1. Generalità sui Virus

I VIRUS

I virus sono gli “organismi viventi” più abbondanti nel pianeta, definiti piuttosto “strutture

biologiche”; alcuni manuali distinguono tra microorganismi e virus. Essendo così abbondanti hanno

ruoli diversi in natura: tutti i batteriofagi ed i virus marini hanno lo scopo di mantenerne

l’ecosistema distruggendo il 20% della massa algale ogni giorno e permettendo la formazione di

ossigeno nel mare. Sono importanti trasduttori di informazioni genetiche, ed infatti il 10-15% del

genoma umano è costituito da retrovirus endogeni integrati. Nella maggior parte dei casi queste

sequenze virali sono incomplete, ma talvolta sono complete e, in particolari condizioni, possono

riattivarsi dando origine a delle particelle virali infettanti; ci sono infatti degli studi che sostengono

che alcuni di questi retrovirus sono responsabili di alcune patologie quali ad esempio la sclerosi

multipla, in condizioni particolari. Questo materiale genetico si comporta anche come trasposone,

trasferendo materiale genetico da una parte all’altra del genoma.

Perché i virus sono tanto importanti? Possono causare anche dei danni economici, infatti infettano

bestiame e vegetazione, ma anche gli insetti che possono trasmettere infezioni all’uomo; il fatto

che i virus infettino gli animali è importante anche per la loro capacità di compiere il “salto di

specie” (SPILLOVER): HIV, SarS, MerS, influenze gravi, EBOLA. Lo spillover è il passaggio di un

virus da un animale ad un altro e può avere conseguenze diverse più o meno gravi.

I virus sono stati un importante strumento per comprendere anche la biologia cellulare: i genomi

virali sono stati i primi ad essere mappati e sequenziati, l’uso di virus è importante per scoprire il

ruolo di alcuni geni, i primi vettori per ottenere produzione di proteine sono stati appunto i virus etc.

Si possono poi utilizzare a fini terapeutici: vettori virali, virus oncolitici, vaccini.

I virus sono definiti come PARASSITI INTRACELLULARI OBBLIGATI, SUBMICROSCOPICI E

SUBCELLULARI.

Sono parassiti perché devono sfruttare altri organismi per la propria replicazione, e solitamente

questi organismi sono rappresentati da cellule, nelle quali devono obbligatoriamente entrare per

sfruttarle completamente, infatti al di fuori di esse sono metabolicamente inattivi e non sono in

grado di replicare perché privi di qualsiasi struttura utile a fare ciò, e talvolta possono addirittura

cristallizzare nell’ambiente esterno. Nell’infettare le cellule sono estremamente efficaci, e perciò

vengono spesso sfruttati come vettori per il trasferimento genico; hanno dimensioni talmente

piccole che per studiarli bisogna ricorrere al microscopio elettronico (submicroscopici), e sono

definiti subcellulari perché i virus non sono cellule, ma hanno una organizzazione inferiore e più

primitiva a quella di una cellula.

Cosa rende i virus tanto diversi da qualsiasi altro organismo vivente?

A differenza di qualsiasi cellula, hanno sempre e solo un acido nucleico (DNA o RNA), non si

replicano per scissione binaria, bensì vengono sintetizzati i vari componenti all’interno della cellula,

che si organizzano poi in strutture più complesse fino a formare la particella virale completa;

quando escono dalle cellule, i VIRIONI (particella virale completa all’esterno della cellula, o

all’interno di essa pronta per uscire) non vanno incontro a modificazioni, a differenza di tutti gli altri

microrganismi, a meno che non subiscano il processo degradativo che porta alla perdita di

infettività (ambiente esterno, nel caso dei virus, è qualsiasi ambiente all’esterno della cellula che,

per il virus, è estremamente ostile). I virus sono privi di qualsiasi organulo, ed è questo che li rende

dei parassiti obbligati; dentro le cellule, infine, i virus modificano la loro fisionomia, infatti perdono i

rivestimenti lasciando soltanto l’acido nucleico e qualche enzima virale (fase di eclissi -poche ore o

diversi giorni-: processo in cui del virus rimane praticamente nulla, tale per cui non lo si vede

nemmeno al microscopio elettronico).

I virus sono o no degli organismi viventi? Non respirano, non si nutrono, non si riproducono, sono

privi di strutture per il movimento, non crescono e non hanno fenomeni di escrezione; se si

considerano solo queste caratteristiche, i virus dovrebbero essere considerati Non viventi, tuttavia,

considerando la “vita” da un punto di vista più ampio, possiamo considerarli come organismi viventi

in quanto dotati di una serie di informazioni genetiche in grado di essere trasmesse alla progenie,

solo in una determinata fase del loro ciclo vitale che si compie all’interno delle cellule.

Oltre ai virus esistono delle PARTICELLE SUBVIRALI:

- VIRUS SATELLITI: virus privi di determinate informazioni genetiche e che non sono in

grado di replicarsi autonomamente una volta entrati nella cellula bersaglio, ma necessitano

di un altro virus definito perciò virus helper, che fornisce al satellite le funzioni ad esso

mancanti; è un meccanismo comune nelle piante e negli insetti ma più rari nell’uomo,

sebbene esista il virus dell’epatite D (HDV), o delta, il quale è un virus defettivo non in

grado di replicarsi nell’epatocita, a meno che non sia contemporaneamente infettato da

HBV (virus dell’epatite B). Molti retrovirus oncogeni animali, inoltre, sono defettivi.

