Simmetria del capside

La simmetria del capside

Il capside è formato dalla ripetizione di una, o al massimo due, proteine costituenti i capsomeri.
I capsomeri possono assemblarsi in delle strutture ben definite, costruendo così un capside formato da diverse strutture:
1. Elicoidale: la struttura assume una forma simile ad un’elica. I capsomeri sono rappresentati come petali, e all'interno è presentata la molecola di acido nucleico, in questo caso una molecola di RNA.
Quando parliamo di struttura elicoidale, dobbiamo immaginare i capsomeri disposti a spirale, e l’acido nucleico avvolto intorno alla struttura proteica di base. Infatti, al microscopio elettronico, i virus con simmetria elicoidale appaiono con una forma oblunga, come nel caso del virus rabdovirus. In questi casi, le particelle virali sono tutte identiche tra loro.
2. Cubica, detta anche icosaedrica: i capsomeri si organizzano a formare una struttura poliedrica, composta da diverse facce ognuna costituita da triangoli equilateri.
Un esempio è l’adenovirus, un virus che può causare un semplice raffreddore, gastroenteriti o epatiti secondarie. Gli adenovirus infettano le cellule enteriche e gli epatociti a causa del loro tropismo.
3. Complessa, non classificabile secondo i canoni classici di simmetria elicoidale o icosaedrica. Un esempio di tale struttura complessa è quella dei batteriofagi o virus dell’epatite D;

La classificazione dei virus non dipende solamente dal loro genoma, ma anche dalla loro simmetria in quanto quest’ultima impatterà sulla loro conformazione.

Le proteine virali

Possiamo distinguere le proteine virali in due categorie: proteine strutturali e proteine non strutturali (o funzionali). Le proteine non strutturali sono quelle che codificano per enzimi necessari alla replicazione del virus, come DNA/RNA polimerasi virali. Le proteine strutturali, invece, sono quelle che formano le strutture del virus, come il capside e altri componenti, inclusi gli "envelope” o "peplomeri" che ricoprono la superficie del virus.
In base all'organismo che infettano, esistono virus batterici, vegetali, animali e quelli che infettano i vertebrati. Essi possono inoltre essere classificati in base alla natura del loro acido nucleico.
Un'altra classificazione dipende dalla simmetria del capside, che può essere icosaedrica, elicoidale o complessa. Inoltre, si distinguono i virus nudi (senza rivestimento) dai virus rivestiti (con peri-capside).

La classificazione di Baltimore

La classificazione di Baltimore raggruppa i virus secondo le caratteristiche del loro genoma, considerando anche la struttura (lineare o circolare) e altre proprietà specifiche. Nel caso dei virus a RNA, la classificazione si complica a causa delle molteplici strutture del loro genoma. Ciò influenza anche le loro dimensioni e caratteristiche.

I virus sono parassiti endocellulari obbligati non dotati di replicazione autonoma. Essi devono obbligatoriamente infettare una cellula ospite per potersi replicare. Il processo di replicazione virale segue vari passaggi:
1. Il virus si attacca alla cellula ospite, poi entra al suo interno;
2. Il virus rimuove gli involucri proteici che potrebbero ostacolare il genoma virale. Esso viene utilizzato per produrre i geni e le proteine necessarie, sia strutturali che funzionali;
3. Il virus forma nuovi virioni maturi, rilasciati dalla cellula ospite.
Questo processo varia a seconda del tipo di genoma del virus.

Virus: DNA o RNA?

