Appunti di virologia

Libro antonelli et al: principi di virologia medica- casa editrice ambrosiana

INTRODUZIONE

Virus: agenti infettivi di piccolissime dimensioni e semplice composizione che si possono

moltiplicare solo in cellule viventi di animali, piante e batteri

la propria replicazione si basano, a diversi gradi, sui processi metabolici della cellula ospite.

→Per

Non sono gli unici parassiti intracellulari

Devono essere considerati a parte fra le creature viventi

▪ Si riproducono solo all’interno della cellula vivente e quindi la sfruttano per la propria

▪ replicazione

Sono privi di molte caratteristiche della cellula, es capacita’ di replicarsi autonomamente

▪ Infettano tutte le cellule microbiche→Infettano anche gli altri virus (virofagi)

▪ Le interazioni tra ospite e virus sono molto specifiche e lo spettro biologico del virus

▪ rispecchia le diverse potenzialità della cellula ospite

Possiedono numerose strategie per assicurarsi la sopravvivenza e la replicazione

▪ Nell’ambiente esterno i virus sopravvivono ma non si replicano

▪

Caratteristiche che i virus condividono con altri essere viventi:

1) Si riproducono anche se in maniera peculiare

2) Possono mutare

Caratteristiche che li distingue:

1) Non hanno organizzazione cellulare

2) Non hanno attività metabolica propria

3) Hanno un genoma o a DNA o a RNA.

I virus per esistere in natura:

Devono essere infettanti

▪ Devono utilizzare meccanismi della cellula ospite per produrre i propri componenti

▪ Devono codificare proprie proteine specifiche

▪ La produzione di nuovi virioni avviene per assemblaggio elle componenti virali

▪ Sono inerti all’ambiente extracellulare

▪

virus sono, quindi:

→I una combinazione organizzata di macromolecole

▪ organizzazioni biologiche

▪ sono entità con struttura subcellulare

▪ semplice dal punto di vista strutturale complesso dal punto di vista biologico

funzionale

Sono dunque parassiti intracellulari obbligati che hanno bisogno di una cellula vivente per

replicarsi e dal punto di vista strutturale sono semplicissimi.

STORIA descrizione di patologia di origine virale:VAIOLO in Cina

→prima

1798: jenner iniziò ad effettuare la vaccinazione jenneriana. Jenner era partito dal considerare le

mungitrici che venivano infettato dal vaiolo bovino. Vaccinazione fatta fino alla eradicazione

completa del vaiolo

1892: dimitri Iwanowski: padre della virologia. Si accorge che gli estratti derivati dal pianta del

tabacco malate sono filtrabili.

La filtrazione serve per sterilizzare→ Si accorge che facendo passare attraverso filtri i

microrganismi sugli estratti passavano nei filtri e le malattie possono essere trasmesse.

1879: mayer riportò che la malattia poteva essere trasmessa da una pianta ad un’altra e provo’ ad

isolare l’agente

1898: identificazione del primo virus animale (malattia piedi e bocca, causato da enterovirus

soprattutto nei bambini)

1901: Walter Reed dimostra che la febbre gialla è causata da un virus trasmesso dalle zanzare.

Vengono fatti esperimenti su volontari per studiare la trasmissione del virus mediante:

Aria e indumenti

▪ Zanzare

▪ Trasfusioni e sangue

▪

1908: si prova che la poliomielite e’ causata da virus e che può infettare uomo e animali (prima

dimostrazione che uno stesso virus puo’ infettare uomo e animali)

1911: Peyton Rous dimostra che un virus può provocare un tumore→Lo dimostrò con il cancro nei

polli ( sarcomi di Rous)

1915: scoperti i batteriofagi. Sono i virus che infettano i batteri

1918-1919: nuovo ceppo di influenza (H1N1) che uccise più di 50 milioni di persone. Fu una

pandemia particolare perché morirono giovani e adulti mentre l’influenza è grave per anziani e

immunodepressi.

1940: prime microfotografie dei virus con il microscopio elettronico.

1941: alcuni virus hanno la capacità di agglutinare i globuli rossi

1949: sviluppano il primo sistema di coltivazione virale su cellule (poliovirus su cellule umane)

1952: importanza degli acidi nucleici nell’infezione virale

1963: blumberg scopre il virus dell’epatite B e in seguito sviluppera’ il primo vaccino

TAPPE PRINCIPALI

1970: identificazione dell’enzima transcrittasi inversa.

virus a RNA si possono integrare nel DNA delle cellule infettante.

→I

La possibilità è data dalla trascrittasi inversa che trascrive RNA in DNA che va ad integrarsi in

→

quello delle cellule che vengono infettate.

