וירואיד

וירואיד (על פי האקדמיה ללשון: נְגִיפוֹן) הוא גופיף דמוי-נגיף, אך נטול המעטפת החלבונית האופיינית לנגיפים. מורכב ממקטע RNA חד-גדילי טבעתי. וירואידים גורמים למספר מחלות בצמחים, חלקן אף קטלנות לנושא המחלה. הוירואידים שלא כמו הווירוסים, חסרי ציפוי חלבון. כל הווירואידים הידועים הם תושבי אנגיוספרים (צמחים פורחים), ורובם גורמים למחלות, שחשיבותן הכלכלית משתנה מאוד. מחקר שנערך לאחרונה בשיטת  מצביע על כך שמגוון הפונדקאים של וירואידים ואלמנטים דמויי וירואידים אחרים הוא רחב יותר מכפי שחשבו בעבר ואינו מוגבל לצמחים, ומקיף גם את הפרוקריוטים.

וירואידים הם היצורים הפתוגנים הקטנים ביותר בטבע: גודל הגנום של הווירואיד הקטן ביותר עומד על כ-220 נוקלאוטידים, לעומת הנגיף הידוע הקטן ביותר המסוגל לגרום למחלות מכיל גנום בן כ-2,000 נוקלאוטידים. לכן הווירואידים מכונים לעיתים "פתוגנים תת-נגיפיים".
ממוזער| מחלה וירואידית בפקעות של תפוחי אדמהPotato spindle tuber viroid

 דרכי הדבקה 
רוב הוירואידים הידועים מדביקים צמחים. הם מועברים לפונדקאים צמחיים חדשים במספר דרכים
 העברה על ידי כנימות,
 זיהום צולב בעקבות נזק מכני לצמחים כתוצאה משיטות גננות או חקלאיות
 מעבר מצמח לצמח על ידי מגע בין עלים.

עם הדבקה, הוירואידים משתכפלים בגרעין התא (Pospiviroidae) או בכלורופלסטים (Avsunviroidae) של תאי הצמח בשלושה שלבים באמצעות מנגנון המבוסס על RNA. לשם כך מופעל האנזים RNA פולימראז II, המצוי התאי הפונדקא. אנזים זה קשור בדרך כלל לסינתזה של mRNA מ-DNA, אשר בנוכחות הוירואיד מזרז סינתזה של RNA חדש תוך שימוש ב-viroid כתבנית.

שלא כמו וירוסים צמחיים המייצרים חלבוני הנעה , וירואידים הם סבילים לחלוטין ומסתמכים על המארח. תכונה זו שימושיתל בחקר קינטיקה של RNA בצמחים.

 השתקת RNA 
קיימת אי ודאות לגבי האופן שבו וירואידים מעוררים תסמינים פתוגניים בצמחים מבלי לקודד מולקולות של חלבון כלשהן ברצפים שלהם. עדויות מצביעות על כך שקיים תהליך של השתקת RNA. שינויים בגנום הוירואידים יכולים לשנות באופן משמעותי את הרעילות שלו. זה משקף את העובדה שלכל siRNA המיוצר ימצאו פחות זיווגים משלימים עם mRNA. vביטוי טרנסגני של  הלא זיהומי של וירואיד פקעת תפוח האדמה, מפתח את כל התסמינים הדומים ל-viroid. זה מצביע על כך שכאשר וירואידים משתכפלים באמצעות RNA עם מספר גדילים כפול, הם משוכפלים על ידי אנזים חותך ומתפצלים ל-siRNAs שמועלים לאחר מכן על קומפלקס ההשתקה המושרה על ידי RNA. ה-siRNAs של הוירואידיים מכילים רצפים המסוגלים לבצע חיבורים של בסיסים משלימים עם ה-mRNA ak הצמח עצמו, והשרhת ההכפלה או עיכוב התרגום גורמת לתסמיני הוירואידים הקלאסיים.מרכז|ממוזער|700px|הגנום השלם של הוירואיד PST