A seconda del tipo di genoma, i virus si replicano nel nucleo o nel citoplasma della cellula ospite:
1. I virus con DNA a doppio filamento lineare si replicano nel nucleo, dove utilizzano gli enzimi della cellula ospite per la replicazione, fattore di bassa variabilità genetica (ad eccezione del poxvirus che replica nel citoplasma);
2. La maggior parte dei virus a RNA si replica nel citoplasma, poiché il nucleo non contiene gli enzimi necessari per replicare il genoma virale. Alcuni virus a RNA portano con sé enzimi specifici per la replicazione, come nel caso del virus dell'epatite C, che utilizza una proteasi virale per elaborare la propria poli-proteina. Altri virus, come quelli influenzali o il virus Delta dell'epatite, si replicano anche nel nucleo. Ogni molecola di RNA sintetizzata durante la replicazione può subire mutazioni, rendendo ogni virione differente. Questo spiega il concetto di "specie virale".
Il primo passo per la replicazione è che il virus infetti la cellula ospite, il che dipende dal tropismo, ovvero dalla complementarietà tra il recettore virale e il recettore presente sulla superficie della cellula ospite. (Per esempio, il virus SARS-CoV-2 infetta le cellule polmonari perché esse possiedono i recettori complementari alla proteina spike del virus. Allo stesso modo, il virus dell'epatite B infetta gli epatociti, poiché questi hanno recettori specifici per la glicoproteina di superficie del virus). Il concetto di tropismo descrive la specificità dei virus per determinati tipi di cellule, in base alla presenza di recettori complementari.

Sensibilità e permessività

La condizione essenziale affinché si avvii un processo infettivo è che la cellula ospite abbia un recettore complementare all’anti-recettore virale. Questa condizione obbligatoria prende il nome di sensibilità. La cellula ospite deve essere sensibile all’infezione: possedere dei recettori complementari all’anti-recettore virale, altrimenti l’infezione non potrà mai avvenire.
È inoltre importante che la cellula sia permissiva: non solo la cellula ospite consenta al virus di assorbirsi ed interagire con la stessa, è anche necessario che la cellula ospite permetta al virus di replicarsi, ovvero mette a disposizione il proprio macchinario biosintetico per favorire la replicazione del virus, generando una progenie virale matura. La permissività è legata al fatto che la cellula ospite metta a disposizione:
1. I propri fattori trascrizionali, consentendo la trascrizione del genoma virale;
2. I propri enzimi, necessari per la sintesi del genoma di alcuni virus;
3. I propri precursori, fondamentali per la sintesi di alcune molecole virali;
Un virus con il tempo adatta le proprie strutture superficiali per infettare le cellule dell’uomo.
(Ex: Sars-Cov-2, infettante molteplici tipi di cellule. Esso ha effettuato il salto di specie, passando dal pipistrello all’uomo. Modificando le sue strutture di superficie, esse divennero complementari ad un recettore (ACE-2, disseminato in tante cellule e utilizzato normalmente per il sistema renina-angiotensina).
Infezioni: quante tipologie?
Dipendentemente dalla sensibilità e permissività, si distinguono diverse tipologie di infezioni:
1. Infezione produttiva: la cellula è sia sensibile che permissiva. Non solo consente al virus di assorbirsi, ma consente anche la sua replicazione. Quest’infezione è caratterizzata da un ciclo completo di moltiplicazione virale con produzione di progenie matura infettante, capace di ricominciare un nuovo ciclo. Ex: Herpes labiale, indice di un’infezione produttiva: il virus si sta replicando e sta producendo virioni maturi;
2. Infezione restrittiva: la cellula è sensibile all’infezione ma non è sempre permissiva. La sua permissività non è costante, ma è legata a particolari condizioni della cellula ospite. (Il virus si replica quando la cellula mette a disposizione il macchinario biosintetico) Ex: Parvovirus 19, infettante la via eritrocitaria, ovvero le cellule nucleate della serie eritroide. Queste cellule consentono la replicazione del virus solo in concomitanza della fase S del proprio ciclo cellulare. Nella restante parte (Fase M, Fase G) il virus non può replicarsi;
3. Infezione persistente: il virus entra in contatto con l’ospite e ci rimane per tutta la sua vita. Ex: HIV, HBV, HCV, virus della varicella nei bambini trasformato in Herpes Zoster negli adulti, morbillo, Herpes labiale. Quando questi virus non si presentano vuol dire che sono in forma latente;