- VIROIDI: organismi molto particolari che infettano solo le piante; sono dei frammenti di

RNA molto piccoli (poche centinaia di nucleotidi), dotati di numerosi appaiamenti e con

anche attività di ribozima, che causano malattie non per la loro replicazione ma per il fatto

che interferiscono con gli RNA cellulari, e si comportano proprio come RNA interferenti,

modificando l’espressione genica cellulare.

- VIRUSOIDI: viroidi che necessitano a loro volta di un virus ad RNA helper per la loro

replicazione.

- PRIONI: sono degli agenti infettivi (non microrganismi) in grado di “auto replicarsi” senza il

controllo di un acido nucleico e costituiti solo da proteine che si modificano per missfolding

(perdita della caratteristica organizzazione spaziale) e divenendo resistenti a diverse

proteasi ed al calore; sono responsabili di una serie di malattie molto gravi ed

inesorabilmente fatali in tempi abbastanza rapidi: ENCEFALOPATIE SPONGIFORMI

TRASMISSIBILI (TSE), che prevedono la formazione nella massa cerebrale di buchi tali

per cui l’encefalo abbia un aspetto spugnoso. Sono malattie rare definite trasmissibili, per

distinguerle da quelle non trasmissibili come l’Alzheimer, che colpiscono sia l’uomo che gli

animali. Nelle cellule cerebrali, le proteine prioniche che vanno incontro a missfolding

precipitano e si aggregano formando fibrille o placche di amiloide, che attivano poi un

processo infiammatorio e degradativo della materia cerebrale. TSE negli animali: Scrapie,

Encefalopatia degli ungulati esotici, Encefalopatia spongiforme bovina -morbo della mucca

pazza- (BSE), Encefalopatia trasmissibile del visone, Encefalopatia spongiforme dei felini,

Cachessia cronica dell’alce e del cervo. TSE dell’uomo: Creutzfeldt-Jakob disease (CJD),

Kuru (in Nuova Guinea), Gerstmann-Straussler-Scheinker (GSS), Insonnia familiare fatale.

I prioni si caratterizzano per il fatto di essere resistenti alle radiazioni, ed il fatto che non

abbiano acidi nucleici li rende resistenti alle nucleasi, inoltre resistono a qualsiasi agente

disinfettante ed inattivante, ma sono molto sensibili agli agenti chimici che degradano le

proteine (fenoli, sodio dodecil-fosfato). La prima malattia prionica studiata è la SCRAPIE,

malattia prionica di pecore e capre, che è stato dimostrato essere trasmissibile. Si è visto

che nel cervello di questi animali c’erano aggregati di fibrille costituite da una proteina di 27

kD resistente alla digestione con proteinasi K, che aveva una certa capacità replicativa

perché animali in stadi diversi della malattia mostravano una quantità diversa di proteina. In

altri animali era stata identificata una proteina analoga a quella della Scrapie ed inoltre tale

proteina era codificata da un gene molto diffuso nel SNC sia degli individui malati di CJD

che negli animali malati con Scrapie.

Per distinguere le due forme si utilizza la nomenclatura PRPc per quella fisiologica e PRPp

per quella prionica e causale di malattie. La PRPc è espressa sulla superficie delle cellule

nervose e, per il 43% è costituita da α eliche; la proteina prionica alterata, per motivi ignoti,

risulta invece costituita da molto meno α eliche, con un oltre 40% di foglietti β,

determinando una perdita di funzionalità della proteina e assunzione della proprietà di

precipitare.

Perché si ha questo missfolding ed aumento di concentrazione di proteina prionica durante

la malattia? È stata proposta un’ipotesi basata sul fatto che la proteina nativa è priva di

conformazione spaziale; in condizioni normali, la proteina prionica matura funge da stampo

per far assumere a quella nativa la sua conformazione matura. All’interno dell’organismo si

può però trovare una proteina prionica alterata, quindi le proteine native, utilizzando quella

alterata come stampo, assumono anch’esse una conformazione alterata, accumulandosi e

precipitando.

Quali eventi possono portare a ciò? Un primo evento è che ci possa essere l’infezione da

parte di proteine prioniche esogene (proteina della mucca pazza introdotta con

l’alimentazione) di origine alimentare o iatrogena (elettrodi o strumenti chirurgici infetti); la

proteina poteva inoltre essere trasmessa mediante trapianti di cornea. Una delle modalità

con cui si sono avute più malattie di questo tipo è stata quella tale per cui si erano assunti

degli ormoni della crescita prelevati da individui affetti da malattia prionica. Altra modalità

per cui si può avere la formazione di proteina prionca è la mutazione del gene codificante

per la proteina prionica nei siti che regolano le regioni in cui si dovrà avere il ripiegamento

delle proteine appunto.

I virus, essendo strutture submicroscopiche, hanno dimensioni

valutabili nell’ordine dei nanometri; considerando i virus umani,

quelli più piccoli (Parvovirus) hanno 20 nm di diametro, mentre quelli più

grandi arrivano fino ai 300 nm di diametro (Poxvirus). Esiste una correlaizone

tra dimensioni della particella virale ed altre caratterisiche: i Poxvirus, tra

cui si annovera il virus del vaiolo, non solo sono molto grandi, ma codificano

per un numero elevato di caratteri ed hanno una maggiore

indipendenza dalla cellula rispetto ad altri. I virus possono infettare

qualsiasi organismo vivente, dai procarioti agli eucarioti, e nessun virus è in

grado di infettare qualsiasi tipo di organismo