Adenoviridae

הדבקה ומחזור התרבות

מחזור החיים של הנגיפים במשפחה מחולק לשלושה שלבים, בדומה למרבית הנגיפים הידועים: שלב מוקדם, שלב ביניים ושלב מאוחר. השלב המוקדם מתאפיין באינטראקציה של הווירוס עם הרצפטור על פני ממברנת התא, בחדירה, בשעתוק ובתרגום של הגנים הוויראליים המוקדמים. שלב הביניים מתאפיין בשכפול הגנום הוויראלי ואילו השלב המאוחר מתאפיין בשעתוק וסינתזה של חלבונים מבניים, אריזת ויריונים, הרג התא המאכסן ושחרור הווירוסים החדשים אל מחוץ לתא המאכסן.
להלן תיאור מחזור ההדבקה וההתרבות בנגיפי Adenoviridae המדביקים חולייתנים ממחלקת היונקים.

חדירה לתא המאכסן והמעבר לגרעין

לאחר היצמדות נגיפי האדנו אל תאי האפיתל של מערכת הנשימה, באמצעות אינטראקציה של חלבוני ה-Fiber הנגיפיים עם חלבונים טראנסממברנליים מסוג CAR‏ ‏(Coxsackievirus and adenovirus receptor), להם תפקיד חשוב בהצמדת תאים אחד לשני (Adhesion), או עם רצפטורים מסוג: CD86 ,CD80 ,CD46 (רק נגיפים מסוג Human adenovirus B), מתרחשת אינטראקציה משנית של חלבוני ה-Penton עם הקו-רצפטורים התאיים מסוג אינטגרין, בעלי שרשרות אלפא ובטא מסוג αVβ₃ או αVβ₅. אינטראקציה משנית זו מאפשרת למעשה את חדירת הנגיפים אל תוך התא בתהליך של אנדוציטוזה, המושרית על ידי חלבוני קלתרין. בשלב הבא, כתוצאה מהסביבה החומצית השוררת בתוך האנדוזום, עוברים הנגיפים שלב של השלת הקפסיד (Uncoating) וכך חושפים את תכולתם בציטוזול. חלבוני הליבה, אשר עוטפים את הגנום הנגיפי מכילים רצפים ייחודיים, המזוהים על ידי מנגנוני שינוע בתא, כרצפים המייעדים את החלבון להיכנס לתוך הגרעין. מנגנוני השינוע הללו, המתבססים על פעילות מיקרוטובולים וחלבוני עזר מוטוריים, דוגמת דינאינים, מחדירים את ה-DNA לתוך הגרעין דרך נקבוביות בקרומית הגרעין, כעבור שעתיים מרגע ההדבקה.

דיכוי המנגנון האנטי-ויראלי בתא

מקטעי ה-VAI-RNA, שגודלם כ-155 בסיסים, אינם מקודדים לשום חלבון ויראלי ועיקר תפקידם הוא לבקר את תהליך השחבור החליפי ותרגום של גנים מוקדמים ומאוחרים וכן לדכא את המנגנון האנטי-ויראלי, שנועד להוריד למינימום את תהליך התרגום של החלבונים בריבוזומים, כמו גם להשרות תגובה אנטי-ויראלית מערכתית של הפרשת ציטוקינים פרו-דלקתיים, דוגמת אינטרפרון. ‏אותו המנגנון האנטי-ויראלי מושתת על האנזים המזרחן Protein kinase R ‏(PKR), אשר מצוי בתאים במצב של מונומר בלתי פעיל. חשיפתו למקטעי RNA דו-גדילי, הנוצרים על פי רוב בעת שכפול הגנום של נגיפי RNA וכן בעת שעתוק גנים נגיפיים (במהלך מחזור ההתרבות של אדנו וירוסים עוברים במקביל חמשת הגנים המוקדמים שעתוק. כיוון שעתוקם שונה בעקבות העובדה כי הם נמצאים על גדילי DNA מנוגדים ולכן באופן רגעי נוצרים מקטעי RNA דו-גדילי המזוהים על ידי חלבון ה-PKR) גורמת לו לעבור הומודימריזציה ואקטיבציה בצורת זרחון עצמי. PKR פעיל מזרחן את פקטור תחילת התרגום eIF2, אשר מתווך את הקישור של tRNA הקשור לחומצת אמינו מתיונין (המסמן את תחילת החלבון) לריבוזום. דבר זה גורם לעצירת תרגום החלבונים בתא.

