ไวรัส เป็นศัพท์จากภาษาลาตินแปลว่า พิษ ในตำราชีววิทยาเก่าของไทยอาจเรียกว่า วิสา[ต้องการอ้างอิง] อันเป็นการทับศัพท์ในยุคแรกจากภาษาสันสกฤตที่แปลว่า พิษ เช่นเดียวกัน ปัจจุบันคำว่า ไวรัส หมายถึงจุลินทรีย์ที่สามารถก่อให้เกิดการติดเชื้อได้ (infectious agents) ทั้งในมนุษย์, สัตว์, พืช และ สิ่งมีชีวิตอื่นๆ ที่เป็นสิ่งมีชีวิตมีเซลล์ (cellular life) ทำให้เกิดโรคที่ส่งผลกระทบกว้างขวาง จึงมีความสำคัญที่จะต้องศึกษาทั้งในทางการแพทย์และทางเศรษฐกิจ ไวรัสเป็นปรสิตอยู่ในร่างของสิ่งมีชีวิตอื่น (obligate intracellular parasite) ไม่สามารถเติบโตหรือแพร่พันธุ์นอกเซลล์อื่นได้ ไวรัสอาจถือได้ว่าเป็นจุลินทรีย์ที่มีลักษณะของการเป็นสิ่งมีชีวิตเพียงประการเดียวคือสามารถแพร่พันธุ์ หรือการถ่ายทอดสารพันธุกรรมของตนเองจากรุ่นหนึ่งไปยังอีกรุ่นหนึ่ง อย่างไรก็ตามไวรัสไม่ใช่จุลินทรีย์ที่มีขนาดเล็กที่สุด ยังมีจุลินทรีย์ที่มีขนาดเล็กกว่าไวรัสคือ ไวรอยด์ (viroid) และ พริออน (prion) ไวรัสชนิดแรกที่ค้นพบคือไวรัสใบยาสูบด่าง(TMV หรือ Tobacco Mosaic Virus) ซึ่งค้นพบโดยมาร์ตินัส ไบเยอรินิค ใน ค.ศ. 1899 ในปัจจุบันมีไวรัสกว่า 5,000 ชนิดที่ได้รับการบันทึกไว้ วิชาที่ศึกษาไวรัสเรียกว่าวิทยาไวรัส (virology) อันเป็นสาขาหนึ่งของจุลชีววิทยา (microbiology)
คุณสมบัติที่สำคัญ
คุณสมบัติที่สำคัญของไวรัสมีดังนี้
- ไวรัสมีกรดนิวคลีอิกเพียงชนิดเดียวเป็น DNA หรือ RNA (ยกเว้นบางชนิด)
- ไวรัสมีขนาดเล็กมาก (20-300 nanometer) จนสามารถหลุดรอดผ่านเครื่องกรองที่ใช้กรองแบคทีเรียได้ ในสมัยก่อนเรียกไวรัสว่าเป็น filterable agents การดูรูปร่างของไวรัสต้องใช้กล้องจุลทรรศน์อิเลคตรอนจะใช้กล้องจุลทรรศน์ธรรมดาไม่ได้
- ไวรัสมีการเพิ่มจำนวนเฉพาะในเซลล์ของสิ่งที่มีชีวิตเท่านั้นจึงจัดไวรัสเป็น obligate intracellular parasite และ กลไกของไวรัสในการเพิ่มจำนวนที่เรียกว่า replication ก็แตกต่างจากการเพิ่มจำนวนของจุลินทรีย์ชนิดอื่นอย่างชัดเจน ทั้งนี้เพราะไวรัสมีโครงสร้างและส่วนประกอบแบบง่ายๆ ไม่มีเมตาโบลิซึมและ organell ต่างๆเช่นไรโบโซมหรือไมโตคอนเดรีย ของตัวเอง จำเป็นต้องอาศัยการทำงานจากเซลล์โฮสต์ทั้งสิ้น
- ไวรัสไม่ถูกทำลายโดยยาปฏิชีวนะที่ใช้รักษาโรคติดเชื้อแบคทีเรีย แต่มีสารอินเตอร์เฟียรอน (Interferon, IFN) และยาหรือสารเคมีที่ยับยั้งการเพิ่มจำนวนของไวรัสได้
- การติดเชื้อไวรัสสามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงต่างๆ บนเซลล์โฮสต์ เช่น ทำให้เซลล์ตาย, มีการรวมตัวของเซลล์, หรือทำให้เซลล์เกิดการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติ (transformation) กลายเป็นเซลล์มะเร็งได้