1977: inizio della genomica virale (con il sequenziamento del genoma del batteriofago)

1976: primo focolaio epidemico di ebola (Sudan). Si chiama Ebola per un fiume nel Congo poiché i

primi casi sono stati ritrovati lì.

molto alta nel giro di una settimana poiché invade tutti gli organi interni.

→Mortalità

1979: viene eradicato il vaiolo. Ultimo caso registrato in Somalia nel 1977

1980: gallo isola il primo retrovirus umano che causa la leucemia

1983: Montagnier isola il virus HIV

1989: viene clonato, prima di essere isolato, il virus dell’epatite C.

1994: viene individuato l’ultimo herpes virus tipo 8→cofattore necessario per lo sviluppo del

Sarcoma Kaposi

2003: isolato il coronavirus (causa malattie negli animali soprattutto nei gatti) della sindrome

respiratoria acuta grave ( SARS). Passaggio virus da animale a uomo e poi da uomo a uomo.

2009: nuova variante della pandemia dell’influenza .

STRUTTURA VIRUS MATRICE/TEGUMENTO

CAPSIDE

GENOMA

NUCLEO-CAPSIDE

PERICAPSIDE→PEPLOMERI

• Ha un genoma DNA o RNA racchiuso in un contenitore di natura proteica (capside).

• Genoma+ capside danno il nucleo-capside.

• Alcuni virus all’esterno hanno un involucro di natura lipoproteica (pericapside).

pericapside ci sono delle proiezioni chiamati peplomeri.

→Dal

In alcun virus tra capside e pericapside c’è uno strato di natura proteica (matrice o

→

tegumento) come nell’herpes virus.

STRUTTURA DEI VIRUS

VIRUS NUDI: virus privo di envelope, sono quelli che hanno solo il capside e l’acido nucleico

VIRUS CON ENVELOPE: il rivestimento proteico e’ circondato da envelope esterno costituito da un

doppio strato lipidico (proteine del capside e anche del rivestimento)

proteine virus-specifiche si proiettano dalla superficie dell’envelope

→le

CAPSIDE: struttura proteica che circonda il genoma ed e’ formato da subunità proteiche ripetute

(capsomeri).

Capside virale e’ composto da un notevole numero di catene polipeptidiche disposte in

✓ modo simmetrico

Capside formato dalla ripetizione di poche specie differenti di polipeptidi

✓

L’assemblaggio è mediato da interazioni idrofobiche ed interazioni elettrostatiche.

Tutta la parte proteica è codificata dai virus.

Le interazioni sono:

- proteina-proteina

-proteina-acido nuclelico

-proteina-lipide.

Le forme del virus sono riconducili a due forme:

SIMMETRIA ELICOIDALE:

si ha simmetria rotazionale per disporre le proteine con struttura irregolare intorno ad un

▪ cerchio a formare un disco

simmetria elicoidale e non una serie di dischi impilata uno sull’altro

▪ Disposizione delle unita’ polipeptidiche intorno ad un’asse ideale

▪ I protomeri sono disposti in modo da formare un’elica in cui il genoma costituito da RNA e’

▪ disposto all’interno di solchi formati dalle proteine stesse

la regione centrale è cava

▪

L’elica e’ definita da due parametri:

-ampiezza: diametro

-passo: distanza coperta da un intero giro dell’elica

passo è dato dal prodotto tra il numero di subunità per ogni giro di elica e l’incremento

→Il

dell’asse per subunità.

l’elica ci sono particelle flessibili e molto lunghe. Quando sono lunghe si ripiegano su se

→Con

stesse e proteggono ancor di più l’acido nucleico.

CAPSIDE ISOMETRICI CON STRUTTURA E SIMMETRIA DI UN ICOSAEDRO

-l’icosaedro: è un solido regolare costituito da 20 facce triangolare, 30 spigoli e 12 vertici.

-I capsomeri: sono formati da monomeri proteici o uguali o diversi.

sono formati da una o più catene polipetidiche uguali o diversi e sono di due tipi:

• Pentoni ( 5 monomeri proteici) a sezione pentagonale, interagiscono con 5 capsomeri

occupano i 12 vertici dell’icosaedro (numero fisso)

• esoni (6 monomeri proteici) costituiscono facce e spigoli e sono in numero molto vario, in

relazione alle loro dimensioni e a quelle del virione.

si devono avere 60 unità per formare le facce del capside.

→Minimo

E’una struttura complicata perché l’acido nucleico non deve vere contatti con esterno.

Importanti sono gli assi di simmetria rotazionale

• assi di simmetria rotazionale binaria (passa al centro di ogni spigolo),

• assi di simmetria rotazionale ternaria ( passa per il centro di ogni faccia),

• assi di simmetria rotazionale pentamerica (passa al centro di ogni vertice).