שלב ביניים

לאחר הסינתזה של חלבוני ה-E2B מתחיל שלב שכפול הגנום. השכפול מתבצע בשיטת ה-Strand displacement‏, כדי לשכפל את שני הגדילים בו זמנית ללא השימוש במקטעי אוקזקי (ראו תרשים מצורף). התהליך מתחיל בניתוק 6 קשרי מימן בקצוות ה-5' של הדו-גדיל ובגיוס קומפלקס חלבוני שכפול, המורכב מחלבונים תאיים ונגיפיים, לאתר התחלת השכפול על ידי חלבון הליבה TP. קומפלקס זה מורכב מהחלבונים הבאים: E2B DNA polymerase, ‏Preterminal protein‏ (pTP)‏, Nuclear factor 1‏ (NF-1) ו-Octamer transcription factor 1‏ (Oct-1). אתר תחילת השכפול של הנגיף מכיל רצף של נוקלאוטידי CATCAT בקצוות ה-5' ורצף של נוקלאוטידי GTAGTA בקצוות ה-3'. מיד עם גיוס הקומפלקס החלבוני לאתר תחילת השכפול, מחבר E2B DNA polymerase נוקלאוטיד מסוג ציטידין מונופוספט (dCMP) לחלבון ה-pTP. בשלב זה מתמקם pTP על גבי קצה 3' של ה-DNA הנגיפי, כך שנוקלאוטיד ה-dCMP יוצר קשר מימן עם הגואנין בגדיל הנגדי (1). נוכחות pTP יחד עם dCMP מהווה תחל ל-E2B DNA polymerase, אשר מתחיל לסנתז גדיל חדש מקצה 5' לקצה 3'. במקביל, לגדיל השני נצמדים חלבוני E2A, על מנת להגן עליו בפני אנזימים תאיים שמטרתם לפרק DNA חד-גדילי (2). בתום שכפול גדיל חדש אחד, מתעקל הגדיל השני (זה אשר מצופה בחלבוני E2A) לצורת בועה. צורה זו מתאפשרת הודות ליצירת קשרי מימן בין רצפי ה-CATCAT בקצה 5' לבין רצפי ה-GTAGTA בקצה 3' (3). בתום יצירת קשרי המימן הללו, מגויס קומפלקס חלבוני השכפול פעם נוספת, דבר אשר מוביל לסנתזת הגדיל השני מקצה 5' ל-3', בדומה לגדיל הראשון, ללא שימוש במקטעי אוקזקי (4). 
תהליך השכפול הנ"ל אינו מניב DNA נגיפי מוגמר, שכן בגמר השכפול חלק ניכר מהגנום הנגיפי מכיל את החלבון pTP בקצה ה-5' של ה-DNA‏ (5). על מנת שה-DNA הנגיפי יהפוך למוגמר, על חלבוני ה-pTP לעבור חיתוך באמצעות הפרוטאז הנגיפי L3 protease‏. חיתוך זה מניב את חלבוני ה-TP‏‏ (6). אולם היות ש-L3 protease מתבטא כחלק מהחלבונים הויראליים המאוחרים, פירוש הדבר הוא שה-DNA הנגיפי עובר "הבשלה" סופית רק בשלב המאוחר של ההדבקה.
שלב זה מתרחש 4-6 שעות לאחר ההדבקה ומוביל לסינתזה של כ-100,000 עותקי DNA אדנו ויראלי חדשים בתא.