ไวรัสจัดเป็นจุลินทรีย์ที่มีโครงสร้างแบบง่ายๆไม่ซับซ้อน ไวรัสที่มีส่วนประกอบครบสมบูรณ์เรียกว่าวิริออน (virion) ซึ่งจะประกอบด้วยแกนกลาง (core) ของกรดนิวคลิอิกซึ่งเป็น RNA หรือ DNA และมีโปรตีนหุ้มล้อมรอบเพื่อป้องกันกรดนิวคลิอิก โปรตีนที่หุ้มนี้เรียกว่าแคพซิด (capsid) ซึ่งประกอบด้วยหน่วยย่อยเรียกว่าแคพโซเมอร์ (capsomer) กรดนิวคลิอิกและโปรตีนที่หุ้มนี้เรียกว่า นิวคลีโอแคพซิด (nucleocapsid)
ในไวรัสบางชนิดจะมีชั้นไขมันหุ้มล้อมรอบนิวคลีโอแคพซิด (nucleocapsid) อีกชั้นหนึ่งเรียกไวรัสพวกนี้ว่า enveloped virus ไวรัสบางชนิดมีเฉพาะนิวคลีโอแคพซิดเท่านั้นเรียกว่าไวรัสเปลือย (non-enveloped virus หรือ naked virus)
ไวรัสที่มี envelope บางชนิดมีปุ่มยื่นออกมาจากชั้น envelope เรียกว่า spike หรือ peplomer ซึ่งมีความสำคัญในการใช้เกาะกับ receptor บนผิวเซลล์และบางชนิดเป็นตัวกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกันที่ดี spikeของไวรัสอาจมีคุณสมบัติเป็นสารบางอย่างเช่น เป็นฮีแมกกลูตินิน (hemagglutinin) หรือเป็นเอนไซม์นิวรามินิเดส (neuraminidase)
โดยทั่วไป naked virus มีความทนทานต่อสภาพแวดล้อมได้ดีกว่า enveloped virus และจะไม่ถูกทำลายด้วยสารละลายไขมัน เช่น ether, alcohol หรือ bile
คุณสมบัติทางชีววิทยา
คุณสมบัติสำคัญทางชีววิทยาของไวรัส คือ
- ไวรัสไม่จัดว่าเป็น"เซลล์"เนื่องจากไม่มีเยื่อหุ้มเซลล์ อันเป็นพื้นฐานที่ทุกเซลล์ต้องมี
- ไวรัสมีกรดนิวคลีอิค ซึ่งการสลับการเรียงตัวของนิวคลีโอไทด์ คือ รหัสพันธุกรรมอยู่ในสภาพของยีน ที่ควบคุมลักษณะทางกรรมพันธุ์
- ไวรัสเพิ่มจำนวนได้ในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตเท่านั้น อาหารที่ใช้เพาะเลี้ยงแบคทีเรีย ใช้เพาะเลี้ยงไวรัสไม่ได้ นอกจากจะเพาะเลี้ยงในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต
- รหัสพันธุกรรมของไวรัสเมื่อผันแปร ไวรัสก็ผันแปรด้วยไวรัสที่ผันแปรแตกต่างไปจากไวรัสปกติอาจตรวจสอบได้โดยเลี้ยงกับเซลล์ต่าง ๆ และเปรียบเทียบไวรัสดูตรวจสอบคุณสมบัติต่าง ๆเช่น
- คุณสมบัติทางฟิสิกส์ของไวรัส เช่น ความทนของไวรัสต่อรังสี ความทนของไวรัสต่ออุณหภูมิระดับต่าง ๆ:
- คุณสมบัติทางเคมีของไวรัส เช่นความทนของไวรัสต่อสารเคมี
