การแพร่เชื้อและโครงสร้างของไวรัสในตระกูลเฮปาดนาไวรัส

ไวรัสในตระกูล เฮปาดนาไวรัส (Hepadnaviridae) เป็นกลุ่มไวรัสที่ก่อให้เกิดการติดเชื้อในตับของมนุษย์และสัตว์ มีลักษณะเด่นคือเป็นไวรัสกลุ่มที่ VII (Group VII) ซึ่งมีจีโนมเป็น DNA สายคู่ (double-stranded DNA) และใช้เอนไซม์รีเวิร์สทรานสคริปเทส (reverse transcriptase) ในกระบวนการจำลองตัว ซึ่งกลยุทธ์การจำลองตัวที่เฉพาะตัวนี้ ประกอบกับขนาดจีโนมที่เล็กมากและความจำเพาะเจาะจงต่อโฮสต์และเนื้อเยื่อที่แคบ ทำให้ไวรัสกลุ่มนี้ถูกจัดแยกออกมาเป็นตระกูลเฉพาะ

การจำแนกประเภทของเฮปาดนาไวรัส

ตระกูล Hepadnaviridae แบ่งออกเป็น 2 สกุลหลัก ได้แก่:

• Orthohepadnavirus: มีสายพันธุ์ต้นแบบคือ ไวรัสตับอักเสบบีในมนุษย์ (Hepatitis B Virus - HBV)
• Avihepadnavirus: มีสายพันธุ์ต้นแบบคือ ไวรัสตับอักเสบบีในเป็ด (Duck Hepatitis B Virus - DHBV)

โครงสร้างของไวรัส

ในกรณีของไวรัสตับอักเสบบี (HBV) ในมนุษย์ จะพบอนุภาค 3 รูปแบบในพลาสมาของผู้ป่วยที่ติดเชื้อ:

• อนุภาคเดน (Dane particle): เป็นอนุภาคไวรัสที่สมบูรณ์ (complete virion) มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 42 นาโนเมตร สามารถก่อการติดเชื้อได้ ประกอบด้วยนิวคลีโอแคปซิดรูปทรงยี่สิบหน้า (icosahedral nucleocapsid) ที่หุ้มจีโนม DNA สายคู่บางส่วนไว้ภายใน โดยมีโปรตีนแกน (core protein) และ DNA polymerase ทำหน้าที่ปกป้องจีโนม ด้านนอกหุ้มด้วยชั้นลิพิดสองชั้น (lipid bilayer) ซึ่งประกอบด้วยโปรตีนเปลือกหุ้ม 3 ชนิด คือ โปรตีนขนาดเล็ก (S), ขนาดกลาง (M) และขนาดใหญ่ (L) ซึ่งมีโดเมนแอนติเจนที่พื้นผิวแตกต่างกันและส่งผลต่อความสามารถในการติดเชื้อ
• อนุภาคทรงกลมย่อย (Subviral sphere particles): มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 22 นาโนเมตร ไม่สามารถก่อการติดเชื้อได้ แต่เป็นอนุภาคที่พบมากที่สุดในเลือดของผู้ติดเชื้อ เชื่อกันว่าทำหน้าที่ดักจับแอนติบอดีที่ทำลายไวรัส เพื่อช่วยให้ไวรัสแพร่กระจายและคงตัวอยู่ในโฮสต์ได้
• อนุภาคเส้นใย (Filaments): มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 22 นาโนเมตร และความยาว 50-70 นาโนเมตร ประกอบขึ้นจากอนุภาคทรงกลมย่อยจำนวนมากเรียงต่อกัน

จีโนมของไวรัส

จีโนมของ HBV ประกอบด้วย Open Reading Frames (ORFs) 4 ชุด ซึ่งกำหนดทิศทางของสายลบ (minus-strand) และสายบวก (plus-strand) โดยมีจีนที่รหัสโปรตีนหลัก 4 ชนิด ได้แก่ โปรตีนแกน (core protein), ไวรัสพอลิเมอเรส (virus polymerase), แอนติเจนที่พื้นผิว (preS1, preS2 และ S) และโปรตีน X