 השערת עולם ה-RNA 
ההשערה של Diener משנת 1989Diener, T O. "Circular RNAs: relics of precellular evolution?."Proc.Natl.Acad.Sci.USA, 1989;86(23):9370-9374 הציעה שהתכונות הייחודיות של וירואידים הופכות אותם למקרומולקולות סבירות יותר מאשר אינטרונים, או RNAs אחרים שנחשבו בעבר כ"שרידים חיים" אפשריים של עולם RNA היפותטי, פרה-תאי. חקר הווירוסים קיבל משמעות מעבר לוירולוגיה של הצמחים במסגרת תורת האבולוציה, מכיוון שתכונותיהם הופכות אותם למועמדים סבירים יותר מאשר RNAs אחרים לבצע שלבים מכריעים בהתפתחות החיים מחומר דומם, המכונה ביוגנזה. ההשערה של Diener נשכחה ברובה עד 2014, והוזכרה במאמר סקירה של Flores וחב', שבו הובאו הטיעונים של Diener התומכות בהשערתו
 גודלם הקטן של וירואידים, שנכפה על ידי שכפול מועד לשגיאות.
 תכולת הגואנין והציטוזין הגבוהה שלהם, מה שמגביר את היציבות ואת יציבות השכפול.
 המבנה המעגלי המבטיח שכפול מלא ללא תגים גנומיים.
 קיום מחזוריות מבנית, המאפשרת הרכבה מודולרית לגנום מוגדל.
 היעדר יכולת קידוד חלבון התואם בית גידול ללא ריבוזומים.
 שכפול מתווך בחלקם על ידי ריבוזימים - טביעת האצבע של עולם ה-RNA.

הנוכחות, בתאים קיימים, של RNAs עם תכונות מולקולריות חזויות עבור RNAs של עולם ה-RNA מהווה טיעון רב עוצמה נוסף התומך בהשערת עולם ה-RNA. עם זאת, מקורם של הוירואידים עצמם מעולם ה-RNA הזה הוטל בספק על ידי מספר חוקרים, כולל גילוי של רטרו-זימים (משפחה של רטרוטרנספוזונים המייצגים כנראה את אבותיהם) והיעדרם המוחלט מאורגניזמים מחוץ לצמחים. (פרוקריוטים כולל חיידקים וארכיאה). עם זאת, מחקרים עדכניים מצביעים על כך שהמגוון של וירואידים ושל אלמנטים דמויי וירואידים אחרים הוא רחב יותר ממה שחשבו בעבר ושהוא לא יהיה מוגבל לצמחים ויקיף אפילו את הפרוקריוטים. התאמות בין cccRNAs viroid ו-CRISPR spacers מצביעות על כך שחלקן עשויות להשתכפל בפרוקריוטים.

 שיטות לבדיקת וירואידים 
פיתוח בדיקות המבוססות על שיטות ELISA, PCR והיברידיזציה של חומצות גרעין l אפשרו זיהוי מהיר וזול של וירואידים ידועים בבדיקות ביולוגיות, בדיקות פיטוסניטריות ולמטרות הסגר.

 היסטוריה 
בשנות ה-20 של המאה ה-20 אובחנו תסמינים של מחלת תפוחי אדמה שלא הייתה ידועה בעבר בשדות של ניו יורק וניו ג'רזי. תסמיני המחלה הייתה התארכות של הפקעות בצמחים שנפגעו וצורתם נפגמה. המחלה כונתה מחלת פקעת ציר תפוחי האדמה. הסימפטומים הופיעו על צמחים שעליהם נעשתה הנלצה על ידי העברת חלקי פקעת מצמחים מודבקים, מה שמצביע על כך שהמחלה נגרמה על ידי גורם פתוגני שניתן להעביר. עם זאת, לא ניתן היה למצוא תסמינים של פטרייה או חיידק הקשורים באופן עקבי לצמחים הנושאים את התסמינים. לפיכך, ההנחה הייתה שהמחלה נגרמת על ידי וירוס. למרות ניסיונות רבים לאורך השנים לבודד ולטהר את הנגיף המשוער, תוך שימוש בשיטות מתוחכמות יותר ויותר, אלה לא צלחו כאשר יושמו על תמציות מצמחים שנפגעו ממחלת פקעת תפוחי אדמה. בשנת 1971, תיאודור או. דינר הראה שהגורם הפתוגני אינו וירוס, אלא סוג חדש לחלוטין של פתוגן, 1:80 מגודל של וירוסים טיפוסיים, והציע את המונח "וירואיד". במקביל למחקרים בחקלאות, נעשה מחקר מדעי בסיסי על מנת לאפיין את התכונות הפיזיקליות, הכימיות והמקרו-מולקולריות של הוירואידים. הוכח כי וירואידים מורכבים ממתיחה קצרה (כמה מאות נוקלאוטידים) של RNA חד-גדילי, ובניגוד לנגיפים, לא היה להם מעטה חלבוני. וירואידים קטנים ביותר, בנויים מ-246 - 467 נוקלאוטידים, קטנים יותר מפתוגנים אחרים של צמחים, הם מורכבים מפחות מ-10,000 אטומים. לשם השוואה, הגנום של הנגיפים הקטנים ביותר הידועים המסוגלים לגרום לזיהום בעצמם הוא באורך של כ-2,000 נוקלאוטידים.

