نقش ویروس ها در تحقیقات بیوتکنولوژیک

ویروسها موجوداتی هستند که در مرز حیات قرار دارند. اما برخلاف موجوداتی که زندگی حقیقی دارند،ویروس ها توان زندگی در خارج از بدن میزبان را ندارند. ویروسها پاتوژن هایی هستند که به سلول های میزبان حمله میکنند و به منظور ساختن تعداد بیشتری ویروسها آنهارا تخریب میکنند. در اصل ویروسها اساسی ساده دارند و درعین حال بسیار قدرتمند هستند. آنها از یک پوسته پروتئینی به نام کپسید تشکیل شده و دارای ژنومی است که از RNA یا DNA احاطه شده است. ذره ای که وریون نامیده می شود، برخلاف سلول زنده،به هیچ وجه توان ساخت انرژی مورد نیاز خود و تکثیر ژنوم خود را ندارد. این ویروس برای انجام اینگونه فعالیت ها به میزبان وابسته است.  
ویروسها انواع مختلفی دارند و می توانند در تمامی موجودات زنده از باکتریها تا انسانها و گیاهان ساکن شوند. بیماری های ویروسی در انسانها بسیار شایع هستند، و اکثرا کمترین علائم را موجب میشوند. برای مثال، زمانی که ویروس حمله کند، در نهایت هدف با اب ریزش بینی و سایر علائم سرما خوردگی مواجه می شود و معمولا برای چند روزی احساس نا امیدی و سردرگمی می کنند. هرچند، ویروسها باعث تعداد زیادی از بیماری های جدی  نیز میشوند، از قبیل ایدز،آبله،هپاتیت ویا ابولا که اخیرا شناخته شده است.
زمانی که ویروسها به باکتری حمله میکنند، معمولا باکتری آلوده میمیرد. ویروسهای باکتریایی باکتریوفاژ یا فاژ نامیده میشوند، و به صورت طبیعی سلولهای باکتریایی را به منظور تولید ذره ویروسی جدید تخریب می کنند. زمانی که باکتری در محیط کشت آگار رشد می کند، لایه ای مه مانند یا ابرگونه (یک دشت باکتریایی) در بالای سطح اگار تشکیل می دهند. اگر محیط کشت باکتری توسط باکتریوفاژ آلوده شود، سوراخ ها و قسمت های کوچک روی  این دشت باکتریایی  ایجاد می کنند، مناطق مشخصی را به جای می گذارند که در این مناطق همه ی باکتری ها مرده اند.
باکتریوفاژها همانند سایر گونه های ویروس ها، مراحل زیر را در چرخه زندگی خود دارند
1)    اتصال صحیح وریون به سلول میزبان
2)    ورود ژنوم ویروس
3)    رونویسی ژنوم ویروس
4)    ساخت پروتئین ویروس جدید
5)    اجتماع ذرات ویروس جدید
6)    خروج وریون های جدید از میزبان
همه ی ویروس ها سلول میزبان را از بین نمی برند، و در حقیقت ، اکثر ویروس ها مرحله آخر را دارند زمانی که در سلول در حالت کمون  قرار می گیرند، هیچگونه پروتئین و ویروس جدیدی تولید نمی کنند. دوره کمون، همانگونه که در سلولهای جانداران نامیده میشود، وقتی به باکتری ها نسبت داده میشود لیزوژنی نامیده میشوند. (برخلاف آن  مرحله رشد ویروسی زمانی که سلول میزبان تخریب شده است مرحله لایتیک نامیده میشود) گاهی اوقات یک ویروس با قرار دادن ژنوم خود درون ژنوم یک سلول ، پنهان می شود .  ژنوم ویروسی با کروموزوم میزبان ادغام می شود و تا زمانی که برخی از محرک ها باعث دوباره فعال شدنش شوند ،غیرفعال باقی می ماند. به تجمع باکتری ها پروویروس گفته می شود ( یا ویروسی که به باکتری حمله می کند پروفاژ می نامند)
انواع زیادی از ویروس ها می توانند براساس شکل کپسید و نوع ژنوم به چند گروه تقسیم شوند . ویروس ها به سه شکل اصلی کروی ، رشته ای و مرکب هستند . درواقع ویروس های کروی از 20 طرف شکل مسطح مثلثی دارند ، در نتیجه 20 وجهی هستند. ویروس های مرکب به اشکال مختلفی هستند. برخی از آنها پاهایی  دارند که به سلول میزبان متصل می شود .برخی دارای یک قطعه باریک و دراز (میله ای) هستند که DNA یا  RNAرا به میزبان تزریق می کنند ، و دارای یک ساختار هستند که ‍‍ژنوم ویروسی را ذخیره می کند. این نوع از ویروس های مرکب در میان باکتریوفاژ های مختلفی که به طور گسترده در تحقیقات زیست شناسی مولکولی استفاده می شوند، رایج است. باکتریوفاژ T4, lambda ,P1 و MU شبیه  Apollo lunar landers (ماه قمری) هستند. ژنوم ویروسی در اندازه های متفاوت می باشد ، اما لازم است که همه آنها برای ساخت بیشتر از ژنوم ویروس در سلول میزبان و بسته بندی آنها در پوشش پروتئینی کپسید حاوی اطلاعات ژنتیکی باشند.
