Appunti Microbiologia applicata

UNICA ACCETTABILE DEFINIZIONE DI VIRUS:

I virus sono dei parassiti endocellulari obbligati, rappresentati da organizzazioni biologiche di

livello subcellulare; ciò significa che il virus non è una cellula indipendente.

Tra gli innumerevoli contribuiti di Pasteur a favore della microbiologia, è da considerare il fatto che

egli è stato in grado di isolare il virus della rabbia e di creare un vaccino. Dopo avere individuato

l’agente eziologico della rabbia, Pasteur ipotizzò che questo presentasse dimensioni maggiormente

ridotte rispetto a quelle dei batteri, tanto da non potere essere osservato al microscopio. La sua

ipotesi, venne appoggiata dagli studi di un microbiologo francese, Charles Chamberland, il quale

inventò un filtro (oggi noto come il filtro di Chamberland o filtro di Chamberland-Pasteur) con dei

pori di dimensioni più piccole rispetto ai batteri, in modo da rimuovere totalmente i batteri da una

soluzione; filtrando una soluzione, infatti, venivano allontanati i batteri. Se la soluzione in

questione, rimaneva infettiva, evidentemente questa presentava al suo interno microrganismi di

dimensioni maggiormente ridotte rispetto ai batteri.

Tra i principali fondatori della virologia, ricordiamo il biologo russo Dmitri Ivanowsky, il quale

utilizzando il filtro di Chamberland scoprì un agente patogeno più piccolo dei batteri in grado di

infettare le piante di tabacco. Ivanowsky dimostrò che, filtrando un estratto di foglie di tabacco

infette, la soluzione rimaneva ancora infettiva. Ipotizzò, a questo punto, che l’infezione potesse

essere causata da una tossina batterica, ma non approfondì ulteriormente la questione.

Fino a quel momento, si pensava che tutti gli agenti infettivi venissero trattenuti dai filtri. Nel 1898,

il microbiologo olandese Martinus Beijerinck ipotizzò che lo strano agente infettivo che non veniva

trattenuto dal filtro si presentasse in forma liquida e chiamò (questo nuovo agente infettivo in forma

liquida) ‘virus’. Dopo qualche tempo, si scoprì che questo nuovo tipo di microrganismo era,

invece, una particella. Nel frattempo, si continuò a studiare il virus precedentemente considerato da

Ivanowsky, ovvero il virus del mosaico del tabacco, il primo virus ad essere stato cristallizzato,

quindi osservato, e la sua struttura venne analizzata nel dettaglio.

Inizialmente, i virus vennero coltivati solo nelle piante e negli animali, ma nel 1906 venne

introdotto un metodo per la coltivazione dei virus nel tessuto corneale di una cavia. Poiché i virus

non sono in grado di sopravvivere autonomamente, dovevano essere utilizzate delle cellule che essi

avrebbero dovuto parassitare, nel 1906 le cellule in questione erano le cellule del tessuto corneale

delle cavie. 81

Microbiologia Farmaceutica

Nel 1928 si riuscì a far moltiplicare i virus in sospensioni di reni di galline; mentre nel 1931 si

riuscì a far crescere i virus nelle uova embrionale di gallina grazie al patologo statunitense Ernest

William Goodpasture (i virus venivano inoculati dentro l’uovo in determinate zone).

Nel 1949 il virus della poliomielite fu fatto crescere in embrioni umani, grazie a John Franklin

Enders, Thomas Weller e Frederick Robbins. Questa, in particolare, fu la prima volta che un virus

veniva coltivato senza l’uso di tessuti animali o uova.

DIMENSIONI DEI VIRUS:

Per quanto riguarda la dimensione dei virus siamo nell’ordine dei nanometri; un nanometro

corrisponde ad un milionesimo di millimetro. Per questo motivo, per osservare un virus è necessario

utilizzare un microscopio elettronico. I virus sono anche largamente più piccoli dei batteri.

STRUTTURA DEI VIRUS:

Il virus è costituito, al suo interno, da materiale genetico (DNA o RNA), rivestito da un involucro

proteico che prende il nome di Capside. Il materiale genetico può essere costituito da DNA o RNA,

MAI entrambi. Il virus è l’unico microrganismo esistente che può presentare le informazioni

genetiche codificate nell’RNA, mentre in tutti gli altri microrganismi, batteri compresi,

l’informazione genetica è contenuta nel DNA. Alcuni virus, al di sopra del capside, presentano

un’ulteriore involucro che prende il nome di envelope, anche conosciuto come peplos o pericapside.

I virus costituiti soltanto dal materiale genetico e dal capside, prendono il nome di virus nudi.

Mentre, i virus che presentano un ulteriore rivestimento interno vengono definiti virus rivestiti o

virus con pericapside. IL CAPSIDE

I batteri, che presentano dimensioni ridotte e un DNA a sua volta piccolo, per formare la parete

cellulare, presentano l’informazione per costituire il mattoncino, che viene ripetuto n volte fino al

completamento della parete cellulare (rivedi la prima lezione). Anche i virus adottano la stessa

tecnica dei batteri, per cui anche nel loro materiale genetico sarà contenuta l’informazione per la

codifica di una subunità del capside che prende il nome di ‘capsomero’, una subunità che verrà

ripetuta svariate volte, in modo da presentare infine l’involucro proteico.

