Riassunto insegnamento Virologia

Introduzione alla virologia

Un virus è un parassita della cellula endocellulare obbligati, obbligati perchè al di

fuori della cellula non possono sopravvivere. La caratteristica principale dei virus è

quella di avere una struttura molto semplice, generalmente sono costituiti da acidi

nucleici e proteine, sono molto piccoli, e la loro struttura se paragonata a quella di

una cellula procariotica, eucariotica o a un protozoo, è estremamente semplice.

Un virus infatti è definico come un agente infettivo, composti di acido nucleio (che

può essere o una molecola di DNA o RNA) rivestiti da un guscio proteico. Sono

parassiti endocellulari obbligati della cellula, perchè devono sfruttare l’apparato

biosintetico della cellula per potersi replicare, quindi al di fuori della cellula il virus

non può replicarsi, e per produrre una progenie virale deve infettare una cellula

ospite specifica.

I virus in natura sono numerosissimi, esistono virus in grado di infettare i batteri, le

piante e animali.

I virus sono generalmente molto piccoli, e le loro dimensioni sono inferiori

generalmente a quelli dei batteri e a quelli di cellule eucariotiche sia animali che

vegetali. Le loro dimensioni si collocano nell’ordine dei nanometri. Nei ribovirus

(virus con genoma a RNA) le dimensioni sono comprese tra i 28-30 nanometri e 300

nanometri (i più grandi che infettano l’uomo sono i Poxvirus e i picornavirus,

importanti perchè generano il raffreddore nell’uomo, mentre i paramixovirus

contengono il virus del morbillo, virus sinciziale molto importante perchè causa

manifestazione nelle vie respiratorie chiamata bronchiolite); mentre i

deossiribovirus (virus a DNA) hanno una dimensione tra i 18-26 nanometri e 200-250

nanometri.

I virus più grandi sono i Poxvirus, virus a DNA molto importanti in quanto

contengono il virus del vaiolo, e sono i virus umani più grandi.

Naturalmente i virus e i batteri non sono differenziabili solo in base alle dimensioni e

al parassitismo endocellulare obbligato, quindi non è giusto dire il virus è più piccolo

del batterio, ma ciò accade solo generalemente (i micoplasmi sono batteri molto

piccoli la cui grandezza è simine a quella dei Poxvirus), inoltre alcuni batteri sono

anche parassiti endocellulari obbligati quindi si distinguono per il fatto che mentre

i virus sono parassiti endocellulari obbligati, la maggior parte dei batteri non lo sono

anche se vi sono alcune eccezioni (clamidie).

I virus sono innanzitutto degli agenti filtrabili, cioè se prendiamo dei filtri i virus

passano, mentre la maggior parte dei batteri rimangono trattenuti dai filtri, questo

perchè i virus sono generalmente più piccoli dei batteri. I virus sono dei parassiti

intracellulari obblicati, non producono energia e nè sintetizzano le loro proteine al di

fuori della cellula ospite, il genoma può essere costituito da DNA o RNA, non

possono contenere contemporaneamente tutte e due.

Da un punto di vista strutturale i virus proteggono il loro genoma con una struttura

proteica chiamata capside. Questo è un’involucro proteico che protegge il genoma

del viris. Alcuni virus oltre ad un capside proteico hanno anche una membrana, un

rivestimento ulteriore che viene chiamato pericapside. Questo permette di

distinguere i virus in virus “nudi” (sono costituiti da acido nucleico e proteine) e virus

“rivestiti” (che sono costituiti da acido nucleico, proteine e una membrana). Un’altra

caratteritica dei virus è quella che, a differenza dei batteri e delle nostre cellule, non

si replica per divisione ma per assemblaggio delle componenti virali.

Le componenti basi di un virione sono: acido nucleico, proteine strutturali (che

andranno a costituire il capside), più una membrana nel caso del virus “rivestito” (in

questo caso l’acido nucleico + le proneine costituisce il nucleocapside mentre la

membrana può essere costituita anche da lipidi e glicoproteine).

Il fatto di distinguere tra virus “nudo” o “rivestito” determina caratteristiche

differenti:

1) Il virus nudo è più resistente, infatti è un virus stabile a diversi condizioni

ambientali, tra cui la temperatura, presenza di detergenti, proteasi, di un

ambiente acido, essiccamento, e tutto questo è legato alla modalità di

trasmissione del virus: è chiaro che un virus più resistente potrà essere

trasmesso per via oro-fecale e quindi andare nell’apparato digerente dove ci

sono una serie di acidi che generalmente distruggono i virus rivestiti. Questa

distinzioni tra virus nudo e rivestito, avrà delle consequenze e implicazioni

nella patogenesi del virus

2) I virus rivestiti sono labili ad un ambiente acido, a detergenti, ad

essiccamento, a calore. Tutto questo comporta a per esempio i virus rivestiti

si diffondono generalmente per via respiratoria, per trasfusione di sangue, per

trapianto d’organo.

Caratteristiche del genoma virale

Generalmente il genoma di un virus umano è compreso da 3.2 kb a 250-280 kb.