- คุณสมบัติทางชีววิทยาของไวรัส เช่น ความสามารถในการสังเคราะห์ไวรัสความสามารถของไวรัสในการทำลายเซลล์รุนแรงมากน้อยเพียงใด ความสามารถในการสังเคราะห์เอ็นไซม์ สังเคราะห์แอนติเจน ที่เฉพาะของไวรัส ยีนที่ควบคุมชนิดของเซลล์ที่ไวรัสจะเจริญ ยีนที่ทำให้เกิดการสลายเซลล์ที่ผันแปรจากเซลล์ปกติ::โดยเปรียบเทียบความสามารถของไวรัสที่จะแพร่พันธุ์ โดยตรวจสอบดูคุณสมบัติทางฟิสิกส์ ทางเคมีและทางชีววิทยาของไวรัสตามแบบดังกล่าวข้างต้น:ความรู้เรื่องไวรัสกับเซลล์นั้น ส่วนใหญ่จะได้จากการศึกษาไวรัสแบคทีเรีย กับแบคทีเรียชนิด อี. โคไล (E. coli) การที่มีการศึกษาไวรัสแบคทีเรียกับแบคทีเรีย อี. โคไล มาก เพราะแบคทีเรียชนิดนี้เป็นแบคทีเรียที่เราทราบคุณสมบัติทางชีววิทยาอย่างดี
ไวรัสทั่วไปตามธรรมชาติจำเป็นต้องเข้าไปเจริญและทวีแพร่พันธุ์ในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตเท่านั้น โดยยีนของไวรัสและยีนของเซลล์ที่เพาะเลี้ยงไวรัสต้องมีกลไกสอดคล้องต้องกัน ไวรัสจะสามารถเจริญแพร่พันธุ์ไวรัสใหม่ได้หรือไม่ ขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์และชนิดของไวรัส ดังนั้น แต่ละชนิดของไวรัสจึงทำให้เกิดโรคเฉพาะมนุษย์ สัตว์ แมลง พืช สาหร่ายสีน้ำเงิน รา หรือบัคเตรีต่าง ๆ กัน
ไวรัสไข้หวัดใหญ่ เมื่อฉีดเพาะเลี้ยงลงในถุงน้ำคร่ำลูกไก่ ไวรัสไข้หวัดใหญ่จะทวีจำนวนได้มากมาย แต่ถ้าฉีดเลี้ยงบนเยื่อคอริโออลันตอยส์ของลูกไก่ จะไม่เกิดการสังเคราะห์ไวรัสไข้หวัดใหญ่เลย แสดงว่าสภาพแตกต่างกันโดยรูปร่าง และหน้าที่ (differentiation) * ของเซลล์ถุงน้ำคร่ำกับเซลล์เยื่อคอริโออลันตอยส์ อำนวยให้มีความสามารถในการสังเคราะห์ไวรัสได้ต่างกัน
ไวรัสหูดของโชพ เมื่อฉีดเข้าผิวหนังกระต่ายบ้าน จะเกิดเป็นหูดที่ผิวหนัง ภายในเซลล์ที่เป็นหูดจะมีการสร้างสารของไวรัสหูดของโชพ แต่จะไม่สร้างไวรัสหูดที่สมบูรณ์เลย แต่ถ้าทดลองกับกระต่ายป่าหางปุยฝ้าย จะว่าสร้างไวรัสที่หูดที่สมบูรณ์ได้มากมายในการทวีแพร่พันธุ์ของไวรัสนั้น ไวรัสจะสังเคราะห์ไวรัสที่สมบูรณ์ได้โดย
- เข้าไปอยู่ภายในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต เพราะไวรัสไม่มีเอนไซม์ ต้องอาศัยเอนไซม์ของเซลล์
- สังเคราะห์สร้างกรดนิวคลีอิคเพิ่มขึ้น
- สังเคราะห์โปรตีนที่ห่อหุ้มกรดนิวคลีอิคของไวรัส
- สังเคราะห์อินทรียสาร ที่กำหนดโดยแต่ละยีนของไวรัสเฉพาะ
สำหรับไวรัสที่ทำให้เกิดโรคในคนและสัตว์ ไวรัสที่มีเยื่อหุ้มมักเข้าไปในเซลล์ทั้งอนุภาคไวรัส เยื่อมักค้างติดอยู่ที่ผิวเซลล์ โปรตีนที่หุ้มห่อกรดนิวคลีอิคของไวรัสจะถูกย่อยสลายภายในเซลล์ ทำให้กรดนิวคลีอิคของไวรัสหรือไวรัสเปลือยอยู่ภายในเซลล์ เมื่อกรดนิวคลีอิคของไวรัสเปลือยเข้าไปในเซลล์แล้ว ไวรัสเปลือยอาจจะ
- เปลี่ยนสภาพเป็นโปรไวรัส แฝงตัวร่วมกับกรดนิวคลีอิคของเซลล์ในลักษณะของชีพเภทนะ
- ไวรัสเปลือยหากเป็นอิสระ หรือโปรไวรัสหากเปลี่ยนสภาพเป็นไวรัสเปลือย ย่อมทวีจำนวนแพร่พันธุ์ สังเคราะห์ไวรัสที่สมบูรณ์ในลักษณะวงชีพเภทะ
