Principi di virologia - Domande

1. Differenza tra virus e batteri

Virus e batteri differiscono per:

●​ Struttura

●​ Strategie di vita (autonomia e metabolismo)

●​ Riproduzione

●​ Trattamenti

I batteri sono microrganismi unicellulari di 0,2-30 micrometri in grado di dividersi.

Sono costituiti da una parete cellulare che li protegge e che determina la forma e la

colorazione dividendoli in Gram + e Gram -; al loro interno si trovano i ribosomi ed il

genoma, formato da una molecola di DNA circolare a doppio filamento, libero nel

citoplasma e localizzato in una regione centrale chiamata nucleoide insieme ad altre

piccole molecole di DNA a doppio filamento chiamate plasmidi. La capacità dei

batteri di dividersi e crescere attraverso scissione binaria è fornita dalla presenza,

nel genoma, di geni codificanti per la sintesi di enzimi legati al ciclo energetico

(trovati prevalentemente sulla membrana plasmatica), rRNA, tRNA e proteine

ribosomiali. Le infezioni batteriche vengono trattate con antibiotici, inutili contro i

virus.I virus sono parassiti intracellulari obbligati, sono visibili solo al microscopio

elettronico (tranne i Poxvirus), hanno infatti dimensioni comprese dai 20 ai 400

nanometri. Si tratta di organizzazioni biologiche di livello subcellulare in grado di

esprimere il loro potenziale biosintetico solo andando a sfruttare i sistemi metabolici

e bioenergetici di un ospite vivente che viene infettato dal virus e ne diventa

manifestazione del genoma. Il genoma virale è molto piccolo (DNA o RNA), circolare

o lineare e a doppio o singolo filamento, compresso in un guscio proteico:capside. Il

genoma e l’involucro proteico formano il nucleocapside. La riproduzione virale

avviene solo per mezzo della replicazione del materiale genetico all’interno della

cellula infetta di cui vengono sfruttati i macchinari di replicazione, questo perché i

virus non possiedono organelli come i ribosomi e non hanno le informazioni

genetiche necessarie per la generazione di energia metabolica e proteine

ribosomiali. Il capside, una struttura proteica formata da subunità preformate

chiamate episomi/capsomeri, media la trasmissione, protegge il genoma virale e

contiene tutte le informazioni per iniziare e completare il ciclo di infezione in una

cellula suscettibile e permissiva, che presenta quindi un recettore a cui le proteine

anti-recettore, presenti sulla superficie esterna del capside, si legano per permettere

il rilascio del genoma nel citoplasma della cellula. Il ciclo di infezione di un virus si

conclude con l’auto-assemblamento delle componenti virali neosintetizzate e la

fuoriuscita di un nuovo virione. Queste caratteristiche permettono ai virus di

.

stabilizzarsi nelle popolazioni per garantire la loro sopravvivenza

2. Descrizione delle strutture virali

La struttura di un virus comprende:

●​ genoma, molecola lineare o circolare, a singolo o doppio filamento di RNA o

DNA, unico o frammentato. Nel virione è presente un solo tipo di acido

nucleico SS=single strand, DS=double strand. L’acido nucleico è a polarità

positiva o negativa, se positiva è autonomamente replicabile, se negativa

deve prima essere convertito nel DNA / RNA a polarità positiva. Il

riconoscimento tra acido nucleico e capside avviene tramite proteine virali non

strutturali specializzate o proteine cellulari (coronavirus—>istoni). I virioni

codificano diversi enzimi:

●​ trascrittasi inversa, ;

integrarsi, permette di inserire il DNA virale in quello cellulare

●​

●​ proteasi, taglia la catena del genoma

●​ capside, esternamente, involucro costituito dall’auto-assemblamento di

subunità proteiche preformate a protezione del genoma. La disposizione di

queste subunità origina due simmetrie del capside:

●​ elicoidale (es. coronavirus e orthomyxovirus),di forma cilindrica costituito da

un numero variabile di capsomeri avvolti ad elica intorno ad un asse centrale

in cui si trova il genoma

●​ icosaedrica (es. papillomavirus e adenovirus), costituita da un numero fisso di

due tipi di capsomeri (12 vertici e 20 facce) in cui gli esoni sono formati da 6

unità ripetute e costituiscono le facce mentre i pentoni (5) costituiscono i

vertici che prendono contatto con altri cinque. Le funzioni del capside sono di

protezione del genoma da agenti fisici e chimici, nei virus nudi permette la

penetrazione virale nella cellula bersaglio tramite la presenza di antigeni

specifici, che fungono da recettori, e di recettori che dopo il legame stimolano

il sistema immunitario della cellula infetta.

