسين أداء المحاصيل أو تعزيز الإنتاج المستدام. ^{[ 12 ]}

توجد أربع فئات رئيسية للعلاج الجيني: استبدال الجينات، وإسكات الجينات ، وإضافة الجينات، وتعديل الجينات. ^{[ 11 ] [ 13 ]} وبالمقارنة مع أساليب العلاج الجيني الأخرى غير التكاملية، توفر الجينات المنقولة بواسطة النواقل الفيروسية تعبيرًا جينيًا يدوم لسنوات عديدة. ^{[ 14 ]}

يمكن هندسة النواقل الفيروسية لاستخدامها كمنصات للقاحات ، بحيث تحمل مستضدًا محددًا مرتبطًا بمرض معدٍ أو مستضد ورمي . ^{[ 15 ] [ 16 ]} لا تُعد اللقاحات التقليدية مناسبة للحماية من بعض مسببات الأمراض نظرًا لاستراتيجيات التهرب المناعي الفريدة والاختلافات في آليات الإمراض. ^{[ 17 ]} على سبيل المثال، قد توفر اللقاحات القائمة على النواقل الفيروسية مناعة ضد فيروس نقص المناعة البشرية من النوع الأول والملاريا في نهاية المطاف . ^{[ 18 ]}

بينما تُحفز اللقاحات التقليدية القائمة على الوحدات الفرعية استجابة مناعية خلطية، ^{[ 19 ]} تسمح النواقل الفيروسية بالتعبير عن المستضد داخل الخلايا، مما يُنشط مسارات معقد التوافق النسيجي الرئيسي (MHC) عبر مسارات العرض المباشر والعرض المتبادل. وهذا يُحفز استجابة مناعية تكيفية قوية. ^{[ 20 ] [ 21 ]} كما تتمتع لقاحات النواقل الفيروسية بخصائص مساعدة جوهرية عبر تنشيط الجهاز المناعي الفطري والتعبير عن الأنماط الجزيئية المرتبطة بمسببات الأمراض ، مما يُغني عن الحاجة إلى أي مواد مساعدة إضافية. ^{[ 22 ] [ 15 ]} بالإضافة إلى استجابة مناعية أقوى مقارنةً بأنواع اللقاحات الأخرى، توفر النواقل الفيروسية نقلًا جينيًا فعالًا، ويمكنها استهداف أنواع خلايا محددة. ^{[ 19 ]} ومع ذلك، قد تُشكل المناعة المسبقة ضد الفيروس المستخدم كناقل مشكلة كبيرة. ^{[ 18 ]}

قبل عام 2020، كانت لقاحات النواقل الفيروسية تُستخدم على نطاق واسع، ولكنها كانت مقتصرة على الطب البيطري. ^{[ 22 ]} وفي الاستجابة العالمية لجائحة كوفيد-19 ، لعبت لقاحات النواقل الفيروسية دورًا أساسيًا، حيث تم إعطاؤها لمليارات الأشخاص، لا سيما في الدول ذات الدخل المنخفض والمتوسط. ^{[ 23 ]}

تُعدّ الفيروسات القهقرية - وهي فيروسات مغلفة ذات حمض نووي ريبوزي (RNA) - منصات شائعة لنقل الفيروسات نظرًا لقدرتها على دمج المادة الوراثية في جينوم الخلية المضيفة. ^{[ 2 ]} تنقسم نواقل الفيروسات القهقرية إلى فئتين رئيسيتين: نواقل الفيروسات القهقرية غاما ونواقل الفيروسات البطيئة. ويكمن الفرق الأساسي بينهما في أن نواقل الفيروسات القهقرية غاما لا تستطيع إصابة سوى الخلايا المنقسمة، بينما تستطيع نواقل الفيروسات البطيئة إصابة الخلايا المنقسمة والخلايا في حالة الراحة على حد سواء. ^{[ 24 ]} ومن الجدير بالذكر أن جينومات الفيروسات القهقرية تتكون من حمض نووي ريبوزي أحادي السلسلة، ويجب تحويلها إلى حمض نووي ريبوزي مزدوج السلسلة (DNA) - وهي عملية تُعرف بالنسخ العكسي - قبل دمجها في جينوم الخلية المضيفة عبر بروتينات فيروسية مثل إنزيم الإنتغراز . ^{[ 25 ]}

