נגיף RNA חד-גדילי שלילי

נגיפי RNA בעלי גדיל שלילי (נגיפי ssRNA-, ובאנגלית: Negative-strand RNA virus) הם קבוצה של נגיפים קרובים מבחינה פילוגנטית, בעלי גנום חד-גדילי שלילי העשוי מחומצה ריבונוקלאית (RNA). יש להם גנומים הפועלים כגדילים משלימים שמהם מסונתז RNA שליח (mRNA) על ידי האנזים הנגיפי RNA פולימראז תלוי RNA (ובראשי תיבות RdRp). במהלך שכפול הגנום הנגיפי, RdRp מסנתז אנטיגנום חיובי (גדיל קריא) שהוא משתמש בו כתבנית ליצירת RNA שלילי. נגיפי RNA בעלי גדיל שלילי חולקים מאפיינים נוספים: רובם מכילים מעטפת נגיפית המקיפה את הקפסיד, העוטף את הגנום הנגיפי. גנומים של נגיפי ssRNA הם בדרך כלל ליניאריים, ובדרך כלל הגנום שלהם מורכב ממספר מקטעים נפרדים של חומר גנטי (segmented), במקום מרצף אחד רציף.

נגיפי RNA בעלי גדיל שלילי הם המערכה Negarnaviricota, בממלכת Orthornavirae ובממלכת הנגיפים Riboviria. הם צאצאים של אב קדמון משותף שהיה נגיף RNA דו-גדילי (dsRNA), והם נחשבים לקבוצה אחות של ריאו-נגיפים, שהם נגיפי dsRNA. בתוך המערכה יש שני ענפים עיקריים שיוצרים שתי תת-מערכות: Haploviricotina, שחבריה לרוב מורכבים ממקטע גנומי אחד (non-segmented) ומקודדים ל-RdRp המסנתז קצוות של mRNA, ו-Polyploviricotina, שחבריה מורכבים ממספר מקטעים נפרדים של חומר גנטי ומקודדים ל-RdRp שיוצר קצוות (Cap snatching) מה-mRNA של המארח. מוכרות שש מחלקות במערכה.

נגיפי RNA בעלי גדיל שלילי קשורים לפרוקי-רגליים ובאופן לא רשמי מחולקים לאלו התלויים בפרוקי רגליים לצורך העברה ולצאצאים של נגיפי פרוקי רגליים שכיום יכולים להתרבות בבעלי חוליות ללא עזרת פרוקי רגליים. נגיפי −sRNA בולטים הנישאים על ידי פרוקי רגליים כוללים את נגיף קדחת השבר הסורי-אפריקני ונגיף כתמי העגבניות (tomato spotted wilt virus). נגיפי −sRNA בולטים של בעלי חוליות כוללים את נגיף האבולה, נגיפי הנטה, נגיפי שפעת, נגיף קדחת לאסה ונגיף הכלבת.

 אטימולוגיה 
החלק הראשון של שמו של הנגיף, Negarnaviricota, מגיע מהמילה הלטינית nega, שמשמעותה שלילי, החלק האמצעי RNA מתייחס ל-RNA, והחלק האחרון, viricota, הוא הסיומת המשמשת לתיאור מערכת הנגיפים. תת-המערכה Haploviricotina מקבלת את החלק הראשון של שמו, Haplo, מיוונית עתיקה ἁπλός (אפלוס), שמשמעותה "פשוטה", ו-'viricotina היא הסיומת המשמשת לתת-מערכות הנגיפים. תת-המערכה Polyploviricotina עוקב אחר אותו דפוס: Polyplo נלקח מהמילה היוונית העתיקה πολύπλοκος (פוליפלוקוס), שמשמעותה "מורכבת".

 מאפיינים 
 גנום 
ממוזער|ויריון נגיף דלקת סטומטיטיס שלפוחיתית (VSV) וגנום של Mononegavirales
גדיל שלילי, "-" או גדיל התבנית (template strand), הוא הופכי ומשלים לגדיל הקריא ולמולקולת ה-RNA המשועתקת ממנה. ה-RNA פולימראז משתמש בגדיל המול-קריא, השלילי, כתבנית לסינתזה, ובאמצעות זיווג בסיסים נוצר גדיל RNA זהה לגדיל הקריא (מלבד החלפת התימין באורציל). זה הגדיל שאיננו מקודד (noncoding strand).