●​ envelope, ulteriore strato a protezione del capside, la sua presenza distingue i

virus nudi da quelli rivestiti. È un involucro lipoproteico derivante dalla

membrana cellulare (nucleare o citoplasmatica) dove sono inserite

glicoproteine virali che una volta proiettate all’esterno prendono il nome di

spike e che mediano l’ingresso e l’uscita del virus nella cellula. L’envelope

determina l’infettività dei virus e rispetto al capside è molto più sensibile agli

agenti chimici e fisici ma permette una migliore trasmissione dei virus in

ambienti acquatici; contiene proteine L1 e L2, canali ionici che permettono il

rilascio del genoma.

●​ tegumento, ulteriore strato tra envelope e capside (es Herpes Virus Simplex).

3. Descrizione del capside e le sue funzioni

Il capside è un involucro proteico che circonda il genoma virale, in contatto con

proteine regolatrici delle fasi iniziali del processo replicativo; capside e nucleo

insieme formano il nucleocapside. È un core proteico costituito per

autoassemblamento da subunità proteiche preformate chiamate capsomeri e la

disposizione di queste ne determina la geometria:

●​ elicoidale, (es Coronavirus e Orthomyxovirus) di forma cilindrica costituito da

un numero variabile di copie di capsomeri avvolti a elica rispetto ad un asse

centrale in cui si trova il genoma, tutti i virus umani presentano questa

conformazione e sono a RNA (tranne MTV);

●​ icosaedrica, (es Papillomavirus e Adenovirus) complessa (Poxivirus e

Battereofagi) di grandi dimensioni, formata da 60 subunità identiche a

costituire un icosaedro, struttura solida di 12 vertici e 20 facce triangolari. È

una organizzazione più efficiente che permette la creazione di un guscio

chiuso in cui ogni capsomero occupa ogni vertice (5 subunità a forma

pentagonale che prendono il nome di pentoni), le facce dell’icosaedro sono

invece formate da esoni (ogni vertice è circondato da 5 esoni).

●​ struttura combinata, tipica dei battereofagi, con una testa icosaedrica e una

coda elicoidale.

I capsidi sono tendenzialmente molto simili tra i vari virus, questo è dovuto alle

limitate dimensioni del materiale genetico che codifica per un numero limitato di

proteine, inoltre una struttura che presenta un numero limitato di subunità è più

semplice da assemblare e risulta metabolicamente più vantaggiosa. Sulla superficie

esterna del capside si trovano proteine virali che fungono da recettori, antigeni NP

specifici, che permettono l’interazione diretta con recettori specifici della cellula host,

questa interazione porta all'inizio del processo di infezione andando però a stimolare

la risposta immunitaria dell’ospite in quanto queste proteine sono recettori

competitivi che regolano l’azione delle cellule TCD4+ leucocitarie che coordinano la

risposta immunitaria adattativa. Le funzioni del capside sono di protezione da agenti

chimici e fisici come l’essiccamento, radiazioni UV, pH e detergenti. Queste proprietà

rendono i virus nudi molto più resistenti di quelli rivestiti, sono inoltre altamente

diffusibili ed infettivi, scatenando una violenta risposta immunitaria e fuoriuscendo

per lisi cellulare.

4) Descrizione dell’ envelope, come viene acquisito e funzioni

Envelope (pericapside o peplos): è un guscio lipidico che deriva dalle membrane

cellulari (nucleare o citoplasmatica) della cellula ospite che riveste il capside e

contiene le glicoproteine virali che mediano l’ingresso e l’uscita dei virus nella cellula

e l’induzione della risposta immune. Le proteine del virus rimpiazzano una parte

delle proteine presenti nella membrana cellulare da cui il peplos viene formato.

L’envelope rende il virus più sensibile perché il capside nudo è formato da una sola o

più proteine e resiste ad alte temperature, ambiente acido ed essiccamento.

L’envelope invece contiene anche glicoproteine e quindi è più sensibile per la

presenza delle componenti della membrana cellulare e deve restare in un ambiente

umido quindi si diffonde tramite gocce d’acqua, secrezioni, trapianti di organi e

trasfusioni di sangue e non sopravvive nel tratto gastro-intestinale. L’envelope però

permette l’adesione del virus rivestito alla cellula ospite e i virus rivestiti sono

rilasciati dalla cellula per gemmazione. Nell’envelope sono presenti anche le

proteine L1 e L2 che sono canali ionici che permettono la fuoriuscita del genoma dal

virus e il rilascio del genoma virale nella cellula ospite e altre con attività enzimatica

(NA), canali ionici (M2) e antigeni (es. HA e NA). Tra capside ed envelope,

(Herpesvirus) inoltre, possono presentare anche il tegumento che non è una

porzione vuota uno strato composto da proteine virali.

