Virologia - Microbiologia

VIROLOGIA GENERALE

Struttura e replicazione dei virus

✦ Struttura dei virus

✧

• Piccoli parassiti intracellulari obbligati, non possiedono il macchinario necessario alla produzione di energia, non sintetizzano

proteine e non possono replicare il loro genoma.

• Dimensioni di 20-100nm, i più grandi arrivano anche a 400nm (non visibili al microscopio ottico).

• Strutture fondamentali: genoma e capside (rivestimento proteico).

• Alcuni virus possiedono un envelope (struttura lipidica).

• Strati esterni: mediano interazione fra virus e cellula bersaglio.

• Simmetria del capside: icosaedrica (forma vagamente sferica) o elicoidale (forma bastoncellare).

• Classificati in base a:

- Struttura: presenza o assenza di envelope, tipo di acido nucleico.

- Strategie di replicazione: caratteristiche biochimiche e molecolari.

Þ Genoma: DNA, circolare o lineare, o RNA, singola (polarità positiva o negativa) o doppia elica, segmentato o non segmentato.

Þ Capside: struttura proteica rigida, i virus nudi sono in genere più resistenti ad essiccamento, acidi e detergenti; vengono in genere

trasmessi per via oro-fecale.

Þ Envelope: membrana glicolipidica distrutta da essiccamento, acidità e detergenti; vengono in genere trasmessi attraverso fluidi.

Spettro d’ospite

✧

Þ Spettro d’ospite: insieme delle specie animali che possono essere infettare da un virus.

• Spettro ampio o ristretto.

• Fattori che determinano lo spettro d’ospite:

- Presenza di recettori a cui il virus può legarsi.

- Presenza di strutture nella cellula necessarie al virus per la replicazione.

- Necessario che i virioni escano dalla cellula e diffondano ad altre.

- Necessario che l’ospite non metta in atto una risposta antivirale.

Replicazione virale

✧

• Dopo l’ingresso del virus nella cellula c’è la scomparsa delle particelle virali (fase di eclissi).

• Durante questa fase: espressione e replicazione del genoma e sintesi delle proteine virali.

• Fasi della replicazione:

- Adsorbimento. Legame del virus alla cellula attraverso i recettori cellulari (molecole con funzione fisiologica specifica); il

recettore cellulare definisce il tropismo tissutale del virus.

- Penetrazione. I virus con envelope penetrano per fusione con una membrana (cellulare o dell’endosoma); nell’endosoma il pH

acido attiva la proteina di fusione. I virus nudi entrano per traslocazione o per endocitosi.

- Uncoating. Il virus viene liberato del rivestimento e viene reso disponibile il genoma per la sintesi delle proteine e la replicazione.

- Replicazione del genoma. Diversi virus attuano strategie diverse, a seconda del tipo di genoma; alcuni replicano nel nucleo e

alcuni nel citoplasma. Per la replicazione devono rispettare le regole della cellula ospite oppure devono cambiarle.

- Virus a DNA. Usano una RNA polimerasi DNA-dipendente per la trascrizione degli mRNA e una DNA polimerasi

DNA-dipendente per replicare il genoma; enzimi cellulari o virali (proteine precoci). Si replicano nel nucleo.

- Virus a DNA citoplasmatici. Codificano per DNA e RNA polimerasi citoplasmatiche e necessitano di proteine

accessorie alla trascrizione e alla replicazione.

- Virus a RNA a polarità positiva. Il genoma funziona come mRNA e si lega direttamente ai ribosomi, dove viene tradotto

in proteine; RNA polimerasi RNA-dipendente necessaria per la replicazione del genoma. RNA genomico trascritto in

filamenti stampo per la sintesi di nuovi genomi.

- Virus a RNA a polarità negativa. Possiedono la RNA polimerasi RNA-dipendente, il genoma viene trascritto in

filamenti positivi (filamenti stampo o mRNA) per la sintesi di nuovi genomi e la traduzione delle proteine strutturali e

non strutturali.

- Virus a RNA doppio filamento. Meccanismo simile ai virus a RNA (-): filamento negativo trascritto in mRNA dalla

polimerasi presente nel virione-

- Retrovirus. Genoma a RNA trascritto in un filamento di cDNA, tramite una trascrittasi inversa presente nel virione, che

viene usato per la sintesi di un filamento complementare: questo DNA si integra nel genoma della cellula ospite e viene

trascritto dagli enzimi cellulari.

- Assemblaggio e maturazione. Genoma e proteine virali assemblati in nucleocapsidi per formare il virione maturo; processo di

autoassemblaggio che può avvenire nel nucleo, nel citoplasma o sulla membrana.

- Rilascio. I virioni maturi escono dalla cellula con diversi meccanismi: i virus nudi in genere per lisi, mentre i virus con envelope

per esocitosi o gemmazione. I nucleocapsidi si posizionano sul foglietto interno della membrana dove si trovano proteine virali

e acquisiscono l’envelope.

- Maturazione. In alcuni casi i virioni rilasciati non sono direttamente infettanti e subiscono un processo di maturazione al di fuori

della cellula ospite.

Þ Infezione produttiva: produzione di nuove particelle virali.

Þ Infezione abortiva: infezione di una cellula che non permette tutte le fasi della replicazione. 1

Effetti del virus sulla cellula

✧

• Possibili effetti della replicazione: inibizione della sintesi di DNA, RNA o proteine cellulari.