כל הנגיפים בנגארנביריקוטה הם נגיפי RNA חד-גדיליים (-ssRNA) בעלי גדיל שלילי. גנומיהם עשויים מ-RNA, שהוא חד-גדילי במקום דו-גדילי. הגנומים שלהם הם בעלי גדיל שלילי, כלומר ניתן לסנתז RNA שליח (mRNA) ישירות מהגנום על ידי האנזים הנגיפי RNA-dependent RNA polymerase (RdRp), המכונה גם RNA replicase, המקודד על ידי כל נגיפי ה--ssRNA. למעט נגיפים מסוג Tenuivirus וחלק ממשפחת Chuviridae, לכל נגיפי ה--ssRNA יש גנומים ליניאריים ולא מעגליים, והגנומים עשויים להיות מקטעיים או לא מקטעיים. כל הגנומים של ה--ssRNA מכילים חזרות קצה הפוכות, שהן רצפי נוקלאוטידים פלינדרומיים בכל קצה של הגנום.

Inverted repeat (IR), חזרה הפוכה, היא רצף של נוקלאוטידים (בסיסים) של DNA או RNA, שבו חלק מהרצף חוזר על עצמו אבל בצורה הפוכה ומשלימה. לדוגמה, אם ישנו הרצף A-G-C, בהמשך יופיע הרצף G-C-T, שהוא ההשלמה של הראשון.

רצף חד-גדילי של נוקלאוטידים הוא קטע של DNA או RNA שמורכב משרשרת אחת בלבד, לא זוג גדילים כמו ב-DNA רגיל. הרצף ההפוך והמשלים מופיע בהמשך, באותו גדיל. לדוגמה, אם יש רצף A-G-C, בהמשך יופיע G-C-T, שהוא גם הפוך וגם משלים. רצפים כאלה יכולים ליצור מבנים שמתפקדים כמו "סיכות ראש" (hairpins) בתוך מולקולות RNA או DNA, ויש להם תפקידים חשובים בוויסות גנים ובתהליכים ביולוגיים.

 שכפול ושעתוק 
ממוזער|מחזור שכפול נגיף השפעת
שכפול גנומים של ssRNA- מתבצע על ידי RdRp, אשר מתחיל את השכפול על ידי קשירה לרצף מוביל בקצה ה-3' (בדרך כלל מבוטא "three prime end") של הגנום. לאחר מכן, RdRp משתמש בגנום בעל הגדיל השלילי כתבנית לסינתזה של אנטיגנום בעל גדיל חיובי. בעת שכפול האנטיגנום (אנטיגנום הוא גדיל RNA משלים של גנום של נגיף RNA בעל גדיל שלילי, המשמש כתבנית לגנומים חדשים), RdRp נקשר תחילה לרצף הנגלה בקצה ה-3' של האנטיגנום. לאחר מכן, RdRp מתעלם מכל אותות התעתוק באנטיגנום ומסנתז עותק של הגנום תוך שימוש באנטיגנום כתבנית. השכפול מתבצע כאשר הגנום נמצא בתוך הנוקלאוקפסיד, ו-RdRp חושף את הקפסיד ועובר לאורך הגנום במהלך השכפול. כאשר רצפי נוקלאוטידים חדשים מסונתזים על ידי RdRp, חלבוני קפסיד מורכבים ועוטפים את ה-RNA הנגיפי המשוכפל החדש.

שעתוק mRNA מהגנום עוקב אחר אותו דפוס כיווני של יצירת האנטיגנום. ברצף המוביל, RdRp מסנתז RNA מוביל טריפוספט בקצה 5' (five prime end, בדרך כלל מבוטא "קצה חמש ראשי"), ובמקרה של תת-המערכה Haploviricotina, מכסה את הקצה 5', או, במקרה של תת-המערכה Polyploviricotina, חוטף מכסה מ-mRNA של התא המארח ומחבר אותו ל-mRNA הנגיפי כך שה-mRNA יוכל להיות מתורגם על ידי הריבוזומים של התא המארח.

לאחר סגירת ה-mRNA, ה-RdRp מתחיל שעתוק באות התחלה של גן ומסיים את התעתוק עם הגעה לאות סיום בגן. בסוף התעתוק, RdRp מסנתז זנב פוליאדנילציה (זנב פולי (A)) המורכב ממאות אדנינים בקצה 3' של ה-mRNA, דבר שניתן לעשות על ידי "גמגום פולימראז" (Polymerase stuttering), על רצף של אורצילים.   (גמגום פולימראז הוא תהליך שבו פולימראז משעתק נוקלאוטיד מספר פעמים מבלי להתקדם הלאה בשרשרת ה-mRNA. הוא משמש לעיתים קרובות בתוספת של זנבות poly A או סימון קצה של שרשראות mRNA על ידי נגיפים.) לאחר בניית זנב הפולי (A), ה-mRNA משתחרר על ידי RdRp. בגנומים המקודדים יותר מחלק אחד הניתן לתעתוק, RdRp יכול להמשיך לסרוק לרצף ההתחלה הבא כדי להמשיך בתעתוק.

