Struttura, ciclo vitale e coltivazione dei virus: un'analisi dettagliata

Struttura del virone

Architettura dei virus: il virone è costituito da un acido nucleico, circondato da un involucro proteico chiamato capside, composto da proteine piegate chiamate protomeri che associandosi tra di loro formano il capsomero. Il capside protegge il genoma e ne consente il trasferimento. L’insieme del capside e del genoma virale viene chiamato nucleocapside. Il virone contiene anche proteine con funzioni enzimatiche che servono per il ciclo vitale. Fuori del nucleocapside, troviamo una specie di membrana chiamata pericapside, spesso questa ha delle pretuberanze, di solito proteiche, le quali servono per far attaccare il virus della cellula.

Quali sono i tipi di capsidi?

Capsidi: esistono 3 tipi di capisdi: elicoidali, poliedrici e complessi. I capsidi elicoidali sono filamentosi, l’acido nucleico può essere o nello spazio cavo interno o in un alloggiamento definito da protomeri. Un esempio è il virus del mosaico del tabacco. I capsidi poliedrici hanno una struttura geometrica costituita da 20 facce triangolari e da 12 vertici, formati da capsomeri composti da 5 o 6 protomeri. Un esempio è il virus della varicella. I capsidi complessi, invece, hanno l’acido nucleico si trova nella testa e la coda serve per far aderire il virus alla superfice e per far entrare il genoma nella cellula ospite. Un esempio è il fago T2 o il virus del vaiolo.

Funzione del pericapside

Pericapside: questa “membrana” avvolge i nuclocapisdi elicoidali o poliedrici. Questa è un pezzo di membrana che acquistano quando abbandonano la cellula mediante gemmazione o attraverso altre vie. Il doppio strato fosfolipidico del peicapside è di origini cellulare, mentre le proteine sono di origine virale e possono avere funzioni antigeniche ed enzimatiche. Il peicapside aiuta i virus a entrare nella cellula. Questa membrana è diffusa nei virus animali. Un esempio di virus è quello dell’influenza. Il quale ha 2 glicoproteine dove una interviene nell’attacco del virus alla cellula, l’altra per rilasciare i vironi.

Caratteristiche del genoma virale

Genoma: può essere di 2 tipi o DNA o RNA mai assieme. Alcuni virus però possono passare dal RNA al DNA, detti retrovirus. Il DNA e l’RNA possono essere costituiti da una doppia elica o a singola elica. L’RNA è distinto in 2 sottogruppi: l’RNA a polarità positiva che funziona da RNA messaggiero; l’RNA a polarità negativa è complementare all’RNA positivo. I DNA a doppia elica sono caratteristici dei virus batterici, quelli vegetali invece contengono l’RNA a singolo filamento. Negli animali li troviamo entrambi.

Fasi del ciclo riproduttivo

Ciclo riproduttivo: il ciclo riproduttivo avviene soltanto all’interno delle cellule ospiti. L’energia per farlo viene fornita dalle cellule infettate. Finito il ciclo i virus possono uscire in vari modi i quali provocano la morte della cellula per lisi o possono lasciarla viva. Da qui viene definito ciclo litico. Il ciclo riproduttivo avviene in 5 fasi: adsorbimento, penetrazione, sintesi dei componenti virali, assemblaggio e rilascio dei vironi.

Meccanismi di penetrazione

Penetrazione: nella penetrazione può inserirsi solo l’acido nucleico o l’intero virone. In alcuni batteriofagi, l’acido nucleico entra nella cellula lasciando il capside all’estero. I virus animali invece hanno 2 meccanismi per entrare: l’endocitosi e la fusione. Nell’endocitosi il virone viene inglobato in un vacuolo fagocitico per poi essere portato all’interno. I bassi valori di pH distruggono gli involucri esterni lasciando uscire l’acido nucleico. Nella fusione l’involucro che avvolge il virus, si fonde nella membrana plasmatica trasferendo l’intero nucleocapisde all’interno, in seguito viene spogliato del capside per idrolizzazione delle proteine.

Sintesi e trascrizione virale

Sintesi dei componenti virali: una volta entrato nella cellula, si da inizio ai processi per la sintesi dei vari componenti virali. Si inizia dai geni virali precoci, i quali servono per la replicazione del genoma virale e hanno vari informazioni per la sintesi per esempio sintetizzare proteine regolatrici che attivano o bloccano i geni della replicazione o molecole che servono per eludere le difese. Ora viene effettuata la sintesi degli acidi nucleici, replicati ripetutamente, infine la trascrizione e la traduzione dei geni virali tardivi i quali possiedono proteine utili per la fuoriuscita e per la fase di montaggio dei vironi. Quindi l’evento principale è la trascrizione dell’mRNA virale da cui successivamente si formano le proteine virali precoci e tardive. Ma la trascrizione dell’mRNA cambia, tra i vai virus, a seconda del tipo di genoma che possiedono. La variazione più importante è rappresentata dai retrovirus grazie alla trascrittasi inversa.