Il capside più piccolo è costituito da 3 subunita identiche che vanno a formare ciascuna faccia

triangolare (60 subunita’ identiche per un capside completo)

Struttura particolare è quella degli ADENOVIRUS: sono virus nudi, sprovvisti di involucro

il DNA.

→hanno

12 pentoni si prolungano in strutture fibrose. Sono presenti 240 esoni.

→I

VIRUS CON CAPSIDI A SIMMETRIA COMPLESSA

Hanno una struttura complessa non assimilabile ne a quella elicoidale ne a quella icosaedrica

Sono i POXVIRUS e i GRANDI BATTERIOFAGI

POXVIRUS→ di forma ovoidale o a mattone, sono i virus animali piu’ grandi e possono essere

osservati anche al microscopio ottico

i virus animali più grandi.

→Sono

il genoma (DNA a doppio filamento) e’ associato a proteine e racchiuso in un nucleotide, a

➢ forma di disco biconcavo, delimitato da una membrana

Due corpi laterali, di forma ellittica, sono disposti tra il nucleotide e l’involucro esterno

➢ L’involucro e’ di natura membranaria, rivestito da tubuli e fibre

➢

VIRUS EBOLA: ha una struttura particolare che si può raggomitolare formando un 6.

VIRUS CON ENVELOPE

• hanno un involucro lipoproteico che il virus può acquisire.

• Il genoma virale codifica per glicoproteine che si inseriscono nella membrana cellulare

dell’ospite il virus, quando lascia la cellula, porta con se sia una parte del doppio strato

→

lipidico che le spicole glicoproteiche inserite nella membrana cellulare

FUNZIONI DEI RIVESTIMENTI ESTERNI

Protezione del genoma quando virus si trova in ambiente extracellulare

▪ Riconoscimento del recettore cellulare presente nella cellula da infettare mentre quelli del

▪ capside o pericapside sono gli antirecettori

Consentire la penetrazione del genoma virale nella cellula e iniziare il processo infettivo

▪

COMPONENTE LIPIDICA

La componente lipidica è esclusiva dei virus con envelope (involucro lipoproteico)

✓ E’ simile alla componente lipidica delle membrane cellulari

✓ La presenza della componente lipidica fa si che siano sensibili ai solventi dei lipidi.

✓ essere presente una piccola quantità di carboidrati:

→Può

-Presenti nei virus provvisti di involucro

-In piccole quantita’

-Legati alle proteine del peplos

Acido nucleico: all’interno del capside e’legato a un numero variabile di proteine

Virus a simmetria elicoidale:

• Presenza di pericapside (nucleocapside raggomitolato)

• Maggior parte ha RNA a singolo filamento (ha bisogno di maggior protezione)

• Lunghezza del virus dipende dal genoma, virus di dimensioni differenti

Virus a simmetria icosaedrica

• Alcuni provvisti di peplos

• Limiti rigidi per le dimensioni, imposti dal volume de capside

PEPLOMERI (spikes)→ sono di natura proteica e fuoriescono dall’envelope, sono di origine virale

Riconosco i recettori sulle cellule ospite, essi sono dunque gli antirecettori.

→

-La base di tutti gli involucri virali e’ una membrana lipidica acquisita dalla cellula ospite durante

l’assemblaggio

-Proteine virali vengono inserite nella membrana lipidica

-la grande maggioranza di queste sono glicoproteine (OLIGOMERI)

Esempi di virus appartenenti ai principali gruppi morfologici:

A) Senza envelope, elicoidale (virus del mosaico del tabacco)

B) Senza envelope, icosaedrico (adenovirus)

C) Con envelopre,elicoidale (paramyxovirus)

D) Con envelope,icosaedrico (herpesvirus)

GENOMA:

Contiene l’informazione genetica che deve essere codificata e riconosciuta dalle cellule ospite

(virus indipendente dalla cellula che viene parassitata)→ Se non viene riconosciuto non si ha una

progenie.

I genomi si dividono in grandi e piccoli:

Genoma grande:

Virus piuttosto autonomi

➢ Si affidano poco alla produzione di enzimi specifici da parte della cellula

➢ Virus a RNA non usano il macchinario replicativo cellulare per la sintesi del DNA

➢ il genoma più grande può produrre diverse proteine sia per i virus con struttura complessa

➢ (adenovirus e picornavirus)

(virus più grandi conosciuti fino a poco tempo fa)

→toxvirus

Genoma piccolo:

sfruttano il macchinario replicativo cellulare per sintetizzare DNA virale (parvovirus).

➢ Possono codificano per proteine che inducono la cellula infettata a dividersi attivamente

➢ (proteine E6, E7 del papilloma virus).

Il virus dell’epatite B ha solo 4 geni.