- โปรไวรัสที่ผันแปร หรือไวรัสที่ผันแปร หากทวีจำนวนแพร่พันธุ์ย่อมสังเคราะห์ไวรัสไม่สมบูรณ์ อาจจะอยู่ทั้งในลักษณะเซลล์สลายหรือไม่สลายก็ได้
- ไวรัสจะต้องเข้าไปภายในเซลล์ของสิ่งที่มีชีวิต
- ไวรัสจะต้องสร้างกรดนิวคลีอิคขึ้นใหม่ในเซลล์ของสิ่งที่มีชีวิตนั้นได้ (replicating nucleic acid)
- ไวรัสจะต้องสร้างโปรตีนหุ้ม (coat protein) ห่อหุ้มกระนิวคลีอิคเพื่อให้เกิดไวรัสที่สมบูรณ์ ส่วนที่เป็นกรดนิวคลีอิคเท่านั้นจะทวีจำนวนมากมายในเซลล์กรดนิวคลีอิคของไวรัสบางชนิด อาจจะเป็น ดีเอ็นเอ สายเดียว (+) บางชนิดอาจจะเป็น ดีเอ็นเอ สองสาย (+ และ -) บางชนิดอาจจะเป็น อาร์เอ็นเอ สายเดียว (+) บางชนิดอาจจะเป็น อาร์เอ็นเอ สองสาย (+ และ -)
มีทั้งหมด 3 แบบคือ
- ดีเอ็นเอ สร้าง ดีเอ็นเอ ซึ่งยีนของไวรัสเป็น ดีเอ็นเอ เช่น ไวรัสฝีดาษหรือไข้ทรพิษ ถ้าเป็นดีเอ็นเอ สองสาย (+ และ - ) เฉพาะ ดีเอ็นเอ สาย (+) จะสร้าง ดีเอ็นเอ สาย (-) ส่วน ดีเอ็นเอ สาย (-) ส่วน ดีเอ็นเอ สาย (+) ทำให้ ดีเอ็นเอ สองสาย ทั้งคู่ใหม่และคู่เก่าเหมือนกันทุกประการ
- อาร์เอ็นเอ สร้าง อาร์เอ็นเอ ซึ่งยีนของไวรัสเป็น อาร์เอ็นเอ เช่น ไวรัสโปลิโอ ไวรัสบัคเตรี f2
- อาร์เอ็นเอ สร้าง ดีเอ็นเอ ก่อน แล้วจึงสร้าง อาร์เอ็นเอ ซึ่งยีนของไวรัสเป็น อาร์เอ็นเอ ถอดออกมาในลักษณะ ดีเอ็นเอ ของไวรัส เพื่อแฝงร่วมกับ ดีเอ็นเอ ของเซลล์ เช่น ไวรัส รูส์ซาโคมา
รูปร่างของไวรัสที่เป็นสาเหตุของโรคพืช
ไวรัสที่เป็นสาเหตุของโรคพืชแต่ละชนิดย่อมจะมีรูปร่างของอนุภาคตลอดจนขนาดที่แตกต่างกัน พอจะจัดแบ่งประเภทรูปร่างของไวรัสโรคพืชได้ดังต่อไปนี้
- ไวรัสที่มีรูปร่างเป็นท่อนตรง (Stiff rod) ไวรัสแบบนี้มักมีความกว้างของอนุภาคไม่เกิน 25 nm. และความยาว 130-300 nm.
- ไวรัสที่มีรูปร่างเป็นแท่งคด (Flexuous or filamentous particle) อนุภาคไวรัสแบบนี้มักมีความกว้างไม่เกิน 13 nm.และมีความยาวตั้งแต่ 480-2,000 nm
- ไวรัสที่มีรูปหลายเหลี่ยม (Icosahedron) แต่เดิมการศึกษาไวรัสด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็คตรอนกำลังขยายต่ำทำให้เข้าใจกันว่า เป็นอนุภาคแบบทรงกลม แต่ปัจจุบันพบว่าไวรัสที่มีรูปทรงกลมที่จริงเป็นรูปหลายเหลี่ยมที่มีด้าน 20 หน้า ประกอบขึ้นเป็นรูปทรงหลายเหลี่ยม แต่ละหน้าจะมีโปรตีนหน่วยย่อย (Protein subunit) เรียงกันอย่างสม่ำเสมอ มีโพรงแกนกลางของกรดนิวคลีอิค อนุภาคของไวรัสจำพวกนี้มีขนาดอนุภาค 20-80 nm.
- ไวรัสที่มีรูปร่างแบบกระสุนปืน (Bullet-shape) อนุภาคที่มีรูปร่างแบบนี้จะเป็นแท่งตรง หัวท้ายมน ไม่ตัดตรงแบบท่อนตรง (Stiff rod) มักจะมีความกว้างไม่น้อยกว่า1/3ของความยาวไวรัส