Nelle infezioni persistenti possiamo distinguere due casi:
1. Infezione acuta: Un’infezione che non permane nel corpo del paziente per sempre.
Alcune infezioni sono esclusivamente acute. Ad esempio, il virus influenzale, l’HAV, la cui trasmissione è per via oro-fecale e i sintomi sono gastroenterici.
2. Infezione persistente latente: il virus non dà luogo ad un’infezione produttiva. Esso ha la capacità di nascondersi a livello di altre cellule. L’Herpes sinfisi di tipo 1 e di tipo 2 sono esempi di infezione persistente latente. Essi rimangono nella condizione di latenza (o quiescenza) a livello delle cellule neuronali. In questo stato di latenza il virus non danneggia la cellula ospite perché non si replica e in tale stato non interferisce con i suoi normali processi metabolici.
Quando un virus dà luogo ad un’infezione persistente latente, esso penetra nella cellula ospite. Può rimanere nella cellula ospite nello stato episomale (il genoma rimane nella cellula senza integrarsi) oppure può integrarsi nel genoma della cellula ospite, come ad esempio nei virus erpetici. (I pazienti con una malattia autoimmune, oncologici o trapiantati devono essere controllati per quanto riguarda le infezioni latenti, perché il loro tipo di cura antibiotica potrebbe portare a delle recidive, o riattivazione del virus latente, che può ritornare ad una fase di infezione produttiva).
(Ex: Citomegalovirus, problematico nei pazienti trapiantati. Essi vengono mensilmente controllati.)
3. Infezione persistente cronica: il virus si associa alla cellula, penetra, il genoma del virus può rimanere nello stato episomale oppure integrarsi nel genoma della cellula stessa. Il virus si replica a bassi livelli: produce proteine virali a bassi livelli perché se ne producesse ad alti livelli il sistema immunitario risponderebbe e si creerebbe un processo infiammatorio acuto.
ESEMPI:
• Epatite A, infezione acuta autolimitante (si risolve spontaneamente);
• HBV, che può integrarsi nel genoma della cellula ospite. Ciò impatta sulla formazione dell’epatocarcinoma. Il tipo di infezione che si instaura è persistente ma cronica.
• HIV positivi: nel caso di questa infezione si crea un parassitismo controllato (lento e progressivo nel tempo), un equilibrio tra il virus e il sistema immunitario dovuto al fatto che il virus si replica ma a bassi livelli, consentendo la sua propagazione e impedendo una riposta immunitaria importante.
Si ha una valutazione del rapporto linfociti CD4- CD8 nel caso dell’infezione dell’HIV, con infezione di linfociti T CD4 e macrofagi. Quando questo rapporto raggiunge livelli inferiori di 200 cellule per millimetro cubico è presente L’AIDS (immunodeficienza acquisita conclamata), verificabile in un paziente non sottoposto a trattamento anche dopo 10-15 anni dall’infezione. La conseguenza è morte per coinfezione (anche un semplice raffreddore o una polmonite può essere fatale perché il sistema immunitario è stato distrutto dall’infezione persistente cronica).
Quando è necessario sottoporsi a screening per HIV? Anche se sottoposti ad una latenza clinica (condizione in cui un paziente non presenta alcun sintomo) bisogna sottoporsi dopo un intervento a rischio.
4. Infezione abortiva: la cellula è sensibile all’infezione ma non permissiva. Il virus può infettare la cellula ma non si condurrà mai un’infezione produttiva. (mai una progenie virale)

Esempi

• Virus Epatite D: replicante solo quando co-infetta l’ospite con il virus dell’Epatite B. Il virus dell’Epatite D ha come glicoproteina di superficie la proteina dell’epatite B. HDV non possiede il gene che codifica per la proteina di superficie.
Il virus dell’Epatite B codificherà per la proteina di superficie che verrà utilizzata come proteina strutturale per HDV, per poter montare il virione maturo infettante. I pazienti infettanti da entrambi HDV E HBV hanno una progressione più rapida verso la cirrosi e l’epatocarcinoma.

Coinfezione e superinfezione?

• Coinfezione: condizione in cui una cellula ospite acquisisce due virus contemporaneamente. Esempio: chi fa uso di droghe per via endovenosa può essere infettato da entrambi i virus.
• Superinfezione: la cellula ospite acquisisce un’infezione per HDV e si super infetta con il virus dell’HDV. In entrambi i casi c’è una maggiore evoluzione verso la cirrosi. I pazienti affetti da HBV vengono anche sottoposti a screening per HDV (o virus delta).