חלק מנגיפי ssRNA− הם אמביסנס, כלומר גם הגדיל הגנומי השלילי וגם האנטיגנום החיובי מקודדים בנפרד לחלבונים שונים. על מנת לתעתק נגיפי אמביסנס, מבוצעים שני סבבי שעתוק: ראשית, mRNA מיוצר ישירות מהגנום; שנית, mRNA נוצר מהאנטיגנום. כל נגיפי האמביסנס מכילים מבנה לולאה מסוג "hairpin loop" (סיכות ראש) כדי לעצור את התעתוק לאחר שה-mRNA של החלבון תועתק.

 מורפולוגיה 
ממוזער|מבנה נגיף הפריבוניה (משמאל); צילום במיקרוסקופ אלקטרונים חודר של נגיף דלקת המוח של קליפורניה (מימין)
נגיפי RNA בעלי גדיל שלילי מכילים קומפלקס ריבונוקלאופרוטאין המורכב מהגנום ו-RdRp המחובר לכל מקטע של הגנום, המוקפים בקפסיד. הקפסיד מורכב מחלבונים שהמבנה המקופל שלהם מכיל חמישה סלילי אלפא בקצה האמיני (האונה ה-N-טרמינלית, מוטיב 5-H) ושלושה סלילי אלפא בקצה הקרבוקסילי (האונה ה-C-טרמינלית, מוטיב 3-H). בתוך הקפסיד, הגנום נמצא בין שני מוטיבים אלה. למעט משפחת Aspiviridae, נגיפי −ssRNA מכילים מעטפת נגיפית חיצונית, קרום ליפידי המקיף את הקפסיד. צורת חלקיק הנגיף, הנקרא ויריון, של נגיפי −ssRNA משתנה ויכולה להיות פילמנטית (חוטית), פלאומורפית (רב-צורתית), כדורית או צינורית. 

 אבולוציה 
פילוח גנום הוא מאפיין בולט בקרב נגיפי −ssRNA רבים, ונגיפי −ssRNA נעים בין גנום עם מקטע אחד, למשל בסדרת Mononegavirales, לגנומים עם עשרה מקטעים, למשל בנגיף Tilapia tilapine.  אין מגמה ברורה שקובעת את מספר המקטעים, ונראה שפילוח גנום בקרב נגיפי −ssRNA הוא מאפיין גמיש כי התפתח באופן עצמאי במספר הזדמנויות. רוב חברי תת-המערכה Haploviricotina אינם מקטעיים, בעוד שהפילוח הוא אוניברסלי ב-Polyploviricotina.

 פילוגנטיקה 
ממוזער|פילוגניה של נגיפי −ssRNA
ניתוח פילוגנטי המבוסס על RdRp מראה כי נגיפי −ssRNA הם צאצאים של אב קדמון משותף וכי הם ככל הנראה קבוצה אחים של ריאו-נגיפים, שהם נגיפי dsRNA. בתוך המערכה יש שני ענפים המשויכים לשתי תת-מערכות, בהתבסס על ההבדל בין RdRp שמסנתז קצה (Cap) על mRNA ויראלי לבין זה ש"חוטף" קצה (Cap snatching) מ-mRNA של המארח ומחבר את הקצה הזה ל-mRNA ויראלי.

בתוך המערכה, נראה כי נגיפי −ssRNA המדביקים פרוקי רגליים הם האבות הקדמונים של נגיפי −ssRNA האחרים. פרוקי רגליים חיים לעיתים קרובות בקבוצות, מה שמאפשר העברת נגיפים בקלות. עם הזמן, הדבר הוביל לכך שנגיפי −ssRNA של פרוקי רגליים התגוונו. פרוקי רגליים מאכסנים כמויות גדולות של נגיפים, אך לא ברור עד כמה יש העברה בין-מינית של נגיפי −ssRNA של פרוקי רגליים בקרב פרוקי רגליים.

נגיפי −ssRNA של צמחים וחולייתנים נוטים להיות קשורים גנטית לנגיפי פרוקי רגליים. רוב נגיפי −ssRNA מחוץ לפרוקי רגליים נמצאים במינים המקיימים אינטראקציה עם פרוקי רגליים. לכן פרוקי רגליים משמשים גם כמארחים מרכזיים וגם כווקטורים להעברה של נגיפי −ssRNA. ניתן להבחין בין נגיפי −ssRNA התלויים בפרוקי רגליים לצורך העברה לבין אלו שיכולים לעבור בין בעלי חוליות ללא עזרתם של פרוקי רגליים. סביר להניח שהקבוצה האחרונה מקורה מהראשונים, והתאימה את עצמה להעברה דרך בעלי חוליות בלבד.