يُعدّ فيروس لوكيميا الفئران مولوني المُعدّل (MMLV) أكثر ناقلات الفيروسات القهقرية غاما استخدامًا ، وهو قادر على نقل الجينات إلى أنواع مختلفة من خلايا الثدييات. وقد ارتبطت ناقلات MMLV ببعض حالات التسرطن. ^{[ 26 ]} كما طُبّقت ناقلات الفيروسات القهقرية غاما بنجاح على الخلايا الجذعية المكونة للدم خارج الجسم الحي لعلاج العديد من الأمراض الوراثية. ^{[ 27 ]}

النواقل الفيروسية البطيئة

تُشتق معظم النواقل الفيروسية البطيئة من فيروس نقص المناعة البشرية من النوع الأول (HIV-1)، على الرغم من استخدام فيروس نقص المناعة القردي المعدل (SIV)، وفيروس نقص المناعة السنوري (FIV)، وفيروس فقر الدم المعدي الخيلي (EIAV) أيضًا. ^{[ 24 ]} وبما أن جميع الجينات الوظيفية تُزال أو تُطفر بطريقة أخرى، فإن هذه النواقل لا تُسبب تلفًا للخلايا ، ويمكن هندستها لتكون غير مُدمجة. ^{[ 28 ]}

تستطيع النواقل الفيروسية البطيئة حمل ما يصل إلى 10 كيلوبايت من المادة الوراثية الغريبة، على الرغم من أن 3-4 كيلوبايت كانت تُعتبر الحجم الأمثل حتى عام 2023. ^{[ 24 ] [ 28 ]} وبالمقارنة مع النواقل الفيروسية الأخرى، تمتلك النواقل الفيروسية البطيئة أعلى قدرة على النقل الجيني، وذلك بفضل تكوين "رفرف الحمض النووي" ثلاثي السلاسل أثناء النسخ العكسي للحمض النووي الريبي الفيروسي البطيء أحادي السلسلة إلى الحمض النووي داخل الخلية المضيفة. ^{[ 28 ]}

على الرغم من أنها غير مُسببة للالتهاب في الغالب، ^{[ 29 ]} إلا أن النواقل الفيروسية البطيئة قادرة على تحفيز استجابات مناعية تكيفية قوية بواسطة الخلايا التائية السامة من نوع الذاكرة والخلايا التائية المساعدة . ^{[ 30 ]} ويعود ذلك بشكل كبير إلى ميل النواقل الفيروسية البطيئة الشديد للخلايا المتغصنة ، التي تُنشط الخلايا التائية. ^{[ 30 ]} ومع ذلك، يمكنها إصابة جميع أنواع الخلايا العارضة للمستضدات. ^{[ 31 ]} علاوة على ذلك، كونها النواقل الفيروسية الارتجاعية الوحيدة القادرة على نقل الجينات بكفاءة إلى كل من الخلايا المنقسمة وغير المنقسمة، فإنها تُعد من أكثر منصات اللقاحات الواعدة. ^{[ 31 ]} كما تم اختبارها كلقاحات ضد السرطان. ^{[ 32 ]}

استُخدمت النواقل الفيروسية البطيئة كعلاجات داخل الجسم الحي ، مثل العلاج المباشر للأمراض الوراثية كالهيموفيليا ب ، وللعلاجات خارج الجسم الحي، مثل تعديل الخلايا المناعية في علاج الخلايا التائية المعدلة وراثيًا (CAR T) . ^{[ 24 ]} في عام 2017، وافقت إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) على دواء تيساجينليكلوسيل ، وهو ناقل فيروسي بطيء، لعلاج ابيضاض الدم الليمفاوي الحاد . ^{[ 33 ]}

الفيروسات الغدية هي فيروسات ذات حمض نووي مزدوج السلسلة تنتمي إلى عائلة الفيروسات الغدية . ^{[ 34 ] [ 35 ]} ونظرًا لكبر حجم جينوماتها نسبيًا، والذي يتراوح بين 30 و45 كيلوبايت تقريبًا، فإنها تُعدّ مرشحة مثالية لنقل الجينات؛ ^{[ 34 ]} ويمكن للناقلات الفيروسية الغدية الحديثة أن تحمل ما يصل إلى 37 كيلوبايت من المادة الوراثية الغريبة. ^{[ 36 ]} وتتميز هذه الناقلات بكفاءة عالية في نقل الجينات والتعبير الجيني، كما أنها قادرة على إصابة الخلايا المنقسمة وغير المنقسمة. ^{[ 37 ]}

