توضیح داده شده | چرا بیشتر ویروس های کشنده حاوی RNA هستند؟

داستان تا اینجا: در مارس 1953، جیمز واتسون، یکی از کاشفان ساختار DNA، یادداشتی از هریت افروسی-تیلور، دوستی از مرکز ملی تحقیقات علمی در فرانسه دریافت کرد. یادداشت با عنوان “فوق محرمانه” حاوی اخبار یک کشف بالقوه بود که پیامدهای زیادی برای زیست شناسی مولکولی، ویروس شناسی و ایمنی شناسی داشت.

در این یادداشت آمده بود: «برنت از محل کارش در آزمایشگاهش قسم می خورد که ویروس آنفولانزا عمدتاً، احتمالاً منحصراً، RNA دارد. مشکوک به فلج اطفال یکسان است.

چرا DNA بر RNA ارجح است؟

بیشتر موجودات زنده برای ذخیره اطلاعات ژنتیکی DNA را به RNA، پسرعموی شیمیایی آن ترجیح می دهند. همانطور که زندگی از موجودات تک سلولی به اشکال پیچیده تر تکامل یافت، مقدار داده های ژنتیکی که باید به نسل های بعدی منتقل می شد به همان نسبت بیشتر شد. بنابراین ارگانیسم ها باید مطمئن شوند که مکانیسم کپی برداری از ماده ژنتیکی بسیار قوی تر است.

به ویژه، موجودات زنده به توانایی اصلاح هر گونه خطای سهوی در مکانیسم کپی نیاز داشتند. آنزیم‌های مسئول کپی کردن DNA، که در مجموع به عنوان DNA پلیمراز شناخته می‌شوند، دارای این خاصیت تصحیح خطا هستند که در اصطلاح فنی به عنوان «تصحیح» شناخته می‌شود. این توانایی تصحیح به DNA کل موجودات بالاتر، معروف به ژنوم، طولانی تر و پیچیده تر می شود.

از سوی دیگر، همتایان RNA DNA پلیمرازها، که به عنوان RNA پلیمراز شناخته می شوند، توانایی تصحیح را ندارند. در نتیجه، وقتی RNA ماده ژنتیکی است، ژنوم ها معمولاً کوتاه تر می شوند. ژنوم های طولانی تر حاوی اشتباهات نسبتاً بالاتری هستند و چنین ژنوم هایی با انتخاب طبیعی حذف می شوند.

کروناویروس ها این نکته را به زیبایی نشان می دهند زیرا ژنوم آنها معمولاً سه یا چهار برابر اندازه ژنوم سایر ویروس های RNA است. آنها به دلیل وجود یک پروتئین منحصر به فرد، علاوه بر RNA پلیمراز، که عملکرد تصحیح را انجام می دهد، می توانند ژنوم های طولانی تری را بخرند.

RNA پلیمرازها همچنین قادر به ترکیب مجدد هستند، فرآیندی که به آنها اجازه می دهد چندین قطعه از RNA های ویروسی مختلف را به هم بچسبانند. به این ترتیب، اگر یک RNA ویروسی حاوی جهش در محل X و دیگری حاوی جهش در محل Y باشد، نوترکیب می‌تواند با دوختن دو ناحیه از RNA ویروسی حاوی آن جهش‌ها، ویروسی حاوی X و Y ایجاد کند. به عنوان مثال، نوع XBB SARS-CoV-2 به این صورت است که محصول انواع BA.2.10.1.1 و BA.2.75.3.1.1.1 است.

همچنین بخوانید | توضیح داده شده: XBB.1.16، نوترکیب Omicron پشت سنبله جدید COVID در هند

مزیت RNA چیست؟

در زمانی که واتسون یادداشت را از افروسی-تیلور دریافت کرد، دانشمندان به طور گسترده بر این عقیده بودند که DNA ماده ژنتیکی همه اشکال حیات است. کشف فرانک برنت مبتکرانه بود، زیرا او برای اولین بار نشان داد که ویروس های خاصی وجود دارند که دارای RNA به عنوان ماده ژنتیکی خود هستند.

این کشف مهم بود زیرا، اگر امروز از یک فرد معمولی بخواهید که هر 10 ویروس را نام ببرد، احتمالاً اکثر آنها ویروس های RNA هستند. محبوب‌ترین ویروس‌های عامل بیماری حاوی RNA هستند، نه DNA، از جمله عوامل ایجاد کننده COVID-19، ایدز، فلج اطفال، آنفولانزا، دنگی، چیکونگونیا، ابولا، زیکا، هپاتیت C، هاری، ماربورگ، تب زرد و آنسفالیت ژاپنی.

به جز HIV که مسئول ایدز است، همه این ویروس ها حاوی RNA پلیمراز مستعد خطا هستند. اچ آی وی از مکانیسم کمی متفاوت برای تکثیر استفاده می کند، اما آنزیم مسئول در ماهیت مستعد خطا در خواهر و برادر خود سهیم است.

ویروس های DNA شناخته شده تر شامل اعضای خانواده آبله (آبله مرغان و آبله مرغان) و هپاتیت B بودند.