בשנת 1976, Sanger et al. הציג ראיות לכך שוירואיד פקעת ציר תפוחי אדמה הוא "מולקולת RNA חד-גדילית, סגורה קוולנטית, עגולה, הקיימת כמבנה דמוי מוט בעל זוגות, בסיסית ביותר". זוהי המולקולה הראשונה בעלת מבנה של RNA מעגלי, בניגוד ל-RNA ליניארי, יוצר לולאה רציפה סגורה קוולנטית, שבה חוברו קצוות 3' ו-5' הקיימים במולקולות RNA ליניאריות. סנגר וחב'. סיפקו גם ראיות למעגליות האמיתית של וירואידים בכך שגילו שלא ניתן היה לזרחן את ה-RNA בקצה ה-5'. בבדיקות נוספות, הם הראו שלא ניתן למצוא אפילו קצה 3' חופשי אחד, מה ששלל את האפשרות שלמולקולה יהיו שני קצוות 3'. וירואידים הם אפוא RNA מעגליים אמיתיים.
התגליות הראשונות של וירואידים בשנות ה-70 הובילו להרחבה השלישית העיקרית מבחינה היסטורית של התפתחות הביוספרה על מנת לכלול ישויות צורות חיים קטנות יותר. לאחר התגליות בשנת 1675 על ידי אנטוני ואן לוונהוק של המיקרואורגניזמים "הבלתי נראים" ובשנים 1892–1898 על ידי דימיטרי יוסיפוביץ' איבנובסקי ומרטינוס ביירינק של גילוי הנגיפים ה"תת-מיקרוסקופיים". התכונות הייחודיות של וירואידים הוכרו על ידי הוועדה הבינלאומית לטקסונומיה של ווירוסים-International Committee Taxonomy of Viruses =ICTV, ביצירת סדרה חדשה המכונה סדרת יצורים תת-ויראליים. הוירואיד המוכר הראשון, שהתברר כגורם הפתוגני של מחלת פקעית תפוחי האדמה התגלה, אופיין בשיטה ביומולקולרית המכונה . הוירואיד כונה על ידי החוקר Theodor Otto Diener , פתולוג צמחים במרכז המחקר של משרד החקלאות האמריקאי. הגילוי התרחש בשנת 1971 ונקרא potato spindle tuber viroid= PSTVd. הוירואיד Citrus exocortis viroid - (CEVd) התגלה זמן קצר לאחר מכן. גילוים של שני וירואידים אלה, ה-PSTVd וה-CEVd עיצבו את מושג המקובל הוירואיד.
ממוזער|תהליך ההדבקה וההתרבות של וירואידים בעלים
ממוזער|תהליך שיעתוק על ידי רטרוטרנספוזון
עד 2007 התגלו למעלה מ-30 מיני וירואידים המתחלקים בין שתי משפחות. משפחה אחת כוללת שני סוגים והשנייה חמישה סוגים. הוירואיד הראשון שהתגלה, ה-PST, גורם למחלה בתפוח אדמה. הוירואיד מורכב מגדיל RNA בן 359 נוקלאוטידים. הגנום של הוירואידים אינו מכיל גנים ואינו מקודד לייצור חלבונים. במשך שנים רבות לא היה ברור כיצד מסוגל הוירואיד לגרום למחלות ללא היכולת לייצור חלבונים. דינר הניח ב-1989 כי וירואידים עשויים לייצג "שרידים חיים" מעולם ה-RNA העתיק והלא-תאי. בעקבות גילוי הרטרוזימים  המסוגלים להשאיל חלבונים ולהזיזם לאתרים שונים בגנום, הוצע כי וירואידים ואלמנטים דמויי וירואידים שייכים למחלקה חדשה הודות להתפתחות תהליך שעיתוק המכונה . התאוריה המקובלת כיום היא שה-RNA הוירואידי נצמד ל-mRNA בתא הצמח וגורם להשתקתו באמצעות מנגנון RNAi. במילים אחרות, הווירואיד מונע ייצור חלבונים חיוניים בתא הצמח, דבר הגורם למחלה. הוירואיד משתמש במנגנון השכפול של תא הצמח (האנזים RNA פולימראז) על מנת להתרבות.