สาย DNA ลบมีความสมบูรณ์ตลอดทั้งจีโนม ในขณะที่สายบวกมีความยาวเพียงประมาณ 2 ใน 3 ของจีโนมและมีปลาย 3' ที่แปรผัน อย่างไรก็ตาม ในกลุ่ม Avihepadnavirus สายบวกมักจะยาวเกือบถึงปลาย 5' ที่ถูกดัดแปลง ทั้งนี้สายลบสามารถรหัสโปรตีนไวรัสได้ทั้งหมด แต่สายบวกไม่สามารถทำได้

กลไกการจำลองตัวและการติดเชื้อ

กระบวนการติดเชื้อในเซลล์ตับ (hepatocytes) เริ่มต้นจากการที่โดเมน PreS1 ของโปรตีน L มีบทบาทสำคัญในการเข้าสู่เซลล์ ซึ่งเป็นปัจจัยที่กำหนดความจำเพาะเจาะจงต่อโฮสต์ที่แตกต่างกันในแต่ละสายพันธุ์ของเฮปาดนาไวรัส

ขั้นตอนการจำลองตัวมีลักษณะเฉพาะคือการใช้รีเวิร์สทรานสคริปเทส ดังนี้:

1. การเข้าสู่เซลล์และการถอดรหัส: หลังจากไวรัสเข้าสู่เซลล์และถอดเปลือกหุ้ม (uncoating) นิวคลีโอแคปซิดจะถูกขนส่งไปยังนิวเคลียสของเซลล์โฮสต์ DNA ของไวรัสจะถูกเปลี่ยนเป็น DNA วงกลมปิดสนิท (covalently closed circular DNA หรือ cccDNA) ซึ่งทำหน้าที่เป็นแม่แบบในการถอดรหัสเป็น RNA ของไวรัส
2. การสังเคราะห์โปรตีน: RNA ที่ได้จะถูกถอดรหัสโดย RNA polymerase ของเซลล์โฮสต์ และถูกแปลรหัสโดยไรโบโซมของเซลล์โฮสต์เป็นโปรตีนไวรัส
3. การประกอบอนุภาค: อนุภาคไวรัสใหม่จะได้รับชั้นลิพิดจากเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม (endoplasmic reticulum) ของเซลล์โฮสต์ และจีโนมจะถูกบรรจุภายในอนุภาคเหล่านี้ก่อนจะหลุดออกจากเซลล์ (budding) โดยบางส่วนของจีโนมใหม่อาจกลับเข้าสู่นิวเคลียสเพื่อเพิ่มจำนวนจีโนมต่อไป

สายวิวัฒนาการและความจำเพาะของโฮสต์

สมาชิกในตระกูล Hepadnaviridae มีความคล้ายคลึงกันอย่างมากในด้านการจัดเรียงจีโนมและกลยุทธ์การจำลองตัว แต่มีความแตกต่างกันในระดับสายพันธุ์ จีโนไทป์ และซับไทป์

Orthohepadnavirus

ไวรัสในสกุลนี้ติดเชื้อในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม รวมถึงมนุษย์ ลิงไม่มีหาง และสัตว์ฟันแทะ โดยมีความจำเพาะต่อโฮสต์ที่แคบมาก ตัวอย่างเช่น ไวรัสตับอักเสบบี (HBV) มีโฮสต์ธรรมชาติเพียงชนิดเดียวคือมนุษย์

จากการศึกษาทางโมเลกุลด้วยวิธี PCR พบว่า HBV ในมนุษย์แบ่งออกเป็น 8 จีโนไทป์ (A ถึง H) และพบจีโนไทป์ที่ใกล้เคียงกันในลิง เช่น ชะนี อุรังอุตัง และชิมแปนซี โดยจีโนไทป์ทั้ง 8 ของ HBV ในมนุษย์ยังแบ่งย่อยออกเป็นอย่างน้อย 24 ซับจีโนไทป์