Conseguenza delle ridotte dimensioni

Diversi metodi per produrre proteine da una

Sequenza genomica

Rimedi adottati dai virus

Gene piu’ piccolo contenuto stessa tripletta tradotta in 2-3

Completamente in quello piu’ grande fasi di lettura

-Lo slittamento di due basi cambia la

Traduzione del frame di lettura

-lo slittamento di tre basi riporta la

Traduzione al frame originale

QUINDI CON POCO SI HA LA MASSIMA RESA

geni dell’epatite B:

→I

-S codifica per proteine di superficie

-C per proteine centrali

-P codifica per le varie proteine gene più piccolo sta in quello piu’ grande

→Il

Caratteristiche dell’acido nucleico:

DNA o RNA

o semplicemente impacchettato dentro il capside o interagisce con le proteine del capisde

o dimensioni da meno di 2000 a 200000 basi

o costituiscono da meno del 5% fino a un massimo del 50% del peso dell’intero nucleo-

o capside

i virus piu piccoli hanno meno di 5 geni

o i virus piu grandi possiedono diversi centinaia di geni

o

I virus si dividono in deossiribovirus e in ribovirus a seconda che abbiano DNA o RNA.

DNA: L’acido nucleico puo’ rappresentare fino al 15% del peso del virione

▪ Peso molecolare da 1,5-2,2 milioni di 130-240 milioni

▪ Da 5 a 370 kb

▪ Unica molecola per virione

▪ Genoma aploide a doppio filamento

▪

Eccezioni:

-parvovirus e anellovirus: hanno il DNA costituito da una sola catena nucleotidica

-hepadnavirus: ha DNA bicatenario, circolare con filamento a polarità positiva incompleto.

genoma puo’ essere:

→il • Lineare (parvovirus, adenovirus, herpesvirus, poxvirus)

• Circolare (poliomavirus,papillomavirus, hepadnavirus)

RNA: L’acido nucleico può rappresentare dall’1% (paramyxovirus) al 30% (enterovirus)

▪ Da 7 a 30 kB

▪ Peso molecolare da 2,6 milioni a 16 milioni

▪ Genoma aploide (eccezione dei retrovirus) che è costituito da 2 molecole di RNA in senso

▪ positivo: -Monocatenario o bicatenario (reovirus; hanno una catena positiva e

una negativa)

-Lineare o Circolare

-Monosegmentato o plurisegmentato (hortomixoviridae e reoviridae)

-A polarita’ positiva, negativa, ambisensi

di senso positivo viene immediatamente riconosciuto dalla cellula eucariote poiché

→RNA

ribosomi riconoscono senso positivo e non quello negativo→RNA di senso positivo è

immediatamente infettante.

virus con RNA a senso negativo devono subito sintentizzare RNA da senso negativo a rna a

→I

senso positivo

I virus sono ottimi ANTIGENI per via della grande porzione proteica presente nel capside e

peplomeri→ gli antigeni risiedono all’interno di questi

la produzione di anticorpi che possono persistere per tutta la vita, breve durata o non

→Stimolano

sempre hanno effetto come per il virus influenzale che muta→Oppure anche il virus dell’AIDS

muta tantissimo.

Capside→ determinanti antigeni diversi per tipo e numero (es. esoni e pentoni in adenovirus

diversi)

Virus con involucro→ antigeni del nucleocapside sono accessibili agli anticorpi solo dopo rottura

dell’envelope possono presentare alcuni antigeni specifici della cellula d’origine

→alcuni

ATTIVITA’ ENZIMATICHE DEI VIRUS

Mancano enzimi deputati alla produzione di energia o coinvolti nelle vie biosintetiche dei

precursori

• DNA polimerasi DNA dipendente (come herpesvirus, Poxvirus, Adenovirus)

• RNA polimerasi RNA dipendente (virus RNA per sintetizzare RNA negativo in positivo)

• Trascrittasi inversa ( DNA polimerasi RNA- dipendente, retrovirus e Hepadnavirus

• Rna polimerasi DNA dipendente

• Lisozima (in alcuni batteriofagi)

• Neuraminidasi (Orthomyxovirus e Paramyxovirus)

• Proteasi virus-specifiche (molte specie)

• Altre attivita’ enzimatiche

I virus si distruggono in modo facile:

AGENTI CHIMICI

i virus con pericapside possono essere distrutti dai solventi dei lipidi (etere,cloroformio)

▪ Formaldeide: innativa acidi nucleici e proteine, senza alterarne le proprietà antigeniche.

▪ Non è specifica

Fotoinattivazione: alcuni coloranti (rosso neutro, proflavina,blu di toluidina) entrano nel

▪ capside e si legano all’acido nucleico e in presenza di luce si ha fotoossidazione

Per i virus più resistenti si usa la clorazione (enterovirus e virus dell’epatite B)