Comprendere i virus: struttura, riproduzione e impatto sulla salute umana

Qual è la struttura e riproduzione dei virus?

I virus sono dei parassiti endocellulari obbligati e si compongono generalmente di un involucro esterno proteico, detto capside, e di un genoma interno. Come suggerisce la definizione, sono incapaci di riprodursi se non si trovano all’interno delle cellule. Infatti, mancano del complesso di duplicazione di cui necessitano, perciò entrano nelle cellule per sfruttare il loro.

Alcuni virus presentano un ulteriore involucro esterno, detto envelope, formato dalla membrana della cellula che hanno infettato. Sull’envelope si trovano delle glico-proteine (glico, ossia con code di carboidrati, ad esempio le proteine spike, usate per il vaccino anti-Covid. Da queste “code” si estendono delle fibre proteiche che servono per attaccarsi alla cellula ospite e infettarla).

Si dice che alcuni virus sono a DNA (ad esempio il fago, ossia virus di struttura più complessa nel capside, che infettano i batteri), mentre altri sono a RNA (i virus umani più significativi, come influenza, SARS-COV 2, HIV > coronavirus per la forma tonda, data dalla “corona” di glicoproteine).

Virus a DNA: cicli litico e lisogeno

I virus a DNA si possono riprodurre in due modi:

Ciclo litico: iniettano il loro DNA nella cellula che vogliono infettare, ne sfruttano il complesso di duplicazione e poi trascrivono i geni per il capside per produrre, appunto, le proteine per il capside. A quel punto assemblano nuovi virus e la cellula esplode. Questa modalità di riproduzione dei virus è detta ciclo litico, perché porta alla lisi, dunque alla rottura, della cellula ospite, con conseguente liberazione dei virus che si sono formati al suo interno.

Ciclo lisogeno: una volta entrati nella cellula ospite, si vanno ad inserire nel suo genoma e si fondono con esso, cosicché ad ogni riproduzione della cellula, il virus si riproduca con essa e si propaghi senza uccidere la cellula ospite. I virus possono restare nella cellula ospite per sempre oppure staccarsi ad un certo punto ed entrare in un ciclo litico, come strategia di sopravvivenza, ad esempio il virus può restare nella cellula finché essa è in fase di crescita, per poi staccarsi quando la cellula si danneggia o smette di dividersi.

Quindi:

- ciclo litico: riproduzione immediata del virus tramite lisi;

- ciclo lisogeno: replicazione virale senza lisi (+ ciclo litico).

Virus a RNA e proteine spike

Invece, i virus a RNA infettano le cellule grazie alle proteine spike (glicoproteine). La cellula ospite viene “ingannata” cosicché il virus possa entrare nella cellula senza essere considerato nemico.

Le glicoproteine spike del virus si legano a specifiche proteine della cellula.

L'envelope si fonde con la membrana cellulare, promuovendo l’ingresso del virus nella cellula.

Entrano capside e RNA del virus. Il capside viene idrolizzato, mentre l’RNA si duplica, grazie ad una RNA-polimerasi virale. I nuovi filamenti di RNA virale ottenuti hanno una doppia funzione: fungono da stampo per produrne altri (copie identiche) e da mRNA, soggetto a traduzione per la sintesi di nuove proteine del capside e di spike (nel reticolo endoplasmatico ruvido).

Le spike vengono trasportate verso la membrana cellulare all'interno di vescicole e attorno ad ogni genoma virale si assembla un capside.

Ogni virus prodotto esce dalla cellula per gemmazione, portando con sé una parte di membrana + spike virali.

Vaccino anti-Covid e risposta immunitaria

Produzione del vaccino contro il covid: dal genoma virale del virus è stato estratto il gene virale che codifica per le proteine spike. Viene iniettato l’RNA messaggero che codifica per le proteine spike. Questo mRNA finisce nei ribosomi, dove le proteine spike vengono riconosciute come estranee. Di conseguenza il sistema immunitario scatena la produzione di anticorpi per un eventuale attacco. Se tale attacco non si presenta entro un determinato intervallo di tempo o in caso di malattie che non forniscono un’immunità permanente, le difese immunitarie si abbassano nuovamente e risulta necessaria un richiamo.