Assemblaggio e rilascio

Assemblaggio: nella fase di assemblaggio i singoli pezzi vengono montati. Durante questa fase vengono inglobati nei vironi anche gli enzimi che serviranno ai virus per il loro ciclo riproduttivo.

Rilascio delle particelle virali: i virus nudi rilasciano le particelle grazie alla lisi cellulare. Mentre gli altri utilizzano la gemmazione. In questo caso i nucleocapsidi appena formati, si avvicinano alla superficie interna della membrana plasmatica, dove precedentemente si erano inserite le proteine, la quale avvolge il nucleocapside e formando una pretuberanza si staccano. L’acquisizione della capsula invece avviene a livello della membrana plasmatica o per altre vie.

Ciclo litico e lisogeno

Ciclo litico: nel ciclo litico il genoma virale prende il controllo della cellula ospite facendola produrre nuovo acido nucleico virale e proteine che andranno a costituire nuovi vironi i quali usciranno dalla cellula uccidendola in una fase detta lisi.

Ciclo lisogeno: nel ciclo lisogeno, il genoma virale si inserisce nel DNA della cellula ospite, prendendo il nome di provirus, nei batteriofagi profago, e mantenendo molti dei suoi geni disattivati. Una volta che la cellula si duplica viene trasmesso anche il DNA virale alle cellule figlie formando così, in breve tempo, una vasta colonia di genomi virali senza che avvenga la lisi. Il genoma del provirus o profago reprime la maggior parte dei suoi geni, che vengono riattivati in caso di danni alla cellula ospite dando il via ad un ciclo litico.

Risposta cellulare all'infezione

Risposta delle cellule all’infezione virale: le cellule batteriche utilizzano, per opporsi alla moltiplicazione dei fagi, le endonucleasi di restirizione enzimi che tagliano i legami fosfodiesterici del DNA a livello di sequenze specifiche di poche basi. I batteri inoltre proteggono il DNA aggiungendo gruppi metilici nei nucleotidi. Il DNA dei batteriofagi è vulnerabile all’azione degli enzimi di restrizione, dato che normalmente non è metilato, i batteriofagi possono superare i meccanismi di difesa in 2 modi: modificando il proprio genoma per metilazione o glucosinazione o codificando proteine che inibiscono i sistemi di restrizione dell’ospite. Le cellule dei mammiferi, invece, producono gli interferoni, di natura proteica, i quali sono prodotti da cellule esposte ai virus. Ci sono 3 principali interferoni: alfa, beta e gamma.

Metodi di coltivazione

Metodi di coltivazione in laboratorio: per coltivare i virus bisogna avere delle cellule sensibili all’infezione da parte del tipo di cellula che bisogna far crescere. Ci sono 3 metodi per avere queste cellule: 1) allestire, in vitro, colture cellulari 2) inoculare particelle virali in uova embrionate di pollo 3) infettare, sperimentalmente, organismi animali e vegetali.

Propagazione in colture cellulari

Propagazione dei virus in colture cellulari: per propagare i virus, una volta scelta la specie batterica, si miscelano i virus con i batteri in agar fuso e si versa il composto in piastra con un terreno nutritivo. Finita l’incubazione, si formano delle placche trasparenti, dove le cellule batteriche sono andate incontro alla lisi. Per l’allestimento delle colture cellulari bisogna utilizzare terreni molto ricchi di nutrienti. Una volta sospese nel mezzo di crescita le cellule sedimentano e aderiscono al fondo del contenitore. Durante il periodo d’incubazione, le cellule, si dividono fino a creare un tessuto monostratificato, dopo di che smettono di riprodursi. Questo fenomeno è detto inibizione da contatto. Solo le cellule tumorali non hanno questo fenomeno. Ci sono 3 tipi di colture: primarie, continue o colture in cellule embrionali. Le prime vengono dalla dissociazione di un tessuto che contiene tipi di cellule differenti. Le seconde sono colture di cellule immortali, rese così grazie a tecniche di manipolazione genetica. La loro crescita si osserva grazie al microscopio elettronico. Non tutti i virus però sono coltivabili in colture cellulari.

Crescita in uova embrionate

Crescita dei virus in uova embrionate: le uova fecondate ed embrionate di pollo permettono di far crescere molti virus animali i quali sono inseriti tramite aghi e siringhe. Dopo l’incubazione, il virus e la parte infettata vengono prelevati prendendone un pezzo.
Infezione sperimentale di animali e piante: questo metodo è stato il primo ad essere utilizzato. Gli animali sono utilizzati quando il virus non è coltivabile in altri modi oppure se si vogliono capire le risposte immunitarie dell’ospite. Invece è molto frequente l’utilizzo di piante; raschiando una parte della foglia o vengono inoculati.