L’envelope è sensibile al calore, ai detergenti e all’essiccamento; permette

l’adesione del virus rivestito alla cellula ospite e vengono rilasciati per gemmazione

al contrario di quelli nudi che vengono rilasciati per lisi. Tra un virus nudo e uno con

envelope è più sensibile il secondo perché sono più fragili perché più sensibili.

Ci sono poi dei capsidi a simmetria combinata come ad esempio il Batteriofago T4

(virus che infetta solo i batteri) che ha la testa icosaedrica e la coda elicoidale.

5) Differenza tra virus nudi e rivestiti

Possono esserci due tipi di virus:

-I virus nudi (nucleo capside) hanno un acido nucleico e il rivestimento proteico,

capside formato da unità ripetute dette capsomeri;

-Il virus rivestito (pericapside) oltre al capside presenta un altro involucro

lipoproteico che deriva dalla cellula ospite infettata. Il capside è un rivestimento

proteico con funzione protettiva. Permette l’ingresso del genoma nel citoplasma della

cellula ospite.

Il capside è un rivestimento proteico, ha funzione di proteggere l’acido nucleico al

suo interno, la funzione di esporre gli antirecettori che vengono riconosciuti dai

recettori cellulari e permette l’ingresso del genoma all’interno del citoplasma o del

nucleo della cellula ospite. Ha delle strutture regolari: elicoidale o Icosaedrica ed è

tenuto insieme da forze non covalenti. Quelli nudi vengono rilasciati pressoché per

lisi cellulare al contrario dei virus rivestiti.

La Simmetria elicoidale è tipica del capside del virus del mosaico del tabacco, virus

a RNA a filamento positivo che viene immesso in questa struttura elicoidale formata

da delle subunità proteiche che si dispongono lungo tutto l’acido nucleico quindi

formano questa elica per racchiudere il genoma; si

tratta di un virus particolare perché tutti i virus a simmetria elicoidale sono virus a

RNA rivestiti dall’envelope, tranne quello del tabacco. Quella icosaedrica (tipica del

Papilloma, Adenovirus e Reovirus) è un’ organizzazione molto efficiente e utilizza il

minor numero di unità che possono comporre il capside ed è formato da 20 facce

triangolari da 12 vertici; ogni icosaedro lo possiamo dividere in 3 assi di simmetria.

Possono dividere il capisce in due porzioni equivalenti tra di loro, in 3 porzioni o in 5.

La simmetria del capside icosaedrico permette la formazione del più piccolo

involucro composto da 60 unità identiche tra di loro. Non è flessibile come un virus

con simmetria elicoidale. In un capside icosaedrico si formano dei capsomeri che

formano strutture regolari, abbiamo i vertici dei pentoni (5 capsomeri) che prendono

contatto con 5 esoni (6 capsomeri). Il capside protegge l’acido nucleico da raggi UV

da forze fisiche, da danni chimici o fisici e serve ad impacchettare il genoma virale

ma anche per reagire con la cellula ospite quindi a esporre quei recettori che

vengono riconosciuti da quel recettore presente sulla membrana cellulare. Ultima

funzione: stimolare la risposta immunitaria dell’ospite. Nei virus nudi sono disposti

antigeni che contribuiscono allo sviluppo degli anticorpi dal sistema immunitario. Al

di fuori del capside, nei virus rivestiti, può essere presente un secondo

rivestimento—> è acquisito fuoriuscendo dalla cellula ospite e nei virus rivestiti

questo strato sarà responsabile della risposta del sistema immunitario (EME).

6) Strategie di ingresso dei virus nella cellula ospite con esempio

per ogni modalità

I virus utilizzano diverse strategie per entrare nelle cellule ospiti. Ogni tipo di virus

sfrutta meccanismi specifici, in base alla sua struttura e al tipo di cellula che infetta.

Le principali modalità di ingresso sono:

1. Endocitosi mediata da recettori

In questo caso, il virus si lega a specifici recettori sulla superficie della cellula ospite

e viene inglobato attraverso una vescicola che si forma nella membrana cellulare.

Esempio: Il virus dell’influenza entra nella cellula ospite tramite endocitosi. Il virus si

lega