يتميز غلاف الفيروس الغدي، وهو مجسم عشروني الوجوه ، بوجود نتوء ليفي عند كل رأس من رؤوسه الاثني عشر. تعمل هذه البروتينات الليفية على تسهيل دخول الفيروس إلى الخلايا، مما يؤثر بشكل كبير على فعاليته ويساهم في نطاقه الواسع من الأمراض، لا سيما عبر مستقبلات كوكساكي-الفيروس الغدي (CARs). ^{[ 34 ] [ 37 ]} يمكن للفيروسات الغدية أن تحفز استجابات مناعية فطرية وتكيفية قوية. ^{[ 38 ]} تعود قدرتها العالية على إثارة الاستجابة المناعية بشكل خاص إلى نقل الجينات إلى الخلايا المتغصنة (DC)، مما يؤدي إلى زيادة التعبير عن جزيئات MHC I وII وتنشيط الخلايا المتغصنة. ^{[ 39 ]} كما أنها تتمتع بتأثير مساعد قوي، حيث تُظهر العديد من الأنماط الجزيئية المرتبطة بمسببات الأمراض . ^{[ 38 ]} من عيوبها شيوع وجود مناعة مسبقة ضد أنماط الفيروس الغدي المصلية، مما يقلل من فعاليتها. ^{[ 37 ] [ 40 ]} قد يساهم استخدام الفيروسات الغدية الخاصة بالشمبانزي في تجاوز هذه المشكلة. ^{[ 41 ]}

على الرغم من أن تنشيط كل من الاستجابات المناعية الفطرية والتكيفية يمثل عائقًا أمام العديد من التطبيقات العلاجية، إلا أنه يجعل النواقل الفيروسية الغدية منصة مثالية لتطوير اللقاحات. ^{[ 35 ]} شهدت الاستجابة العالمية لجائحة كوفيد-19 تطوير واستخدام العديد من لقاحات النواقل الفيروسية الغدية، بما في ذلك لقاح سبوتنيك V ، ولقاح أكسفورد-أسترازينيكا ، ولقاح جانسن . ^{[ 42 ]}

الفيروسات المرتبطة بالغدانية (AAVs) هي فيروسات صغيرة نسبيًا ذات حمض نووي مفرد السلسلة، تنتمي إلى عائلة الفيروسات الصغيرة (Parvoviridae) ، ومثل النواقل الفيروسية البطيئة، يمكن لفيروسات AAVs إصابة الخلايا المنقسمة وغير المنقسمة. ^{[ 43 ]} ومع ذلك، تتطلب فيروسات AAVs وجود "فيروس مساعد" مثل الفيروس الغدي أو فيروس الهربس البسيط للتكاثر داخل العائل، على الرغم من أنها تستطيع القيام بذلك بشكل مستقل إذا تم تحفيز الإجهاد الخلوي أو إذا كانت جينات الفيروس المساعد محمولة بواسطة الناقل. ^{[ 44 ]}

تندمج الفيروسات الغدية المرتبطة (AAVs) في موقع محدد في جينوم الخلية المضيفة، وخاصةً AAVS1 على الكروموسوم 19 لدى البشر. مع ذلك، صُممت فيروسات AAVs مُعاد تركيبها لا تندمج، بل تُخزن على شكل جزيئات إبيزومية (episomes) التي قد تدوم لسنوات في الخلايا غير المنقسمة. ^{[ 45 ]} من عيوبها عدم قدرتها على حمل كميات كبيرة من المواد الوراثية الغريبة. علاوة على ذلك، قد يؤدي التعبير عن السلسلة المُكملة لجينومها أحادي السلسلة إلى تأخير التعبير عن الجين المنقول. ^{[ 45 ]}

