וירואיד
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 (metatranscriptomics). הוירואיד כונה על ידי החוקר Theodor Otto Diener (אנ'), פתולוג צמחים במרכז המחקר של משרד החקלאות האמריקאי. הגילוי התרחש בשנת 1971 ונקרא potato spindle tuber viroid= PSTVd. הוירואיד Citrus exocortis viroid (אנ')- (CEVd) התגלה זמן קצר לאחר מכן. גילוים של שני וירואידים אלה, ה-PSTVd וה-CEVd עיצבו את מושג המקובל הוירואיד.
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 (retrozymes) המסוגלים להשאיל חלבונים ולהזיזם לאתרים שונים בגנום, הוצע כי וירואידים ואלמנטים דמויי וירואידים שייכים למחלקה חדשה הודות להתפתחות תהליך שעיתוק המכונה (retrotransposon). 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.
בשנים האחרונות התגלו וירואידים באורגניזמים מהחי. הפתוגן האנושי הפטיטיס D הגורמם לצהבת מטיפוס D נחשב לגורם תת-ויראלי הדומה במבנהו לוירואיד.