Il capside ha la funzione di racchiudere e proteggere il genoma e, nel caso dei virus nudi, presenta

sulla superficie delle proteine che fungono da antirecettori, ovvero proteine di cui il virus necessita

per agganciarsi ai recettori presenti sulle cellule ospiti. Il capside è di fondamentale importanza, in

quanto è il principale elemento che conferisce la forma (che in gerco viene definita simmetria) al

virus; esattamente come nel caso dei batteri, i quali vengono definiti bacilli, cocchi, ecc… grazie

alla loro parete cellulare. Anche nel caso dei virus, quindi, il capside conferirà la simmetria/forma al

virus. Però, poiché i capsomeri non presentano una forma perfettamente regolare, esistono sol due

disposizioni possibili per formare un involucro completo e stabile attorno al materiale genetico:

 La prima disposizione è quella a SIMMETRIA ICOSAEDRICA, cioè un solido costituito

da venti facce triangolari all’interno del quale è contenuto il genoma; un esempio di virus

nudo a simmetria icosaedrica è l’Adenovirus; mentre invece un virus rivestito a simmetrica

icosaedrica è l’Herpesvirus;

 SIMMETRIA ELICOIDALE: La seconda possibilità è quella che i capsomeri si

dispongano intorno ad un asse immaginario (in cui poi di fatto è contenuto il materiale

genetico) e formano un contenitore dall’aspetto bastoncellare. Un esempio di virus rivestito

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a simmetria elicoidale è il virus influenzale, i cui antirecettori sono di fondamentale

importanza, al punto che esistono proprio dei farmaci che li riguardano. All’interno del virus

influenzale, se visto a microscopio elettronico, è possibile osservare l’elica ripiegata a forma

di U. IL PERICAPSIDE

Come detto, alcuni virus possono essere dotati di un pericapside, un ulteriore involucro esterno al

capside. Il pericapside è costituito da un frammento della membrana citoplasmatica della cellula

ospite, la quale nel momento della fuoriuscita del virus dalla cellula ospite, viene immediatamente

modificata dal virus stesso, mediante l’introduzione di proteine virus specifiche che prendono il

nome di spicole o spikes e che fungono da antirecettori, pertanto permetteranno al virus di aderire ai

recettori della cellula ospite. Il pericapside è chimicamente costituito da fosfolipidi e glicoproteine.

Ad esempio, il coronavirus presenta delle spicole che conferiscono al virus il caratteristico aspetto

di una corona.

 FORMAZIONE DEL PERICAPSIDE: Nel momento in cui il virus fuoriesce dalla cellula

ospite per infettare altre cellule, il virus spinge attraverso la membrana citoplasmatica della

cellula ospite, acquisendone un frammento, che verrà personalizzato tramite l’aggiunta di

proteine virus-specifiche che andranno a costituire i suoi antirecettori. I virus rivestiti,

quindi, presenteranno gli antirecettori sul pericapside; mentre i virus nudi presentano gli

antirecettori direttamente a livello del capside, in quanto per ogni tipologia di virus, siano

essi nudi o rivestiti, deve essere possibile effettuare un aggancio ai recettori della cellula

ospite. STRUTTURA VIRUS:

Lo spazio presente tra il capside ed il pericapside, prende il nome di matrice virale, in cui sono

presenti delle proteine virus-specifiche chiamate proteine di matrice (proteine M) che hanno una

funzione di rinforzo e connessione, ovvero servono ad unire il capside al pericapside; sono delle

proteine abbastanza coese, compatte, tanto che questo spazio, virtualmente, rappresenta ul ulteriore

involucro chiamato tegumento.

Quasi tutti i virus sono altamente termosensibili, per cui a temperature di 55-60 gradi le proteine del

capside vengono denaturate e, considerato che sulle proteine del capside sono presenti gli

antirecettori, il virus perderà completamente la sua capacità di infettare le cellule. I virus rivestiti,

ovvero i virus dotati di pericapside, sono maggiormente sensibili rispetto ai virus nudi al calore,

perché il pericapside non è altro che una porzione della membrana citoplasmatica delle cellule

ospiti, a sua volta una struttura molto delicata; per cui, la presenza del pericapside, rende i virus

rivestiti maggiormente sensibili agli acidi, all’essiccamento, al trattamento con i tensioattivi o con i

solventi dei lipidi (quindi detergenti), sostanze che saranno in grado di alterare la struttura della

membrana fosfolipidica e, di conseguenza, considerato che sul pericapside sono presenti gli

antirecettori, il virus perderà le sue capacità infettive, in quanto non sarà in grado di agganciarsi alla

cellula ospite. PASSAGGI (STEP) INFEZIONI VIRALI:

Per causare una malattia, il virus deve affrontare una serie di passaggi che contribuiranno

all’instaurazione dell’infezione, passaggi che rappresentano il principale bersaglio dei farmaci

antivirali: 83

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1) Per prima cosa, il virus deve necessariamente invadere l’ospite, cioè penetrare attraverso la

cute o le mucose;

2) In seguito, deve replicarsi in cellule suscettibili nel sito d’ingresso; ciò significa che, a

seguito dell’ingresso, il virus deve velocemente effettuare una prima replicazione nel sito

d’ingresso, perché solo aumentando di numero eviterà di essere immediatamente allontanato

dalle difese immunitarie;

3) Dal sito d’ingresso, è possibile che il virus debba allontanarsi, ovvero diffondersi, perché di

fatto presenterà un target differente; lo spostamento viene effettuato mediante il circolo

sanguigno. Alcuni virus risalgono il sistema nervoso, come nel caso del virus della rabbia,

perché il sito d’ingresso molto spesso non è il target migliore per il virus, il quale dopo avere

effett