حتى عام 2020، تم تحديد 11 نمطًا مصليًا مختلفًا من الفيروسات الغدية المرتبطة (AAV)، تختلف في بنية الغلاف البروتيني وبالتالي في ميلها النسيجي. ^{[ 43 ]} يمكن تعديل ميل النواقل الفيروسية الغدية المرتبطة عن طريق إنشاء نسخ مُعاد تجميعها من أنماط مصلية متعددة، وهو ما يُعرف بالتنميط الزائف. ^{[ 43 ]} نظرًا لقدرتها على إصابة الخلايا غير المنقسمة وإحداث تأثيرات طويلة الأمد فيها، تُستخدم الفيروسات الغدية المرتبطة بشكل شائع في أبحاث علم الأعصاب الأساسية. ^{[ 46 ]} بعد الموافقة على الفيروس الغدي المرتبط Alipogene tiparvovec في أوروبا عام 2012، ^{[ 47 ]} في عام 2017، وافقت إدارة الغذاء والدواء الأمريكية على أول علاج جيني حيوي قائم على الفيروس الغدي المرتبط - voretigene neparvovec - والذي عالج مرض ليبر الخلقي المرتبط بجين RPE65 . ^{[ 33 ]} اعتبارًا من عام 2020، كان هناك 230 تجربة سريرية تستخدم علاجات تعتمد على الفيروسات الغدية المرتبطة (AAV) إما جارية أو مكتملة. ^{[ 47 ]}

يُعد فيروس الوقس ، وهو أحد فيروسات الجدري ، مرشحًا واعدًا آخر لتطوير النواقل الفيروسية. ^{[ 48 ]} وقد أدى استخدامه كلقاح للجدري - الذي أبلغ عنه إدوارد جينر لأول مرة عام 1798 - إلى القضاء على الجدري ، وأثبت أن فيروس الوقس آمن وفعال للبشر. ^{[ 49 ] [ 48 ]} علاوة على ذلك، فإن إجراءات التصنيع التي طُوّرت لإنتاج مخزونات كبيرة من لقاح الجدري قد تُسرّع من إنتاج النواقل الفيروسية لفيروس الوقس. ^{[ 50 ]}

يمتلك فيروس الوقس جينومًا كبيرًا من الحمض النووي، وبالتالي يمكنه حمل ما يصل إلى 40 كيلوبايت من الحمض النووي الغريب. ^{[ 49 ] [ 51 ] [ 52 ] [ 51 ]} علاوة على ذلك، من غير المرجح أن يندمج فيروس الوقس في جينوم العائل، مما يقلل من احتمالية الإصابة بالسرطان. ^{[ 51 ]} وقد تم تطوير سلالات موهنة - قادرة على التكاثر وأخرى غير قادرة على التكاثر. ^{[ 49 ]} على الرغم من أنه معروف على نطاق واسع نظرًا لاستخدامه ضد الجدري، إلا أنه حتى عام 2019، كانت وظيفة 50% من جينوم فيروس الوقس غير معروفة. قد يؤدي هذا إلى آثار غير متوقعة. ^{[ 52 ]}

تُعدّ نواقل فيروس الوقس، كمنصة لتطوير اللقاحات، فعّالة للغاية في التعبير عن الجينات المنقولة، وتُحفّز استجابة مناعية قوية. ^{[ 50 ]} يتميّز الفيروس بسرعة تأثيره، إذ تُنتج دورة حياته فيروسات وقس ناضجة خلال 6 ساعات، وله ثلاث آليات انتشار فيروسية. ^{[ 52 ]} كما يُظهر فيروس الوقس تأثيرًا مساعدًا ، حيث يُنشّط استجابة مناعية فطرية قوية عبر مستقبلات شبيهة بمستقبلات تول . ^{[ 50 ]} مع ذلك، يُعدّ وجود مناعة مسبقة ضد فيروس الوقس لدى من تلقّوا لقاح الجدري عيبًا كبيرًا قد يُقلّل من فعاليته. ^{[ 50 ]}

من بين فيروسات الهربس التسعة التي تصيب الإنسان، يُعد فيروس الهربس البسيط من النوع الأول (HSV-1) الأكثر دراسةً واستخدامًا كناقل فيروسي. ^{[ 53 ]} يتميز HSV-1 بعدة مزايا: فهو يتمتع بنطاق واسع من الأنسجة المستهدفة، ويمكنه إيصال العلاجات عبر أنظمة تعبير متخصصة. ^{[ 54 ]} علاوة على ذلك، يستطيع HSV-1 عبور الحاجز الدموي الدماغي في حال تعطيله طبيًا، مما يُمكّنه من استهداف الأمراض العصبية. كما أن HSV-1 لا يندمج في جينوم الخلية المضيفة، ويمكنه حمل كميات كبيرة من الحمض النووي الغريب. تمنع هذه الخاصية حدوث طفرات ضارة، كما قد يحدث مع النواقل الفيروسية القهقرية والنواقل المرتبطة بالفيروسات الغدية. وقد تم تطوير سلالات غير قادرة على التكاثر. ^{[ 55 ]}