שלב מאוחר

השלב המאוחר מתחיל כ-20 שעות לאחר ההדבקה ומתאפיין בעיקר בסינתזת חלבונים מבניים (חלבוני קפסיד), לתוכם ייארז הגנום הנגיפי. מאפיין נוסף של השלב המאוחר הוא "הבשלת" הגנום הנגיפי בעקבות סינתזת החלבון L3 protease. מקור כל החלבונים המאוחרים (למעלה מ-40) הוא בגן יחיד, בעל פרומוטר בודד, אשר עובר שחבור חליפי.
שלב זה מתאפיין בהמשך בקרה ויראלית צמודה אחר תהליך התרגום בריבוזומים. בעקבות ביטוי החלבונים המוקדמים E4orf3 ו-E4orf6/E1b55kDa חלה סינתזה יעילה של החלבון הנגיפי המאוחר L4 100kDa. חלבון זה גורם לירידה משמעותית בתרגום mRNA תאי בריבוזומים, בעקבות היעדר זרחון פקטור תחילת התרגום eIF4F‏. פקטור זה מורכב מקומפלקס של חלבונים: eIF4A - אנזים הליקאז, eI4B - חלבון קופקטור ל-eI4A, ‏eI4E - חלבון מזהה קצה 5' של ה-mRNA ‏(Cap-binding protein) ו-eI4G - חלבון פיגום המזהה את קצה 3' של ה-mRNA (זנב רב-אדנול). החלבון הויראלי L4 100kDa מנתק את האנזים המזרחן MNK-1 מפקטור eI4F ובכך מונע את זרחון eI4E‏. היעדר זרחון eI4E גורם כאמור לירידה בתרגום ה-mRNA התאי, שכן על מנת שהתרגום יתרחש על החלבון eI4E להיות מזורחן (ולזהות את ה-"CAP" של ה-mRNA). בהקשר זה חשוב לציין כי גם ה-mRNA הנגיפי מכיל "CAP" בקצה 5', אולם תהליך תרגומו אינו נפגע כתוצאה מהיעדר הזרחון של eI4E. הסיבה לכך היא שימוש במנגנון הויראלי Ribosome shunting, אשר מאלץ את הריבוזומים בתא לפסוח על ה-"CAP" של ה-mRNA הנגיפי, כלומר להתחיל את התרגום באופן מיידי.
בתום השלב המאוחר נארזים הוויריונים הבוגרים לתוך הקפסיד בגרעין התא, עד אשר מגיעים למסה קריטית, דבר הגורם לפיצוץ ממברנת הגרעין ומאוחר יותר לממברנת התא ולשחרור הנגיפים הבוגרים מהתא המאכסן. על פי רוב, מסנתזים נגיפי Adenoviridae כמות גדולה של חלבוני מבנה ביחס לגנומים הויראליים המשוכפלים. עודף של חלבוני מבנה מצטברים בגרעין התא ויוצרים את גופיפי ההסגר (Inclusion bodies), כחלק מהאפקט הציטופתי המושרה על ידי הנגיף בתרבית תאים.

אופן ההידבקות

היות שאתרי המטרה של נגיפי משפחת ה-Adenoviridae הם רבים, קיימות מספר דרכים שבהן ניתן להידבק בנגיפים: דרך הפה על ידי תרסיס באוויר, דרך העיניים על ידי תרסיס אוויר, באמצעות מגע עם נוזל מזוהם בנגיפים (בריכות שחייה שמכילות ריכוז נמוך מהנדרש של כלור), על ידי צריכת מזון או מים נגועים בנגיפים (הדבקה פיקאלית-אוראלית), בדרך אנכית, כלומר מעבר הנגיף מהאם לעובר (Duck Adenovirus A בלבד), וכן דרך קיום יחסי מין (נגיפי Mastadenovirus אשר גורמים לדלקת במערכת המין). בשנת 2007 בוצע מחקר בו נטען לראשונה כי אמבות מהסוג Acanthamoeba מסוגלות לאכסן את הזנים ההומניים: 1, 2, 8 ו-37. מחקר זה קושר לראשונה בין מחלת ה-Acanthamoeba keratitis - דלקת קרנית אשר נגרמת כתוצאה מהידבקות ב-Acanthamoeba לדלקות בלחמית העין הנגרמות על ידי נוכחות זני הנגיף 8 ו-37. לפיכך תגלית זו מציגה את האמבות כחיות מאגר פוטנציאליות של נגיפי Mastadenovirus‏.
לאחר ההדבקה, הנגיפים דוגרים ומתרבים בגוף במשך פרק זמן של 5-8 ימים. מרבית המחלות הנשימתיות חולפות מעצמן כעבור מספר ימים, אולם חלק מהזנים מוגדרים אלימים יותר מהאחרים (למשל זנים 4 ו-7), ועלולים לגרום למחלות נשימתיות קשות בילדים מתחת לגיל 5. כמו כן, דלקות דרכי העיכול, הנגרמות על ידי זנים 40-41 מצריכות לעיתים קרובות אשפוז בבית חולים.

