Appunti di Virologia

INTRODUZIONE

Un virus è un parassita intracellulare obbligato infettivo, deve per forza infettare una cellula per

riprodursi. Sono composti da materiale genetico che può essere DNA o RNA circondato da involucro

proteico e a volte da una membrana. I virus sono i microrganismi più abbondanti nella biosfera e

possono infettare ogni forma di vita (ma sono vivi? Concetto di virocellula); sono geni contenuti in un

involucro proteico. Non tutti i virus sono patogeni.

Ci sono virus senza membrana esterna: l’acido nucleico è contenuto in un contenitore proteico. Il

coronavirus possiede una membrana costituita da proteine dette Spike e ha una forma filamentosa.

Il capside è l’involucro proteico che circonda il genoma ed è fatto da unità di base ripetuta. Il

nucleocapside è costituito dal capside + acido nucleico e costituisce il core del virus. La membrana, se

presente, deriva da membrane cellulari di cellule infettate.

Si parla di virione quando si parla di una particella completa infettiva, capace di cominciare

un’infezione.

I genomi possono essere DNA o RNA (i virus sono gli unici che hanno mantenuto la capacità di

codificare l’informazione genetica nell’RNA). Il genoma può essere lineare o circolare e avere polarità.

Per genomi a singolo filamento si può riconoscere una polarità:

- Positiva: su cui si legge una sequenza codificante per una proteina

- Negativa:

I virus sono vivi? Secondo la definizione della Nasa, la vita è un sistema chimico autosostenuto capace

di evoluzione (Darwin). Il virus è un microrganismo con due fasi:

- Fase di virione

- Cellula infetta, virocellula: quando il virus infetta una cellula inizia a riprodursi sfruttando il

metabolismo della cellula infettata. Questa fase rappresenta la fase vitale del virus.

Tutti i virus devono infettare una cellula e per studiare come funziona il ciclo infettivo i virologi hanno

deciso che ci sono 6 passaggi comuni a tutti i virus e sono:

- Attacco del virus alla cellula: avviene tramite interazione di una molecola in superficie della

cellula e una proteina sul virus (antirecettore o proteina di attacco)

- Penetrazione: i virus animali entrano nella cellula (i virus batterici non entrano nella cellula, ma

iniettano il genoma nella cellula come i batteriofagi; i virus vegetali non entrano ma trovano un

danno nella pianta). All’interno della cellula rilascia il proprio genoma e questo dà il via al

programma di riproduzione del virus

- Spoliazione

- Biosintesi

- Assemblaggio

- Rilascio

I virus non si moltiplicano come fanno le cellule, ma sintetizzano i ‘pezzi’ e si assemblano. I virus si

fanno per sintesi delle componenti e assemblaggio. Poi si ha il rilascio.

I virus non si vedono al microscopio ottico, ma al microscopio elettronico. Un tempo erano noti come

agenti filtrabili perché non si vedevano al microscopio ottico (ordine del nanometro). Il virus del vaiolo

umano è l’unico singolo microrganismo radicato da una campagna vaccinale ed è il più grande tra i

patogeni umani conosciuti. Il range di dimensione dei virus è tra i 20-360 nm.

Una caratteristica comune dei virus è che sono piccoli e non è possibile vederli al microscopio ottico.

Negli ultimi anni si sono scoperti dei virus detti giganti: ci sono dei virus che infettano le amebe e che

sono molto grandi (dimensioni di piccoli batteri) come mimivirus e pandoravirus.

Il primo dei virus, coccus, era stato isolato e si pensava fosse un batterio, ma non cresceva nei terreni

di coltura. Sono mimivirus in quanto mimano i batteri, fanno finta di essere un batterio.

Noi abbiamo migliagia di mega basi (Mb) nel nostro genoma.

I virus sono ubiquitari, sono dappertutto; rappresentano il 95% dei microrganismi definiti come entità

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contenente un genoma. Si pensa ci siano 10 specie di virus differenti.

I virus possono infettare qualsiasi forma di vita (dai batteri agli animali, ma esistono anche virus dei

virus).

Ci sono virus che riescono a passare da specie a specie (infezione zoonotica: infezione che passa da

animali a essere umani). La maggior parte dei patogeni che conosciamo oggi hanno origine animale.

SARS-CoV-2 si pensa derivi da un pipistrello, ma l’uomo riesce a infettarlo anche ad altri animali e

quindi si parla di zoonosi inversa.

I tumori possono essere causati da virus (circa il 20%). I virus sono ancora causa di mortalità molto

importante.

Si stima che ci siano molti più virus dei batteri nel nostro corpo che convivono pacificamente.

Ci sono virus che infettano in maniera persistente molti di noi senza provocare alcuna patologia o si.

I retrovirus endogeni: l’8% delle sequenze genomiche sono fatti da virus.

Ogni cellula del nostro corpo contiene DNA di origine virale. Alcune di queste sequenze hanno acquisito

delle funzioni utili a noi: esiste un gene che nel corso dell’evoluzione ha assunto la funzione di creare

sincizi (essenziali per l’embriogenesi). Man mano che invecchiamo i retrovirus endogeni vengono

attivati.

I virus sono metabolicamente inerti e si replicano, non crescendo e dividendo come fanno le cellule, ma

attraverso sintesi e assemblaggio. I virus hanno capacità di evolversi.

I virus vengono studiati perchè possono causare malattie, possono essere strumenti biotecnologici

importanti (vaccini come virus modificati) e per la ricerca di base.