Evoluzione e impatto dei virus emergenti

La storia umana si è evoluta parallelamente a quella dei virus. I virus emergenti sono quelli che compaiono emergenti o i cui effetti non sono ancora conosciuti dalla scienza, come l’HIV o il virus dell’Ebola, che emergono a causa di mutazioni, trasmissione da una specie all’altra e diffusione da popolazioni isolate. I virus compaiono periodicamente, riducendo la popolazione mondiale in modo positivo dal punto di vista biologico, perché regola il numero di individui. La diffusione di un virus su larga scala viene detta epidemia o infezione mondiale. I virus da cui sono causate queste malattie hanno mantenuto un equilibrio fino all’intervento delle tecnologie umane, che lo hanno alterato per combatterle. Al momento, il virus più pericoloso, di cui si teme il passaggio da animali a esseri umani, è l'influenza avaria, H5N1, un virus degli uccelli.

HIV e trascrizione inversa

(virus a RNA, es. HIV, in cui avviene il processo di trascrizione inverno: da RNA a DNA). Presentano: envelope, capside, due filamenti di RNA identici e due molecole di un enzima chiamato trascrittasi inversa, capace di sintetizzare il suo DNA a partire da un filamento stampo di RNA (l’opposto del dogma centrale della biologia molecolare).

Meccanismo di infezione dell'HIV

HIV: virus dell'immunodeficienza umana, che causa AIDS, sindrome da immunodeficienzacquisita. AIDS attacca i Linfociti T-helper, un tipo di globuli bianchi che aiuta i linfociti B che hanno lo scopo di produrre anticorpi. Il virus dell’HIV non uccide, ma indebolisce il sistema immunitario e così vengono contratte patologie rare e gravi come tumori o polmoniti, che vengono proprio perché il sistema immunitario è così indebolito che si contraggono malattie che normalmente non si prendono.

Le glicoproteine del pericapside permettono al capside di legare recettori specifici sulla membrana dei linfociti.

Il virus entra nella cellula ospite, si fonde con la membrana plasmatica + capside viene rimosso, rilasciando nel citoplasma gli enzimi e l’RNA virali.

La trascrittasi inversa sintetizza un secondo filamento di DNA, complementare a quello dell’RNA virale > ibrido DNA-RNA.

La trascrittasi inversa sintetizza un secondo filamento di DNA complementare a quello derivato dall’RNA virale.

Una volta ottenuto il DNA virale, a doppio filamento, esso entra nel nucleo della cellula e si inserisce nel suo genoma, come provirus, così che ad ogni duplicazione della cellula il virus si duplicherà con lei (ciclo lisogeno) > si garantisce la presenza in molte cellule e la sua duplicazione per sempre.

Le proteine del capside e la trascrittasi inversa vengono sintetizzate nel citoplasma; le glicoproteine del pericapside vengono sintetizzate nel reticolo endoplasmatico ruvido.

Le glicoproteine vengono trasportate verso la membrana tramite delle vescicole.

Il capside viene assemblato intorno al genoma virale e alla trascrittasi inversa.

I nuovi virus si formano per gemmazione.

Fasi della malattia da HIV

Malattia comparsa in occidente negli anni ‘80. Il contagio avviene principalmente in seguito a scambio di liquidi corporei (rapporti non protetti) o scambio di sangue. Inizialmente contratto da tossicodipendenti, prostitute, uomini omosessuali. La malattia si sviluppa in tre fasi:

Periodo “finestra”: periodo dopo il contagio che intercorre tra l'entrata del virus nel corpo e la produzione di anticorpi. Fino a questo momento non è possibile scorgere la presenza della malattia tramite gli esami del sangue > inconsapevolezza della malattia, dunque momento più delicato, di qualche settimana. Si è già infettivi.

Siero positività: si sono formati gli anticorpi per la malattia contratta. La risposta immunitaria viene avviata dai linfociti B, che però non possono proseguire perché vengono attaccate dal virus proprio i linfociti T-helper, che dovrebbero occuparsi di proteggere l'individuo. I sintomi non sono gravi (febbre, diarrea…). La malattia è già sviluppata e non ci sono cure per guarire, si può però assumere farmaci per fermarne l'evoluzione.

AIDS conclamato: il sistema immunitario non è più efficace, perciò si contraggono malattie rare e gravi, come il sarcoma di Kaposi.