Genetica dei virus

Genetica dei virus

Un virus è fondamentalmente un aggregato di molecole organiche, formato da una molecola di acido nucleico (DNA o RNA a filamento singolo o doppio) racchiusa in un involucro di natura proteica. Si ricordi che per poter funzionare e moltiplicarsi, un virus deve penetrare in una cellula vivente, sfruttandone le materie prime e tutto il macchinario biosintetico (ribosomi, ATP ecc.).

Infezione della cellula ospite e moltiplicazione dei virus
I virus sono altamente specifici: possono infettare solo le cellule che possiedono sulla propria superficie determinati recettori. Legatisi tramite le proteine del capside a questi recettori, i virus possono entrare nelle cellule ospiti in modi diversi: la maggior parte inietta nella cellula solo il proprio acido nucleico, abbandonando il capside sulla superficie cellulare; altri entrano invece per intero nella cellula, liberando il loro acido nucleico solamente una volta entrati.

Una volta penetrato all'interno della cellula ospite, il virus deve essenzialmente:
- replicare il proprio genoma;
- produrre i propri elementi costitutivi (proteine);
- autoassemblarsi.

Replicazione del genoma

La strategia adottata per la replicazione del genoma dipende dal tipo di acido nucleico virale.

Nei virus a DNA, il DNA virale si replica normalmente e viene trascritto sotto forma di mRNA, che dirigerà poi la sintesi dei costituenti virali utilizzando la DNA polimerasi, 'RNA polimerasi, i nucleotidi e gli amminoacidi della cellula ospite.

Nei virus a RNA, la situazione è diversa: in alcuni, l'acido nucleico è replicato da un enzima, detto RNA replicasi, che sintetizza nuovo RNA utilizzando come stampo I'RNA virale; in altri, chiamati retrovirus, I'RNA virale viene utilizzato come stampo per copiare un singolo filamento di DNA complementare (CDNA), mediante un enzima detto trascrittasi inversa, penetrato nella cellula infettata insieme all'acido nucleico del virus. Successivamente, il filamento di cDNA fa a sua volta da stampo per la sintesi di un filamento complementare di DNA, formando una doppia elica di cDNA. Questa si integra poi nel genoma della cellula ospite e viene trascritta per dare mRNA e nuove molecole di RNA virale.

Qualunque sia la strategia adottata, le informazioni contenute nel genoma virale permettono di sintetizzare gli enzimi necessari per la duplicazione dell'acido nucleico del virus, i costituenti del capside e gli enzimi necessari per l'uscita delle nuove particelle virali dalla cellula ospite. I costituenti virali così sintetizzati vanno incontro a un processo di autoassemblaggio che consente la produzione di centinaia di nuovi virus. I virus completi fuoriescono dalla cellula ospite attraverso la lisi della cellula infettata, che viene quindi distrutta, oppure possono essere espulsi mediante un processo simile all'esocitosi che permette la moltiplicazione virale senza uccidere la cellula ospite.

Il SARS-CoV-2 è un virus a RNA a singolo filamento, appartiene alla famiglia dei Coronaviridae ed è l'agente eziologico della COVID-19 (COronaVIrus Disease-19). Il virus possiede quattro proteine, di cui una lega il genoma, mentre le altre tre costituiscono il capside. Di queste, la principale è denominata spike, o proteina S: essa ha affinità con una proteina situata su alcune nostre cellule, chiamata ACE2, che funge quindi da recettore per il virus. Una volta agganciato il recettore, il virus infetta la cellula ospite e la utilizza per replicarsi.

Ciclo litico e ciclo lisogenico dei batteriofagi

Alcuni batteriofagi (virus che attaccano batteri), una volta penetrati nella cellula ospite, possono dar luogo a due tipi di cicli: il ciclo litico o il ciclo lisogenico (o lisogeno).

Il ciclo litico è il normale ciclo riproduttivo virale, che porta alla lisi della cellula batterica e alla fuoriuscita da essa delle nuove particelle virali.

Nel ciclo lisogenico, invece, il batteriofago non uccide la cellula ospite: il suo genoma si integra nel cromosoma batterico e si replica insieme a esso a ogni divisione cellulare, mentre il virus non interferisce con il metabolismo dell'ospite. Da una cellula batterica infettata dal batteriofago si origina quindi una generazione di batteri il cui cromosoma contiene l'acido nucleico virale. Il virus integrato nel cromosoma batterico è detto profago e i batteri contenenti profagi sono detti batteri lisogeni.

Il profago può rimanere integrato indefinitamente nel cromosoma batterico, oppure può fuoriuscirne, riprendendo il ciclo litico; il passaggio dal ciclo lisogenico a quello litico può essere spontaneo o indotto in laboratorio da raggi X, raggi UV o altri agenti mutageni.

Anche alcuni virus degli eucarioti possono inserirsi nei cromosomi dell'ospite; tali virus, una volta integrati, sono chiamati provirus. Possono diventare provirus alcuni virus a DNA, che vanno incontro a un ciclo lítico o lisogeno in base al tipo di cellula che infettano, e i retrovirus a RNA, in cui è il cDNA sintetizzato dalla trascrittasi inversa a integrarsi nel genoma dell'ospite. Di solito, questo DNA si aggiunge stabilmente a quello dell'ospite, senza danneggiarlo, ma in alcuni casi può provocare mutazioni.