I virus che hanno un genoma più grande sono i virus a DNA, e in particolare sono i

poxvirus e gli herpes virus.

Possiamo ritrovare un genoma a DNA o a RNA, ci sono però delle differenze. Tra i

genomi a DNA ci sono virus che hanno una molecola a DNA a doppia elica, altri virus

hanno un genoma a DNA a singola elica. Tra i virus a genoma a RNA ci sono due

grandi distinsioni: virus a polarità positiva o negativa. Polarità positiva significa che il

genoma del virus, una volta che il virus è entrato nella cellula suscettibile, viene

subito tradotto dai ribosomi della cellula ospite nelle proteine del virus, è come se

funzionasse come un nostro “RNA messaggero”. Un virus con genoma a RNA con

polarità negativa significa che una volta che il virus entra nella cellula ospite il suo

genoma non viene tradotto direttamente, ma dovrà essere copiato da un enzima

virale (chiamato RNA polimerasiRNAdipendente) per trasformarlo in una molecola di

RNA a polarità positiva che potrà essere poi tradotta. Questa distinsione è molto

importante perchè i virus a RNA con polarità negativa per potersi replicare,

dovranno trasportare all’interno del virione la RNA polimerasi RNA dipendente

(enzima che l’ospite non possiede). Questi virus a RNA saranno virus a singola elica o

a doppia elica.

Da questa divisione di virus ci sono altre conseguenze importanti: un enzima che

copia il DNA solitamente è un enzima “fedele”, cioè se sbaglia torna indietro e

corregge, mentre i virus a RNA utilizzano questo enzima RNA polimerasi che non è in

grado di correggere gli errori, quindi i virus a RNA sono caratterizzate nel mutare

molto più spesso (tra i virus a RNA ricordiamo virus dell’epatite c e dell’HIV).

Ritornando ai virus a DNA abbiamo visto che la distinsione è a singola elica o a

doppia elica. All’interno dei virus a DNA a doppia elica il genoma può presentarsi in

maniera diversa (può essere lineare, circolare, formare un circolo incompleto come

il virus dell’epaite b).

I virus a RNA possono essere a singola o a doppia elica, positivi o negativi. Il genoma

si una singola elica può essere intero o segmentato (il virus ha tanti pezzetti di

molecole di Rna all’interno del virione virus dell’influenza,il fatto di avere un

genoma segmentato aumenta notevolmente la variabilità del virus). Il genoma a

doppia elica sono solitamente di tipo segmentato: hanno più molecole di RNA a

doppia elica.

L’utilità di avere insieme all’acido nucleico delle proteine consiste nel proteggere il

genoma da un punto di vista di stabilità il DNA è più stabile rispetto all’RNA, che si

degrada facilmente, quindi il fatto di avere delle proteine serve al virus per

proteggersi e facilitare la sua diffusione.

Altra caratteristica importante nel possedere il rivestimento proteico è che consente

al virus di riconoscere la cellula ospite: sul capside ci sono delle proteine chiamate

antirecettore che si legheranno a specifici recettori espressi sulla cellula suscettibile

(ogni virus infetta determinate tipi di cellule, e dal tipo di cellula infetta si determina

una particolare patogenesi: il virus dell’epatite infetta il fegato e quindi infettano gli

epatociti).

Una caratteristica dei virus è nella riproduzione: non si dividono ma si assemblano

da proteine che verrano sintetizzati. Hanno una ristretta capacità codificante, quindi

è chiaro che in un’econimia genetica il virus deve adottare delle strategie per

formare delle strutture che rivestono in maniera adeguata il proprio genoma e lo fa

utilizzando delle regole di simmetria: i virus si autoassemblano formando delle

strutture geometriche estremamente regolari (simmetria elicoidale o simmetria

icosaedrica), quando si vanno a classificare i virus oltre a distinguerli tra virus con

genoma a DNA o a RNA, positivi o negativi, nudi o rivestiti, verranno distini anche

per il fatto di possedere o una simmetria icosaedrica o elicoidale. La simmetria

icosaedrica è molto più complessa rispetto a ua simmetria elicoidale in quanto

possono assumere forme poliedriche o forme sferiche.

Tutti i virus a DNA, ad eccezzione dei poxvirus (virus del vaiolo), hanno una

simmetria icosaedrica. Questa simmetria è presente anche nei virus più piccoli che

infettano l’uomo.

I capsidi icosaedrici possono avere o una forma poliedrica o forme sferiche; la

caratteristica essenziale è che le singole unità proteiche, quindi le singole proteine,

possono essere diverse ma si assemblano tra di loro a formare delle strutture

ripetute che vengono chiamate CAPSOMERO (quando il virus si replica forma una

serie di proteine, generalmente il tipo di proteine ha un numero molto piccolo per

un discorso di economia genetica, quindi il virus deve incastrare queste strutture

che da un punto di vista tridimensionale sono regolari, questo autoassemblamento

segue sia regole di termodinamica, favorito termodinamicamente, nel caso della

simmetria icodaedrica di formano questi capsomero, insieme di proteine virali

differenti che possono formare o esoni o pentoni che sono messi ai vertici del

poliedro questi icosaedri hanno una forma molto compatta che rende il capside

funzionale al suo scopo).

