Comprendere i virus: struttura, replicazione e impatto sulla salute

Le malattie virali rappresentano la maggioranza delle malattie infettive.

I virus sono microrganismi di dimensioni molto minute e di struttura molto semplice e per questi motivi vengono catalogati come " microrganismi acellulari" (non si ritrovano in nessuno dei 5 regni dei viventi). La loro costituzione li obbliga ad essere parassiti endocellulari obbligati, essi per riprodursi devono introdursi in cellule evolute sfruttando i loro organuli e corredo enzimatico.

Struttura e replicazione dei virus

I virus sono formati da: una parte centrale chiamata core ( formata da DNA o RNA e proteine), da un involucro proteico chiamato capside ( formato a sua volta da l'unione di più capsomeri). Alcuni virus possiedono un ulteriore rivestimento chiamato envelope(lipoproteina) formato dai residui della membrana della precedente cellula ospite. La struttura del capside determina la forma del virus.

Il genoma dei virus è costituito da DNA o RNA a filamento singolo o doppio. Nei virus influenzali l'RNA è costituito da molti frammenti separati.

l'informazione genetica viene sempre trasmessa secondo questa sequenza: DNA-RNA-PROTEINE. Il virus dell'influenza (RNA monocatenario) penetra nella cellula ospite e libera il proprio RNA, per duplicare il proprio genoma utilizza un enzima specifico: RNA polimerasi-RNA dipendente, dopo aver duplicato il proprio genoma otterremo nuove copie di RNA virale che funzionano come mRNA per la sintesi delle proteine che come stampo per la formazione di nuove copie del genoma. Esistono altre tipologie di RNA virus comportandosi diversamente come il virus del HIV, è un retro virus in quanto invertono il senso di trasmissione dell'informazione genetica. HIV possiede un enzima DNA polimerasi-DNA dipendente (trascrittasi inversa) utilizzando il proprio RNA sintetizza una copia di filamento di DNA (cDNA), l'acido nucleico appena prodotto interagisce con il genoma cellulare per trascrivere copie di RNA virale formando nuovi virioni.

Ciclo di replicazione virale

A prescindere dalla tipologia dei virus la replicazione avviene seguendo una successione comune di fasi:

adsorbimento; fase di attacco del virus alla cellula che si realizza attraverso la compatibilità fra recettori di membrana e siti specifici sul capside o envelope.

penetrazione, può avvenire per endocitosi all'interno di vacuoli citoplasmatici o per fusione con la membrana cellulare se il virus possiede l'envelope.

spoliazione; gli involucri virali si degradano lasciando esposto il genoma nel citoplasma cellulare. I picornaviridae e i batteriofagi penetra all'interno della cellula solo il genoma.

replicazione e montaggio; può avvenire nel nucleo o nel citoplasma, il genoma virale utilizza le risorse della cellula per formare nuovi virus.

liberazione; i virus formati abbandonano la cellula e questo può avvenire in diversi modi: tramite lisi, esocitosi o per gemmazione (fusione con la membrana e uscita dalla cellula senza provocare danni, i residui della membrana formano l'envelope).

Batteriofagi e cicli di replicazione

La struttura dei batteriofagi è estremamente complessa: formati da una "testa" (capside poliedrico) e da una coda tubulare ricoperta da una guaina esterna e dotata di appendici che servono per l'adesione; in fondo troviamo una piastra basale dotata di spine. La coda è formata da proteine contrattili fondamentali per l'ingresso del genoma virale all'interno della cellula. La parete cellulare del batterio viene perforata dal lisozima virale. La replicazione avviene in due modi diversi:

ciclo litico, si realizza attraverso le fasi dette in precedenza e porta alla morte della cellula.

ciclo lisogeno,il fago temperato integra il proprio DNA nel cromosoma batterico e rimane inattivo. Il DNA inserito prende il nome di profago e viene duplicato ogni volta che il batterio duplica il proprio cromosoma. In seguito a dei fattori di varia natura il DNA virale può attivarsi iniziando un ciclo litico. La presenza del profago provoca il fenomeno noto come conversione fagica: molti batteri patogeni come lo S. pyogenes sono in grado di produrre le loro tossine se integrano un fago temperato portando nel proprio genoma il gene che codifica la tossina. La trasduzione specializzata, vengono trasferiti i geni batterici adiacenti al DNA virale integrato nel cromosoma della cellula parassitata.

