Batteriologia e virologia 5

Interazione virus-ospite

Modalità di trasmissione del virus

La modalità di trasmissione del virus può essere:

Verticale

• Dalla madre al feto: Passaggio durante la gravidanza, il virus può attraversare la placenta e raggiungere il feto, per questo si parla di virus esogeni.
• Provirus integrati nel DNA delle cellule germinali: alcuni virus integrano il proprio genoma in alcune cellule. Se i virus sono stati in grado di integrare il proprio genoma nelle cellule germinali, il genoma del virus viene trasferito dalla madre al feto. In questo caso si parla di virus endogeni.
• Passaggio del feto nel canale del parto.
• Assunzione di colostro infetto.

Orizzontale

• Tra animali diversi:
• Contatto diretto: leccamenti, graffi, morsi, accoppiamento.
• Via indiretta: malattie trasmesse attraverso veicoli o vettori biologici, come insetti ematofagi.
• Via iatrogena: trasmissione dovuta a interventi terapeutici, aghi o strumenti chirurgici infetti.
• Via aerogena: trasmissione attraverso gocce di vapore acqueo o polveri contaminate.

Vie di ingresso dei virus

Le vie di ingresso dei virus nell’organismo sono diverse:

• Soluzioni di continuo della cute e delle mucose: questi virus in genere rimangono a livello locale, si replicano e restano nelle cellule epiteliali.
• Gastrointestinale
• Parenterale
• Sessuale
• Respiratoria

Le infezioni virali possono rimanere localizzate oppure possono disseminarsi nell’organismo. La disseminazione può avvenire per via linfatica, ematica o neuronale. Quindi, il virus infetta le cellule nel sito di ingresso e poi passa nella via linfatica o ematica, che lo porta all’organo bersaglio. Nel caso della diffusione per via neuronale, il virus dal sito di ingresso entra nei nervi periferici e per via retrograda raggiunge il sistema nervoso centrale.

Tappe dell'infezione virale

L’infezione avviene nel sito primario, dove si ha una prima replicazione. Dal qui il virus viene captato dalle cellule del sistema immunitario e può raggiungere il linfonodo. I virioni possono essere trasportati dal sito primario al linfonodo anche per via indipendente, tramite i vasi linfatici o i vasi sanguigni. Nei linfonodi si ha una seconda replicazione, a seguito della quale si ha un grande quantitativo di virus che, attraverso il sangue, raggiunge i primi organi bersaglio. Si assiste ad una viremia primaria, ossia ad una prima presenza massiccia del virus a livello del circolo.

Negli organi bersaglio (midollo osseo, fegato, milza, endotelio) avviene la terza replicazione e da qui, nuovamente per via ematica, si ha una viremia secondaria con il raggiungimento dei veri organi bersaglio definitivi. In questi può avvenire un’ulteriore replicazione con la manifestazione dei sintomi e delle lesioni cellulari.

Tipi di infezione virale

Infezioni acute

• Le infezioni acute sono caratterizzate da grave sintomatologia dopo poco tempo dall'infezione.
• Esito:
  • Guarigione, con conseguente immunità duratura;
  • Morte.

Immunità duratura, che può essere:

• Umorale, quindi mediata da anticorpi;
• Cellulo-mediata.

Per quanto riguarda il Coronavirus, quello che ancora non sappiamo riguarda l’immunità duratura. Ad oggi sembra che ci sia un’immunità di 9-10 mesi. La sintomatologia dipende dal tipo di virus e quindi dai danni che è in grado di causare. I danni che i virus possono determinare a livello cellulare sono:

• Alterazioni delle membrane cellulari: alterazioni della permeabilità delle strutture endocellulari, con rottura dei lisosomi, che liberano gli enzimi litici, e le cellule vanno incontro ad autolisi.
• Alterazioni del citoscheletro: incapacità di movimento delle cellule mobili, oppure perdita della forma e della struttura della cellula.
• Interferenza con la sintesi proteica dell’ospite: mancata funzione di cellule specializzate.
• Inibizione della sintesi di mRNA dell’ospite, a favore della sintesi di mRNA virali.
• Inibizione della sintesi di DNA dell’ospite: incapacità di replicarsi delle cellule. Questo dipende dai due precedenti danni cellulari, perché se non vengono prodotte le proteine, non vengono prodotti gli enzimi necessari per la sintesi del DNA, quindi viene a mancare la capacità di replicazione.
• Induzione dell’apoptosi delle cellule infette.
• Citolisi per azione mediata dalle cellule T citotossiche (CTH).