La struttura elicoidale sono strutturo tubulo-filamentose nelle quali le proteine si

avvolgono attorno all’acido nucleico formano una sorta di elica, la lunghezzza

dell’elica dipende dalla lunghezza del genoma. Da un punto di vista geometrico è più

semplice rispetto alla struttura icosaedrica, ed è costiruita da PROTOMERI, non

capsomeri, i protomeri sono proteine virali autoassemblanti tutte uguali.

Classificazione dei virus

I virus vengono classificati in famiglie (con la parte finale ...VIRIDAE, per esempio

HERPESVIRIDAE, ADENOVIRIDAE, ecc), poi abbiamo la sottofamiglia (con la parte

finale ...VIRINAE, per esempio sottofamiglia deglio herpesviridae è beta-gamma-alfa

herpesvirinae) e poi abbiamo il genere, per esempio negli herpesviridae uno dei

virus presenti è il cytomegalovirus.

Alcuni esempi di malattie causate dai virus a DNA: i virus della famiglia poxviridae

sono associati al vaiolo, la famiglia degli herpesviriade troviamo il virus della

varicella e la sua recidiva che si chiama “fuoco di sant’antonio”, l’herpes labiale e

genitale e mononucleosi (malattia del “bacio”), poi abbiamo la famiglia delle

adenoviridae che possono causare infezioni respiratorie o miningiti virali, nella

famiglia dei papillomaviridae troviamo agenti eziologici per le verruche, e cancro alla

cervice. I virus a RNA sono numerosissimi ma possiamo ricordare la famiglia

Rhabdoviridae che contengono i virus per la rabbia, i Coronaviridae col virus della

SARS, poi abbiamo il morbillo, la parotite e il virus dell’HIV, che si sta trasformando

in una vera e propria epidemia mondiale.

Ciclo replicativo dei virus

Il ciclo può essere suddiviso in sei fasi principali:

1) Assorbimento

2) Penetrazione

3) Scapsidazione

4) Replicazione

5) Maturazione

6) Liberazione

La curva di replicazione di un virus su una cellula ospite: sulle asse delle ordinate c’è

il titolo virale (cioè quanto virus sta sulla cellula), sull’asse delle ascisse cè il tempo

(quanto tempo trascorre dopo l’infezione virale) la curva inizialmente va in basso,

cioè appena infettata la cellula non si è in grado di misurare la presenza del virus

(fase di eclissi: fase in cui il virus non è presente perchè il virus sta replicando il

genoma e quindi non si è ancora formato interamente, quindi si ha una fase senza

virus, e la durata è variabile), successivamente si ha una fase esponenziale di

produzione del virus: il virus si è formato e inizia a replicarsi in maniera esponenziale

e sta “mangiando” tutte le cellule quindi il virus si è replicato ed è attivo, dopo

questa fase esponenziale abbiamo una fase di plateau, quando le cellule sono state

tutte uccise dal virus, il virus non potrà + replicarsi (questa curva è ottenuta in vitro,

cioè si parte da un numero limitato di cellule, viene inoculato il virus che

inizialmente non si vede, dopo di che si replica e uccide tutte le cellule curva

completamente differente rispetto ai batteri).

1) Assorbimento: processo che permette al virus di legarsi, riconoscere la

cellula. È mediato da un’interazione tra l’antirecettore del virus (proteina

presente o sul capside dei virus nudi o sul pericapside per i virus rivestiti) che

riconoscerà in maniera specifica un recettore presente sulla membrana

plasmatica delle nostre cellule questa interazione è molto specifica. Da

questa fase di assorbimento si collega anche un discorso di patogenesi virale

perchè ogni virus è in grado di infettare un determinato e tipo di cellule

perchè questi cellule hanno recettori specifici che vengono riconosciuti dagli

antirecettori dei virus. Questa prima fase ha una partecipazione passiva della

cellula. Questi recettori cellulari hanno in realtà altre funzioni fisiologiche

nell’organismo, e i virus siccome sono coevoluti insieme a noi hanno imparato

a utilizzare alcuni di questi recettori per invadere le nostre cellule; se il virus

non sarebbe stato in grado di utilizzare i nostri recettori cellulari noi non

avremo mai un’infezinoe causata da un virus, perchè il virus è un parassita

endocellulare obbligato quindi deve entrare all’interno della cellula, non può

rimanere a lungo tempo in ambiente extracellulare. Il virus della rabbia

utilizza il recettore per l’acetilcolina, cioè questo virus è in grado di utilizzare

questo recettore per infettare le cellule, i adenovirus (virus del raffreddore)

sono in grado di utilizzare le molecole ICAM (funzione di adesione cellulare,

favoriscono il reclutamento dei leucociti nel tratto all’interno dell’individuo),

gli adenovirus possono utilizzare delle integrine (proteine coinvolte nelle

difese immunitarie), il virus dell’HIV utilizza le molecole CD4 espresse dai

linfociti T.

2) Penetrazione: questo processo, a differenza al processo di assorbimento, è un

processo attivo della cellula, cioè c’è una partecipazione cellulare, può