Virus a DNA e RNA

I virus a DNA replicano il loro genoma nel nucleo della cellula ospite per mezzo dei propri enzimi, la sintesi del capside viene fatta per mezzo degli enzimi e organuli dell'ospite.

Adenoviridae: agenti di malattie respiratorie.

Papillomaviridae: sospettati della formazione di tumori.

Hepadnaviridae: causano epatite. HBV(epatite B) è l'unico virus a DNA dove è presente la trascrittasi inversa, sintetizza DNA a partire da un intermedio di RNA.

Herpesviridae: responsabili di Herpers labiale e genitale, varicella e Herpes zoster(fenomeno della latenza: una volta contratta la varicella a distanza di anni possono sviluppare il "fuoco di sant'antonio,il virus è rimasto latente e asintomatico nei gnagli dei nervi cranici e spinali), mononucleosi e linfoma di Burkitt.

Poxviridae: vaiolo.

Esistono RNA-virus a singolo filamento positivo, a singolo filamento negativo e virus a doppio filamento (positivo\negativo). Il filamento a polarità negativa deve essere trasformato in filamento positivo per poi funzionare come mRNA. Gli RNA possiedono una trascrittasi RNA polimerasi-RNA dipendente, trascrive una copia di mRNA su uno stampo di RNA virale negativo. La replicazione avviene nel citoplasma.

Picornaviridae: enterovirus, rhinovirus e epatite A.

Togaviridae: virus rosolia, epatite C, flavivirus.

Paramyxoviridae: virus della parotite, morbillo e respiratorio-sinciziale.

Orthomyxoviridae: virus inflenza umana.

Rhabdaviridae: virus della rabbia.

Filoviridae: ebola e marburg.

Reoviridae: unici RNA-virus a doppio filamento.

Retroviridae: virus a RNA monocatenario dotati di trascrittasi inversa, HIV responsabile dell'AIDS.

Il virus HIV è un RNA-virus con due filamenti di RNA monocatenario, la trascrittasi inversa,un capside e un envelope provvisto di spicole proteiche(gp120) permettendogli di legarsi ai recettori CD4 dei linfociti T-helper, dei macrofagi e delle cellula dendritiche. Una volta entrato nella cellula fondendosi con la membrana l'RNA virale viene trascritto dalla trascrittasi inversa in una doppia catena di DNA che successivamente verrà integrata nel DNA dell'ospite. Può verificarsi un'infezione attiva con la sintesi di nuove particelle virali e la loro liberazione oppure il DNA può rimanere integrato come provirus senza essere riconosciuto dal sistema immunitario o può rimanere in stato latente nei vacuoli all'interno delle cellule. HIV subisce continue mutazioni rendendo l'attivazione delle difese più problematiche. Infezione da HIV c'è una successione di fasi evolutive: in prima fase il sintomo può essere un rigonfiamento dei linfonodi, successivamente compaiono infezioni da altri microrganismi, nella fase conclamata compaiono infezioni sistemiche.

Geni oncogeni: causano i tumori, presenti nel genoma ma costantemente repressi.

Virus oncogeni e prioni

I virus oncogeni integrano il loro genoma nel DNA dell'ospite, acquisiscono copia degli oncogeni cellulari silenti e li attivano in senso neoplastico e possono poi diventare vettori e trasmettere ad altre cellule il tumore.

Prioni e viroidi. Virus difettivi

I prioni sono proteine infettanti capaci di autoduplicazione e responsabili di gravi malattie(particella proteica infettante). I prioni in una forma si presentano come proteine normali in un'altra diventano patogene, sono trasmissibili e causano la trasformazione di altre proteine. Morbo di creutzfeldt-Jakob.

I viroidi sono piccoli virus vegetali privi di involucro proteico e formati da uan catena di RNA.

I virus difettivi hanno perso la capacità di replicazione e necessitano la presenza di un virus helper. Epatite D richiede la presenza si epatite B.