Una volta infettate le cellule, i virus possono anche indurre altri effetti:

• Proliferazione delle membrane endocellulari, causata da feedback del danno delle membrane. A seguito del danneggiamento, la cellula tende a riparare la membrana, ma si può avere un eccesso di questa riparazione e di produzione di membrane.
• Induzione di enzimi per la sintesi di DNA: trasformazione neoplastica.
• Attivazione di oncogeni: i virus che si integrano nel genoma delle cellule ospiti, a volte possono integrarsi vicino a dei geni (oncogeni) che se attivati inducono trasformazione neoplastica della cellula.

Le infezioni virali possono predisporre alcuni tessuti a infezioni secondarie, perché possono far esprimere a delle cellule delle nuove proteine di superficie che vengono riconosciute da specifiche adesine dei batteri, predisponendo così alla colonizzazione batterica. In altri casi i virus causano lesione degli epiteli, quindi consentono l’ingresso di batteri che normalmente sono tenuti a distanza dalle barriere epiteliali. Infine, possono causare danni alle cellule del sistema immunitario, provocando quindi immunosoppressione, con l’insorgere di patologie da opportunisti. Infatti, molti virus possono causare danni al sistema immunitario, soprattutto quelli che causano infezioni croniche, e tra questi possiamo trovare:

• Deplezione dei linfociti B;
• Alterazione delle funzioni dei linfociti B;
• Deplezione contemporanea dei linfociti B e T;
• Deplezione dei linfociti T.

Un esempio è l’HIV, che causa deplezione dei linfociti CD4 (linfociti T helper) e quindi carenza nella risposta immunitaria, con l’insorgere di molte patologie da opportunisti nei soggetti immunodepressi. In altri casi non si ha danneggiamento diretto del sistema immunitario, ma stimolazione di risposte eccessive del sistema immunitario, quindi un soggetto affetto da un determinato virus presenta delle lesioni immunomediate, che non sono quindi causate direttamente dall’azione del virus, ma dall’eccessiva risposta immunitaria dell’ospite.

Infezioni persistenti

Nelle infezioni persistenti, il virus permane nell’organismo ospite per un tempo molto prolungato. Gli animali infetti sono molto pericolosi fonte di contagio perché sono una fonte di contagio in quanto, non manifestando i sintomi, non vengono identificati come infetti, quindi vengono lasciati in mezzo agli animali sani ma, eliminando il virus, contagiano molti individui. Dopo un periodo di latenza, in cui il virus non causa danni all’organismo, questi possono riattivarsi causando delle forme acute. I virus che causano infezioni persistenti in alcuni casi sono in grado di provocare neoplasie, in altri casi possono determinare disordini immunologici, se infettano cellule del sistema immunitario, provocando difetti di funzionalità. Le infezioni persistenti vengono classificate in:

• Latenti: i virioni completi sono evidenti solo durante le fasi di riacutizzazione dell’infezione, perché il genoma rimane integrato in quello dell’ospite. Sono quindi causate da quei virus che riescono ad integrare il proprio genoma in quello dell’ospite e in condizioni particolari, come stress o trattamenti immunosoppressori, il virus si riattiva e produce dei virioni completi che possono essere evidenziati.
• Croniche: i virioni completi sono sempre evidenti, ma la loro eliminazione è intermittente.
• Lente: il numero di particelle virali aumenta in modo progressivo nel tempo.

Le principali cause di persistenza dei virus sono:

• Presenza di agenti non immunogeni: sono virus che non inducono una forte risposta immunitaria.
• Integrazione dell’acido nucleico nel genoma dell’ospite: i virus rimangono mascherati, nascosti nel nucleo delle cellule, non sono presenti le proteine virali, che sono quelle che inducono la risposta immunitaria.
• Moltiplicazione virale in siti protetti: sono siti in cui non arrivano le difese immunitarie, come:
  • Cellule nervose;
  • Assoni;
  • Linfociti;
  • Cellule epiteliali desquamate.