מניעה

בהיותם נגיפים "ערומים", מפגינים נגיפי Adenoviridae שרידות גבוהה מאוד בתנאי הסביבה. הדבר מאפשר להם להתקיים פרק זמן ממושך יחסית מחוץ לגוף המאכסן (שבוע בטמפרטורה של 36°C, ‏3-8 שבועות בטמפרטורה של 25°C, למעלה מחודשיים בטמפרטורה של 4°C). שרידות זו מתבטאת בעמידות גבוהה לתנאי יובש, לחות וקרינת UV (יוצא הדופן הוא זן 40, אשר נמצא רגיש לקרינת UV) כמו גם לכימיקלים שונים, לרבות: כהלים, ריכוז נמוך של כלור, בסיסים וחומצות. עם זאת, נגיפי האדנו מגלים רגישות רבה לכימיקלים דוגמת: נתרן תת-כלורי בריכוז של 1%, Sodium dodecyl sulfate בריכוז של 0.25%, גלוטראלדהיד בריכוז 2% ופורמלין. היות שרוב נגיפי Adenoviridae מועברים דרך האוויר על ידי תרסיס, שמירה על היגיינה נאותה, הכוללת שטיפת ידיים קבועה וכיסוי הפה והאף ברגע שיעול ועיטוש, מהווה אמצעי יעיל ביותר לשמירה בפני ההידבקות. שטיפת ירקות ופירות וכן בישול מזון והרתחת המים מהווים מניעה בפני הדבקות בזנים 40-41 (חימום ל-56°C במשך 30 דקות, או מנגד חימום ל-60°C במשך 2 דקות מספיק כדי להרוס את נגיפי האדנו).
עבודה עם נגיפי Mastadenovirus נחשבת לבעלת סיכון ביולוגי ברמה 2 (Biosafety level 2).

טיפול וחיסון

כיום לא קיים טיפול תרופתי נגד נגיפים במשפחת Adenoviridae. עיקר הטיפול הרפואי מתבסס על טיפול תומך בסימפטומים הנלווים, דוגמת הורדת חום ושיכוך כאבים.
בעבר פותח חיסון נגד הזנים 4 ו-7 של הסוג Mastadenovirus, הנחשבים לאלימים ביותר לבני האדם (מחוללי מחלות בדרכי הנשימה). החיסון ניתן לחיילי ארצות הברית בין השנים 1971–1999, אולם הופסק כאשר החברה שסיפקה חיסונים אלה הפסיקה את ייצורם. ב-16 במרץ 2011 אושר מתן החיסון זה, שפותח מחדש בהתבסס על החיסון המקורי משנת 1971, על ידי טבע תעשיות פרמצבטיות.
לנגיפי Adenoviridae מהסוג Aviadenovirus מצויים כיום שני חיסונים זמינים: חיסון על בסיס וירוס מוחלש וחיסון על בסיס וירוס מומת. חיסונים אלה ניתנים לעופות על מנת למנוע תחלואה בתסמונת הטלה ירודה ובדלקות של מערכת העיכול.
לזני הנגיף CAdV-1 ו-CAdV-2 מהסוג Mastadenovirus קיים כיום חיסון על בסיס וירוס CAdV-2 מוחלש, הניתן לכלבים במסגרת חיסון ה-DA2PPC.

ניצול למטרות מחקר

היות שרצפטורי ה-CAR, אותם מנצלים נגיפי משפחת ה-Adenoviridae על מנת לחדור לתוך תאי האפיתל בגוף, מצויים על מגוון רחב של תאים בגוף, עולה פוטנציאל החדירה של נגיפי האדנו. עובדה זו מנוצלת על ידי חוקרים רבים על מנת להשתמש בנגיפי המשפחה (לרוב בזן 5 בסוג Mastadenovirus) לשם החדרת פלסמידים סינתטיים, המבטאים גנים שונים, כשיטת טרנספקציה מקובלת ובמסגרת ריפוי גני.