حداقل، یک ویروس برای تکثیر ژنوم خود به یک ژن ، یک ژن برای پروتئین کپسید و یک ژن برای آزاد کردن ویروس های جدید از سلول میزبان ، نیاز دارد . باکتریوفاژها باکتری ها را آلوده می کنند; ژنوم کامل آنها تنها دارای 3500 جفت باز است و کل ژنوم ، تنها متشکل از 4 ژن است. از طرف دیگر ، ویروس های مرکب بزرگ ممکن است بیش از 200 ژن داشته باشند که پس از آلوده کردن سلول میزبان در زمان های مختلف استفاده می شوند. سپس ژن ها براساس زمانی که فعال هستند دسته بندی می شوند. برخی ژن ها به عنوان ژن اولیه در نظر گرفته می شوند که این ژن ها بلافاصله بعد از آلوده کردن سلول میزبان فعال می شوند ، درحالی که در اواخر ژن فقط وقتی که ویروس برای مدتی در داخل سلول میزبان بوده، فعال است.
ژنوم ویروس از DNA یا RNA ساخته شده است و می تواند تک رشته ای یا دو رشته ای و خطی یا کروی باشد . هنگامی که ویروس ها  از یک تک رشته RNA به عنوان ژنوم استفاده می کنند، این رشته می تواند با قطبیت مثبت یا منفی باشد. رشته مثبت رشته ای است که رونویسی از روی آن انجام می شود ( کد می شود ) و رشته منفی، رشته  الگو است. هنگامیکه رشته مثبتRNA  ویروس ژنوم خود را وارد سلول میزبان می کند، می تواند مستقیما به عنوان RNA  پیام بر برای ساخت پروتئین استفاده شود. چنانکه ژنوم RNA ویروس دارای یک رشته منفی باشد، RNA در ابتدا باید به فرم مضاعف تبدیل شود (THEREPLHCATIVE یا RF ). سپس هر رشته به کار گرفته می شود : از رشته ی منفی به عنوان الگو برای ساخت بیشتر ژنوم های با رشته مثبت استفاده می شود و کاربرد رشته مثبت در ساخت پروتئین هاست. در حقیقت بعضی از ویروس ها از نمونه های RNA و DNA ژنوم خود استفاده می کنند RETRO ویروسها حیوانات را آلوده می کنند. برای مثال ویروس ایدز  شامل این گروه می شود، ژنوم یک RETRO ویروس ، RNA تک رشته ای می باشد که به محض ورود به سلول میزبان به فرم DNA مضاعف تبدیل می شود . Reverse Transcriptase (رونوشت معکوس)، یک Theensyme است که نسخه ی DNA را از روی ژنوم RNA تولید می کند و به طور گسترده در زیست شناسی مولکولی و مهندسی ژنتیک کاربرد دارد. هنگامیکه نسخه ی DNA  آماده شد به DNA سلول میزبان ملحق می شود و در نهایت اینDNA  ترکیب شده  LTRS نامیده می شود. بدین ترتیب پس از الحاق دو DNA، Retro ویروس بخشی از ژنوم میزبان را تشکیل می دهد. بدین خاطراست که هنوز درمان قطعی برای بیماری ایدز وجود ندارد و میزبان هرگز نمی تواند DNA RETRO ویروس را جدا کند. ژن های ویروس دائما قطعات کوچکی از ویروس را سنتز می کنند تا سلول های مجاور را آلوده کنندReverse Transcriptase . (رونوشت معکوس) نمونه ای از محصولات ژن ویروسی است که توسط میزبان سنتز شده و برای استفاده در چرخه ی دیگردر آلوده کردن سلولهای میزبان در پوششی بسته بندی می شوند. ژنوم RETRO ویروس دارای 3 ژن اصلی:gag ، pol،env و چندین ژن کوچک می باشد، ژن های rev,tat شکل های ظاهری سایز ژن های retro ویروس را تنظیم می کنند . vpu,vpr,vif,nef، 4 پروتئین سطحی را رمز دهی می کنندکه مانع از دفاع و مصون ماندن سلول های میزبان شده و کارایی محصولات ویروس را افزایش می دهند. هر کدام از این ژن ها MRNA,ENV,POL,GAG هایی ایجاد می کنند که پروتئین های گوناگونی را رمز دهی می کنند. Gag 3 پروتئینی که مسئول ساخت کپسید هستند را کد می کند. POL  نیز 3 پروتئین را رمز دهی می کند: یک پروتئاز که پروتئین ها را پس از قطعه قطعه کردن هضم می کند،  Reverse Transcriptase(رونوشت معکوس) که باعث ایجاد نسخه ی DNA از روی ژنوم می گردد و INTEGRASE که باعث الحاق و ترکیب شدنDNA  ویروس و کرموزوم میزبان می شود. ENV، 2 پروتئین ساختاری را رمز می کند که یکی از پروتئین ها سطح خارجی را شکل می دهد و پروتئین دیگر ورود ویروس به سلول میزبان را تسهیل می کند .