המבנה החד-גדילי והמעגליות של ויירואידים אושרו על ידי מיקרוסקופיה אלקטרונית. רצף הנוקלאוטידים המלא של ויירואיד פקעת תפוחי אדמה נקבע בשנת 1978. PSTVd היה הפתוגן הראשון של אורגניזם אוקריוטי שעבורו הוקם המבנה המולקולרי המלא. למעלה משלושים מחלות צמחים זוהו מאז כנגרמות ויירואידיות, לא נגרמות בווירוס, כפי שהניחו. ארבעה וירואידים נוספים או חלקיקי RNA דמויי וירואידים התגלו בין השנים 2009 ל-2015.ממוזער|המבנה של וירואיד Hepatitis Dבשנים האחרונות התגלו וירואידים באורגניזמים מהחי. הפתוגן האנושי הפטיטיס D הגורמם לצהבת מטיפוס D נחשב לגורם תת-ויראלי הדומה במבנהו לוירואיד.

 טקסונומיה 
 משפחת Pospiviroidae
 סוג פוספיווירואיד ; סוג סוג: Potato spindle tuber viroid ; 356–361 נוקלאוטידים (nt)
 עגבנייה כלורוטית גמד וירואיד ; (TCDVd); הצטרפות AF162131, אורך הגנום 360nt
 Papita viroid מקסיקנית ; (MPVd); accession L78454, אורך הגנום 360nt
 עגבניות planta macho viroid ; (TPMVd); accession K00817, אורך הגנום 360nt
 הדר exocortis viroid ; 368–467 נ"ט
 חרצית פעלול וירואיד ; (CSVd); accession V01107, אורך הגנום 356nt
 עגבניות פעלולים קודקוד וירואיד ; (TASVd); accession K00818, אורך הגנום 360nt
 Iresine 1 viroid ; (IrVd-1); accession X95734, אורך הגנום 370nt
 Columnea סמוי וירואיד ; (CLVd); accession X15663, אורך הגנום 370nt
 סוג Hostuviroid ; סוג מינים: הופ פעלול viroid ; 294–303 נ"ט
 סוג Cocadviroid ; סוג סוג: קוקוס cadang-cadang viroid ; 246–247 נ"ט
 קוקוס tinangaja viroid ; (CTiVd); accession M20731, אורך הגנום 254nt
 הופ סמוי וירואיד ; (HLVd); accession X07397, אורך הגנום 256nt
 הדר IV viroid ; (CVd-IV); accession X14638, אורך הגנום 284nt
 סוג Apscaviroid ; סוג מינים: צלקת תפוח עור viroid ; 329–334 נ"ט
 Citrus III viroid ; (CVd-III); הצטרפות AF184147, אורך הגנום 294nt
 תפוח גומה פרי viroid ; (ADFVd); accession X99487, אורך הגנום 306nt
 כתם צהוב גפן 1 viroid ; (GVYSd-1); accession X06904, אורך הגנום 367nt
 כתם צהוב ענבים 2 viroid ; (GVYSd-2); accession J04348, אורך הגנום 363nt
 הדר כפוף עלה viroid ; (CBLVd); accession M74065, אורך הגנום 318nt
 אגס שלפוחית סרטן viroid ; (PBCVd); accession D12823, אורך גנום 315nt
 וירואיד גפן אוסטרלי ; (AGVd); accession X17101, אורך הגנום 369nt
 סוג Coleviroid ; סוג סוג: Coleus blumei viroid 1 ; 248–251 נ"ט
 Coleus blumei 2 viroid ; (CbVd-2); accession X95365, אורך הגנום 301nt
 Coleus blumei 3 viroid ; (CbVd-3); accession X95364, אורך הגנום 361nt
 משפחת Avsunviroidae
 סוג Avsunviroid ; סוג סוג: אבוקדו sunblotch viroid ; 246–251 נ"ט
 סוג Pelamoviroid ; סוג סוג: וירואיד פסיפס סמוי אפרסק ; 335–351 נ"ט
 סוג Elaviroid ; סוג סוג: וירואיד חציל סמוי ; 332–335 nt

קישורים חיצוניים





הערות שוליים

קטגוריה:נגיפים
קטגוריה:מחלות צמחים
קטגוריה:אבולוציה מולקולרית