في عام 2015، وافقت إدارة الغذاء والدواء الأمريكية على عقار تاليموجين لاهيرباريبفيك ، وهو ناقل لفيروس الهربس البسيط من النوع الأول (HSV-1) يحفز استجابة مناعية مضادة للأورام، لعلاج سرطان الجلد الميلانيني . ^{[ 56 ]} وحتى عام 2020، تم تطبيق نواقل فيروس الهربس البسيط من النوع الأول (HSV-1) تجريبياً ضد الأورام اللحمية وسرطانات الدماغ والقولون والبروستاتا والجلد. ^{[ 57 ]}

تم تطوير الفيروس المضخم للخلايا (CMV)، وهو فيروس هربسي، لاستخدامه كناقل فيروسي. ^{[ 58 ]} يستطيع CMV إصابة معظم أنواع الخلايا، وبالتالي يمكنه التكاثر في جميع أنحاء الجسم. على الرغم من أن لقاحًا قائمًا على CMV قد وفر مناعة كبيرة ضد فيروس نقص المناعة القردي (SIV) - وهو فيروس وثيق الصلة بفيروس نقص المناعة البشرية (HIV) - لدى قرود المكاك، فقد أفيد أن تطوير CMV كناقل موثوق به لا يزال في مراحله المبكرة حتى عام 2020. ^{[ 59 ] [ 60 ]}

تُعدّ الفيروسات النباتية أيضًا نواقل فيروسية مُهندسة تُستخدم في الزراعة والبستنة والإنتاج البيولوجي . ^{[ 61 ]} وقد استُخدمت هذه النواقل في مجموعة واسعة من التطبيقات، بدءًا من تحسين المظهر الجمالي لنباتات الزينة وصولًا إلى المكافحة البيولوجية للآفات ، والتعبير السريع عن البروتينات والببتيدات المُعاد تركيبها، وتسريع عملية تحسين المحاصيل. ^{[ 62 ]} وقد اقتُرح استخدام الفيروسات النباتية المُهندسة لتعزيز أداء المحاصيل ودعم الإنتاج المُستدام. ^{[ 12 ]}

تُستخدم عادةً نواقل فيروسية متكاثرة. ^{[ 63 ]} تشمل فيروسات الحمض النووي الريبي (RNA) المستخدمة في أحاديات الفلقة فيروس تبرقش القمح وفيروس تبرقش الشعير ، وفي ثنائيات الفلقة، فيروس خشخشة التبغ . كما استُخدمت فيروسات الحمض النووي أحادي السلسلة، مثل فيروسات الجيميني . ^{[ 63 ]} يمكن إيصال النواقل الفيروسية إلى النباتات عبر عدة طرق تُعرف باسم "التلقيح الزراعي"، بما في ذلك عن طريق الاحتكاك، ونظام التوصيل البيولوجي ، والرش الزراعي، والحقن الزراعي، وحتى عبر نواقل الحشرات . ^{[ 64 ] [ 62 ]} ومع ذلك، يُعد توصيل النواقل الفيروسية بواسطة بكتيريا الأجروبكتيريوم - حيث تُحوّل البكتيريا ببلازميد الحمض النووي الذي يُشفّر بنية الناقل الفيروسي - هو النهج الأكثر شيوعًا. ^{[ 65 ]}

تم تطوير نواقل هجينة تجمع بين العاثيات البكتيرية والفيروسات حقيقية النواة، وهي قادرة على إصابة الخلايا حقيقية النواة. ^{[ 66 ] [ 67 ]} على عكس النواقل القائمة على الفيروسات حقيقية النواة، لا تمتلك هذه النواقل البكتيرية ميلاً فطرياً للخلايا حقيقية النواة، مما يسمح بهندستها لتكون شديدة التخصص في إصابة الخلايا السرطانية. ^{[ 68 ]}

تُستخدم نواقل العاثيات البكتيرية بشكل شائع في البيولوجيا الجزيئية. ^{[ 69 ]} على سبيل المثال، تُستخدم نواقل العاثيات البكتيرية في التطور المستمر بمساعدة العاثيات ، مما يُعزز الطفرات السريعة للبكتيريا. ^{[ 70 ]} على الرغم من اقتصار استخدامها على عاثيات المتفطرات وبعض عاثيات البكتيريا سالبة الغرام ، إلا أنه يُمكن استخدام العاثيات البكتيرية للاستنساخ المباشر. ^{[ 71 ]}