در قلب تسلط ویروس های RNA بر بیماری های انسانی، ماهیت مستعد خطای پلیمرازهای آنها نهفته است. این ویژگی منحصر به فرد به ویروس اجازه می دهد تا سازگاری های متعددی را به دست آورد که به عنوان ابزاری در زرادخانه ویروسی عمل می کنند.

مهمتر از همه، RNA پلیمراز این ویروس ها را قادر می سازد به شکلی وجود داشته باشند که دانشمندان از آن به عنوان شبه گونه یاد می کنند. این به این معنی است که یک ویروس معین می تواند به اشکال مختلف به طور همزمان در هر میزبان وجود داشته باشد. چنین وجودی مستقیماً از تکثیر مستعد خطا این ویروس ها ناشی می شود.

پیامدهای RNA به عنوان ماده ژنتیکی چیست؟

برخی از این گونه های ویروسی به دلیل اشتباهات در ژنوم غیر عفونی خواهند بود و سیستم ایمنی میزبان بخش قابل توجه دیگری را از بین می برد. با این حال، چنین تنوعی همچنین امکان ایجاد یک نوع عجیب و غریب را فراهم می کند که دارای مزیت بقا در برابر یک واکسن یا دارو است. چنین گونه هایی تحت انتخاب طبیعی بیشتری قرار خواهند گرفت و ویروس به تکثیر ادامه خواهد داد.

به همین دلیل است که انواع مختلف SARS-CoV-2 تا به امروز در گردش هستند. همچنین به همین دلیل است که ایجاد واکسن‌های بسیار مؤثر علیه ویروس‌های RNA همچنان چالش برانگیز است.

دومین پیامد غیرمستقیم فرآیند همانندسازی کم وفاداری، اندازه کوچک ژنوم ویروسی است. این اجازه می دهد تا ویروس های RNA زمان تولید بسیار کوتاهی داشته باشند. در یک دوره بسیار کوتاه پس از عفونت، جمعیت ویروس میزبان بسیار زیاد می شود.

این خروجی ویروسی بالا، همراه با تنوع، سیستم ایمنی را تحت تأثیر قرار می دهد.

سومین پیامد ماهیت تکثیر ویروسی این است که ویروس‌ها می‌توانند از بین گونه‌ها «پرش» کنند، فرآیندی که به آن بیماری مشترک بین انسان‌ها می‌گویند. این به این دلیل است که نرخ خطای بالا و زمان تولید کوتاه، ویروس را قادر می‌سازد تا با شرایط جدیدتر سریع‌تر سازگار شود و به عفونت اجازه می‌دهد به راحتی در بین میزبان‌های جدیدتر پخش شود.

به همین دلیل است که تا 89 درصد از همه ویروس‌های RNA عفونی انسانی به عنوان نتیجه انتقال انسان و دام در نظر گرفته می‌شوند.

چرا نظارت ویروسی مهم است؟

این ویژگی‌های قابل‌توجه در مجموع مطمئن شده‌اند که ویروس‌های RNA بزرگترین گروه ارگانیسم‌های بیماری‌زا هستند که باعث بیماری‌های جدید می‌شوند.

هر سال دو یا سه ویروس RNA جدید کشف می‌شود که می‌توانند انسان را آلوده کنند. در حالی که این عدد به خودی خود دلیل کافی برای نگرانی است، اما به دلیل فقدان نظارت کافی در کشورهای گرمسیری و نیمه گرمسیری، دست کم گرفتنی بی ارزش است. نظارت و پایش ویروسی باید در این مناطق تشدید شود تا به اعداد دقیق تری برسیم.

ویروس ها اشکال اولیه زندگی هستند. دانشمندان نظریه های متعددی در مورد چگونگی پیدایش حیات بر روی زمین ارائه کرده اند. آنها از شرایط متلاطم جوی که اشکال ابتدایی بلوک های سلولی را ایجاد می کنند تا این ایده که حیات در خارج از زمین تکامل یافته و بر روی یک شهاب سنگ به اینجا آورده شده است، متغیر است.

با این حال، همه آن نظریه ها موافق هستند که به محض شروع زندگی، توانایی انتقال دقیق اطلاعات ژنتیکی برای ادامه زندگی کاملا ضروری است.

بنابراین باورنکردنی است که ویروس‌های RNA رشد می‌کنند در حالی که چیزی را به سخره می‌گیرند که برای وجود هر چیز دیگری حیاتی است.

• از آنجایی که اشکال حیات تکامل یافته و چند سلولی شده اند، موجودات زنده باید مطمئن شوند که مکانیسم کپی برداری از مواد ژنتیکی قوی تر است و از این رو DNA ترجیح داده می شود.

• محبوب‌ترین ویروس‌های بیماری‌زا دارای RNA هستند، نه DNA، از جمله عوامل ایجاد کننده کووید-19، ایدز، فلج اطفال، آنفولانزا و غیره به دلیل استراتژی تکثیر ضربه یا از دست دادن.

• این ساختار ژنتیکی به ویروس ها این توانایی را می دهد که انواع عجیب و غریبی را ایجاد کنند که دارای مزیت بقا در برابر واکسن یا دارو هستند.

دکتر آرون پانچاپاکسان دانشمندی است که برای بنیاد آموزشی و تحقیقاتی پزشکی YR Gaitonde در چنای کار می کند.