I virus hanno anche sviluppato delle strategie per eludere le attività di anticorpi e linfociti citotossici. Un esempio è il fatto di continuare a modificare le proprie proteine di superficie. Questo è quello che è avvenuto nel coronavirus con le varianti. Ci sono virus in grado di produrre varianti molto velocemente, quindi l’organismo infetto inizia a produrre anticorpi contro la prima variante, ma il virus muta all’interno dello stesso organismo e quindi gli anticorpi non sono più efficaci contro la nuova forma.

• Infezione di cellule adiacenti per fusione delle membrane: il virus passa da una cellula all’altra per fusione delle membrane cellulari, quindi non si presenta mai libero all’esterno delle cellule dove è più semplice che le difese immunitarie lo captino.
• Variazioni antigeniche frequenti: rappresentano la capacità di eludere l’attività degli anticorpi e dei linfociti T citotossici. Queste variazioni possono avvenire:
  • All’interno di un individuo: un esempio è l’HIV, che continua a modificarsi all’interno dello stesso soggetto infetto, quindi la risposta immunitaria del soggetto non riesce mai a produrre degli anticorpi efficaci.
  • Nella popolazione: un esempio è il coronavirus, che man mano che circola si sviluppano delle varianti verso cui l’immunità di gregge non è pronta e non si riesce quindi a instaurare un'adeguata immunità.

Alcune cause di persistenza sono dovute all’ospite:

• Difettosa risposta anticorpale, dovuta a infezioni congenite che causano la tolleranza immunitaria del virus. Questi virus che infettano in una fase di sviluppo particolare del feto vengono riconosciuti come self, quindi poi l’animale quando cresce non sviluppa una difesa immunitaria per quel virus.
• Difettosa attività dei linfociti citotossici (CTL).
• Capacità del virus di replicarsi all’interno dei macrofagi, che quindi proteggono e diffondono il virus.
• Alterata espressione delle molecole di istocompatibilità di classe 1 (MHC I).

Ciclo replicato dei virus

Ogni famiglia di virus ha un proprio ciclo replicativo, è difficile perciò identificare uno schema unico e generale per quanto riguarda la replicazione dei virus. I virus sono parassiti obbligati, usano enzimi e strutture degli ospiti per replicarsi. I virus sono molto diversi tra loro e quindi abbiamo diversi tipi di cicli replicativi. Possiamo distinguere 6 fasi generali del ciclo:

1. Adsorbimento: il virus si attacca alla cellula ospite.
2. Penetrazione: dopo aver agganciato la cellula vi penetra all’interno.
3. Scapsidazione: viene rotto ed eliminato il capside, liberando il genoma.
4. Replicazione: sintesi dei genomi virali e delle proteine virali strutturali e non.
5. Assemblaggio: le proteine strutturali costruiscono i nuovi capsidi, all’interno di questi nuovi capsidi prenderà posto il genoma.
6. Liberazione dei nuovi virioni all’esterno della cellula.

I virus hanno una curva di crescita differente dalla curva di crescita batterica (fase lag, fase log, plateau e fase della morte). Nella curva di crescita virale a ciclo unico possiamo osservare:

1. Periodo di latenza e periodo di eclisse: fase in cui non si osservano particelle virali infettive extracellulari, in quanto il virus è penetrato nella cellula ed inizia a replicarsi all’interno di essa e per questo motivo non è più possibile vederlo in ambiente extracellulare. La curva rimane piatta e la lunghezza della curva dipende dal virus. Prevede un iniziale periodo di eclisse e un periodo di latenza.
2. Periodo di crescita: fase in cui vediamo un elevatissimo numero di virioni, dato dalla lisi della cellula e dalla fuoriuscita dei virioni. La crescita non è esponenziale.
3. Fase di plateau: non c’è una fase di morte e non osserviamo un aumento dei virioni. Il numero tende a rimanere costante e non si modifica.