 מיון 
Negarnaviricota שייכת לממלכת Orthornavirae, הכוללת את כל נגיפי ה-RNA המקודדים ל-RdRp, ולממלכת Riboviria, הכוללת את Orthornavirae וכן את כל הנגיפים המקודדים לרוורס טרנסקריפטאז בממלכת Pararnavirae. מערכת Negarnaviricota מכילה שתי תת-מערכות, המכילות שש מחלקות, ארבע מהן מונוטיפיות (כלומר, שיש בהן רק סוג אחד) עד לטקסונים נמוכים יותר: 
ממוזער|עץ פילוגנטי של Negarnaviricota (למעלה), גנום של חברים שונים בסיווג, ורצפים שמורים עיקריים (למטה)
 תת-מערכה: Haploviricotina, המכילה נגיפי ssRNA - המקודדים ל-RdRp שמסנתז קצה של mRNA נגיפי ובדרך כלל בעלי גנומים לא מקטעיים.
 מחלקה: Chunquiviricetes
 סדרה: Muvirales
 משפחה: Qinviridae
 סוג: Yingvirus
 מחלקה: Milneviricetes
 סדרה: Serpentovirales
 משפחה: Aspviridae
 סוג: Ophiovirus
 מחלקה: Monjiviricetes
 מחלקה: Yunchangviricetes
 סדרה: Goujianvirales
 משפחה: Yueviridae
 סוג: נגיף יויואה (Yuyuevirus)
 תת-מערכה: פוליפלוביריקוטינה (Polyploviricotina), המכילה נגיפי ssRNA - שמקודדים ל-RdRp שלוקח קצה מ-mRNA של המארח כדי להשתמש בו על mRNA של הנגיף, ושיש להם גנומים מקטעיים.
 מחלקה: Bunyaviricetes
 מחלקה: Insthoviricetes
 סדרה: Articulavirales

נגיפי RNA בעלי גדיל שלילי מסווגים כקבוצה V במערכת סיווג בולטימור, אשר מקבצת נגיפים על סמך אופן ייצור ה-mRNA שלהם, ולעיתים קרובות משמשת לצד טקסונומיה סטנדרטית של נגיפים, המבוססת על היסטוריה אבולוציונית. לכן, קבוצה V ו- Negarnaviricota הן מילים נרדפות.

 מחלה 
נגיפי RNA בעלי גדיל שלילי גורמים מחלות רבות. רבות מהן מועברות על ידי פרוקי רגליים, כולל נגיף קדחת השבר הסורי-אפריקני ונגיף העגבניות הנבולות המנוקדות (tomato spotted wilt virus).   בקרב בעלי חוליות, עטלפים ומכרסמים הם וקטורים נפוצים עבור נגיפים רבים, כולל נגיף האבולה ונגיף הכלבת, המועברים על ידי עטלפים ובעלי חוליות אחרים,   ונגיף קדחת לסה ונגיפי הנטה, המועברים על ידי מכרסמים.   נגיפי שפעת נפוצים בקרב ציפורים ויונקים.  נגיפי −ssRNA ספציפיים לבני אדם כוללים את נגיף החצבת ונגיף חזרת.  

 היסטוריה 
מחלות רבות הנגרמות על ידי נגיפי −ssRNA ידועות לאורך ההיסטוריה, כולל זיהום בנגיף האנטה, חצבת וכלבת.    בהיסטוריה המודרנית, אבולה ושפעת גרמו להתפרצויות מחלות קטלניות.   נגיף דלקת הפה שלפוחיתית (vesicular stomatitis virus), שבודד לראשונה בשנת 1925 ואחד הנגיפים הראשונים של בעלי חיים שנחקרו מכיוון שניתן היה לחקור אותו היטב בתרביות תאים, זוהה כנגיף −ssRNA, שהיה ייחודי באותה תקופה מכיוון שנגיפי RNA אחרים שהתגלו היו בעלי גדיל חיובי.   בתחילת המאה ה-21, מחלת דבר הבקר, הנגרמת על ידי נגיף הדבר שהוא −ssRNA, הפכה למחלה השנייה שהושמדה, לאחר אבעבועות שחורות, הנגרמת על ידי נגיף DNA. 

במאה ה-21, מטאגנומיקה ויראלית הפכה נפוצה לזיהוי נגיפים בסביבה. עבור נגיפי −ssRNA, הדבר אפשר זיהוי של מספר רב של נגיפים המועברים דרך חסרי חוליות, ובמיוחד פרוקי רגליים, מה שסייע לספק תובנות לגבי ההיסטוריה האבולוציונית של נגיפי −ssRNA. בהתבסס על ניתוח פילוגנטי של RdRp שהראה כי נגיפי −ssRNA הם צאצאים של אב קדמון משותף, Negarnaviricota  ושתי תתי-מערכות נוצרו בשנת 2018, והן שובצו בתחום החדש שהוקם אז, Riboviria.

 גלריה 

 הערות שוליים 

 לקריאה נוספת 

קטגוריה:וירולוגיה
קטגוריה:גנטיקה