LUNEDI 6 NOVEMBRE

Struttura dei virus

I virus animali sono di due tipologie:

- Virus non-enveloped, nudi: presentano un involucro proteico, il capside con dentro il genoma

virale. Sono molto resistenti rispetto a quelli che hanno la membrana. Questi virus escono dalla

cellula lisandola

- Virus enveloped: virus con membrana; hanno bisogno di una membrana integra per poter

infettare una cellula.

I virus batterici sono quasi sempre senza membrana. Gran parte dei virus animali infetti hanno una

membrana.

L’adenovirus è un virus nudo, non dotato di membrana. Anche i rotavirus non hanno membrana ma

possiedono ben tre strati proteici che proteggono il genoma.

Il coronavirus ha una membrana su cui è presente una proteina spike. All’interno presenta un gomitolo

(un capside filamentoso che si raggomitola).

Esistono 3 tipi di capside e 7 tipi di genomi virali.

Capsidi virali

Vi sono diverse simmetrie:

- Capside elicoidale: virus che appaiono filamentosi. Il virus del mosaico del tabacco ha questa

struttura.

- Capside elicosaedrico: virus sferici

- Capside complesso come poxivirus, il T4 batteriofago (non entra nella cellula da infettare, ma

inietta il proprio genoma ha una testa con simmetria elicosaedrica e un corpo a simmetria

elicoidale).

I virus del mosaico del tabacco hanno un genoma a singola molecola di RNA all’interno di un capside

elicoidale che ricopre l’intera molecola di RNA che determina la lunghezza del virione. Il genoma è

ricoperto da subunità ripetute.

Tutti i virus conosciuti con simmetria elicoidale che infettano animali e hanno una singola molecola di

RNA sono virus con membrana.

L’elicosaedro è un solido platonico con facce regolari (20 facce, ogni faccia è un triangolo equilatero).

Un virus elicosaedrico è fatto da 60 subunità identiche. A ogni vertice dell’icosaedro c’è un pentamero

(12 pentameri totali).

In virologia si parla di quasi-equivalenza quando un capside possiede più di 60 subunità.

Nell’adenovirus (infetta le vie respiratorie) ogni vertice possiede una fibra. Uno dei vertici non ha una

fibra ma un portale serve per far passare il genoma sia in entrata sia in uscita.

Virus dell’Herpes simplex possiede membrana, il genoma si trova all’interno di un nucleocapside.

Il virus dell’HIV ha un capside conico, irregolare, ma si rifà alla simmetria elicosaedrica.

Le membrane dei virus derivano da una cellula che infettano (i virus non hanno un apparato

biosintetico). Il nucleocapside acquisisce una membrana durante l’uscita dalla cellula. Diversi virus

acquisiscono una membrana cellulare che non è per forza la plasma-membrana (può essere la

membrana di organelli o altro).

Le glicoproteine di membrane (Spike nel caso di coronavirus) sono proteine classiche di memebrana:

hanno dominio idrofobico che attraversa la membrana. Ci sono due tipi di glicoproteine di membrana:

- Proteine perpendicolari alla membrana del virus e seguono il modello del mosaico fluido:

galleggiano sulla membrana, sono dinamiche.

- Proteine sviluppate in modo parallelo alla membrana che formano una struttura compatta.

Le proteine del nucleocapside e di membrana hanno funzioni:

- Protettive nei confronti del genoma

- Di riconoscimento specifico dell’acido nucleico

- Di interazione con le membrane cellulari per dotare il virus della membrana corretta

- Di riconoscimento della cellula da infettare

- Di fusione con la membrana della cellula da infettare

I virus a DNA vanno nel citoplasma, mentre i virus a RNA stanno nel nucleo.

Le proteine strutturali (che compongono la particella virale) possono includere componenti

enzimatiche: nel virus dell’HIV gli enzimi stanno dentro la particella virale e servono per fare la

trascrittasi inversa. Il virus dell’influenza contiene l’RNA polimerasi e l’RNA dipendente. La

neuraminidasi taglia i residui permettendo il rilascio del virus per far si che vada ad infettare altre

cellule.

Il capside è il guscio proteico che protegge il genoma. È fatto da subunità. Il nucleocapisde (capside +

acido nucleico) può essere ricoperto da una membrana (derivante dalle membrane cellulari di cellule

infettate).

Tipi di genoma virale

David Baltimore ha proposto 7 classi di genomi virali che tiene conto della strategia di espressione e

della strategia replicativa di ogni virus. Si basa sulla relazione che c’è fra il genoma e l’RNA messaggero

perché tutti i virus (senza nessuna eccezione) devono produrre mRNA che verranno tradotti dai

ribosomi della cellula per fare proteine virali e duplicare il proprio genoma. Nella virosfera ci possono

essere genomi di DNA o RNA a singola elica o a doppia elica (non è vero che l’RNA deve essere a

singola molecola).

La polarità positiva di un acido nucleico è quella che si trova sull’elica codificante per la proteina. L’elica

complementare è chiamata elica negativa o anti-senso.

La replicazione dei virus è basata sul fare copie positive o negative del genoma.

Dogma centrale della biologia molecolare: si evince dalla struttura del DNA, che il DNA può essere

duplicato e pure trascritto e poi tradotto per la produzione di proteine. Nei virus non si usa solo il DNA,

ma anche l’RNA può essere usato per trasmettere l’informazione genetica. David Baltimore dimostrò

che esiste una RNA polimerasi che è in grado di duplicare l’RNA viral