Adsorbimento

L’adsorbimento è mediato dall’interazione tra i siti di adsorbimento presenti sul virus, detti antirecettori, rappresentati da capsomeri pentavalenti o da peplomeri (emoagglutinine, proteine spike) o da depressioni del capside complementari a strutture cellulari. Gli antirecettori legano i recettori superficiali della cellula ospite, di natura proteica (integrine, recettore acetilcolina) oppure di natura glucidica (residui zuccherini, acido salico). Alcuni virus possono adsorbire più recettori, cosa che permette loro di avere un tropismo ampio (capacità di legare e infettare diversi tipi cellulari grazie all’uso di più recettori). Un virus che presenta tropismo stretto è in grado di legare solo un tipo di recettore o pochi recettori, quindi può infettare solo un tipo cellulare.

Tropismo = proprietà di infettare prevalentemente o esclusivamente un tipo cellulare.

Altri virus hanno bisogno di più di un recettore per entrare nella cellula ospite:

• Recettori primari: consente un primo adsorbimento, è reversibile.
• Recettori secondari o co-recettori: il legame diventa irreversibile, può penetrare definitivamente nella cellula.
• Recettori di adesione: permettono l’adesione del virus in maniera reversibile agli organi o alle cellule bersaglio. Non sono strettamente necessari per l’entrata del virus e da soli non permettono inevitabilmente l’entrata del virus. L’interazione con essi aumenta notevolmente la capacità infettante del virus aumentandone la concentrazione (numero di particelle virali legate alla membrana della cellula bersaglio) in prossimità del suo recettore specifico e permettendone l’effettivo ingresso del virus nella cellula. In alcuni virus è necessaria la presenza degli entry receptors, recettori che innescano l’entrata del virus attraverso endocitosi o inducendo la fusione dell’envelope con la membrana cellulare. Il legame con questi recettori è invece irreversibile. L’accesso a questi recettori non è sempre immediato, ma è spesso difficoltoso, motivo per cui il virus si lega prima ai recettori di adesione aumentando la probabilità di interazione con l’entry receptors.

  L’organismo può difendersi dal virus tramite gli anticorpi neutralizzanti (sieri iperimmuni contro il Covid), che sono efficaci ma vanno utilizzati in una finestra temporale dell’infezione molto specifica, in particolare nella fase iniziale perché impediscono l’adesione del virus alle cellule. Questi anticorpi riconoscono gli antirecettori virali, li legano e rendono impossibile il legame tra antirecettori e cellule bersaglio. Vanno utilizzati in una finestra temporale molto ristretta, prima che si manifestino i sintomi, ovvero prima che il virus penetri nella cellula (grande limite).

  Penetrazione e svestimento o scapsidazione

  Una volta che i virus hanno aderito alla cellula bersaglio devono penetrare all'interno della cellula e poi svestirsi, ossia liberare il proprio genoma. La penetrazione dei virus è un fenomeno attivo, quindi, richiede l'utilizzo di energia. Le modalità di penetrazione variano a seconda che il virus sia un virus nudo o sia un virus con envelope: nel caso di virus nudi l'ingresso avviene per endocitosi, mentre nel caso dei virus con envelope la penetrazione avviene per fusione con la membrana plasmatica.

  I virus nudi una volta che hanno legato il loro antirecettore con il recettore della cellula, si fissano ad essa e molto spesso vengono inglobati in un endosoma. In corrispondenza del recettore cellulare è presente una grande quantità di una proteina detta clatrina, quindi avvenuto il legame tra virus e recettore cellulare, la clatrina inizia a modificare la membrana cellulare determinando un’invaginazione che a mano a mano diventa più profonda e si stacca dalla membrana citoplasmatica. L’endosoma formato contiene al suo interno le particelle virali.

  Un'altra peculiare modalità di penetrazione e contemporaneo svestimento, tipico di alcuni virus nudi, consiste nella formazione di una invaginazione, e per la modificazione delle proteine del capside (VP3, VP1 e VP4) si ha la formazione di un poro: il legame con il recettore cellulare determina una modifica strutturale delle proteine del capside che modificano la loro forma generando un poro nella membrana cellulare, attraverso questo poro viene iniettato il genoma virale nel citoplasma della cellula ospite. Questa modalità può avvenire sia quando il virus rimane sulla superficie della cellula (quindi si forma un’invaginazione e si ha la liberazione attraverso il poro dell'acido nucleico) sia dopo la generazione dell’endosoma (quindi il virus viene inglobato in un endosoma e al suo interno si ha una modificazione delle proteine del capside che generano un poro nella membrana dell’endosoma che libera il genoma virale nella cellula).