Þ Effetto citopatico virale:

- Cambiamenti morfologici.

- Formazione di sincizi.

- Crescita indefinita della cellula.

- Morte cellulare: distruzione da parte del sistema immunitario o per blocco del metabolismo cellulare.

- Apoptosi.

Presenza delle proteine virali sulla cellula infettata

✧

• Proteine virali di superficie:

- Permettono l’inizio del ciclo di replicazione.

- Permettono il riconoscimento da parte del sistema immunitario.

Þ Emoagglutinine: proteine virali in grado di legare le emazie, fenomeno di emoagglutinazione (reazione che avviene in laboratorio).

Þ Sincizi: cellule giganti multinucleate, derivanti dalla fusione di una cellula infetta con quelle circostanti; dovuto all’attività delle

proteine fusogene virali.

Patogenesi virale

✦ Fasi dell’infezione virale

✧

• Fasi dell’infezione virale:

- Invasione dell’ospite.

- Replicazione in cellule suscettibili a livello del sito di ingresso.

- Elusione delle risposte immunitarie locali.

- (Eventuale) diffusione dal sito di ingresso in altre aree.

- Ulteriore replicazione in organi bersaglio.

- Comparsa dei sintomi caratteristici della malattia.

- Eliminazione del virus per infettare altri ospiti.

• Progressione delle infezioni virali:

1. Ingresso del virus attraverso la mucosa.

2. Prima replicazione nel sito di ingresso (asintomatica o sintomi aspecifici).

3. Passaggio del virus ai linfonodi regionali:

- Ulteriore replicazione.

- Blocco da parte del sistema immunitario.

4. Arrivo nel sangue (viremia primaria).

5. Replicazione nelle cellule endoteliali.

6. Viremia secondaria.

7. Arrivo agli organi bersaglio (comparsa dei sintomi tipici della malattia).

Ingresso nell’ospite

✧

• Sorgente di infezione: altri uomini e raramente animali (zoonosi).

Þ Trasmissione orizzontale: da un individuo infetto a un altro.

- Diretta: contatto diretto, rapporti sessuali, trasfusioni e trapianti.

- Indiretta: veicoli (oggetti) o vettori (animali).

Þ Trasmissione verticale: dalla madre al figlio.

- Transplacentare: virus presenti nel sangue che possono attraversare la placenta, come rosolia e CMV, importanti teratogeni.

- Perinatale: virus presenti nei genitali materni, come HPV o HSV.

- Post-natale: virus presenti nel latte, come HIV.

Infezioni virali

✧

• Alcune infezioni restano localizzate alla porta d’entrata e provocano malattia locale.

• Molti virus diffondono in tutto l’organismo e provocano malattie sistemiche.

Þ Infezioni localizzate:

- Periodo di incubazione relativamente breve.

- Immunità mediata dalle IgA mucosali.

Þ Infezioni sistemiche:

- Periodo di incubazione relativamente lungo.

- Immunità mediata da anticorpi circolanti e cellule immunitarie.

Trasmissione

✧

• Trasmissione respiratoria: più comune nei climi temperati.

- Replicazione nelle prime vie aeree.

- Confinati all’apparato respiratorio: virus influenzali. 2

- Diffusione e malattia sistemica: morbillo.

• Trasmissione per ingestione:

- Replicazione nella mucosa intestinale.

- Confinati all’apparato digerente: enterovirus.

- Diffusione e malattia sistemica: poliovirus o epatite A.

• Trasmissione sessuale:

- Replicazione nella mucosa.

- Confinati al tratto uro-genitale: herpesvirus o papillomavirus.

- Diffusione e malattia sistemica: HIV o epatite B.

• Difficile trasmissione attraverso congiuntiva, cute integra (impossibile) e iatrogena (basso rischio).

Effetti dell’infezione virale

✧

• Diversi possibili effetti di un virus sulle cellule infettate.

Þ Infezione litica: in cellule permissive, moltiplicazione virale e rilascio dei virioni in seguito a lisi (morte) della cellula.

Þ Infezione persistente produttiva: moltiplicazione lenta o poco efficiente, la cellula non muore.

Þ Infezione persistente latente: genoma all’interno della cellula, senza che sia espresso.

Þ Infezione trasformante: virus causano immortalizzazione della cellula e trasformazione in cellula tumorale.

- Geni che stimolano la crescita.

- Inibizione dei meccanismi che regolano la crescita.

- Inibizione dell’apoptosi.

• Diversa progressione delle infezioni virali, in base al virus, alla cellula ospite e al sistema immunitario.

- Infezione acuta e scomparsa del virus.

- Infezione acuta, seguita da infezione latente e riattivazione periodica.

- Infezione acuta, seguita da infezione cronica.

• Meccanismi di patogenesi diretti o indiretti.

Þ Meccanismi diretti:

- Inibizione della sintesi delle proteine cellulari.

- Inibizione e degradazione del DNA cellulare.

- Formazione di corpi inclusi, con effetto tossico sulla cellula.

- Alterazioni della struttura della membrana.

Þ Meccanismi indiretti:

- Risposta del sistema immunitario agli antigeni virali e morte della cellula infetta.

- Apoptosi delle cellule infette, contribuisce alla risoluzione dell’infezione.

Difesa dalle infezioni virali

✦ Barriere naturali

✧

• Barriere fisiche e chimiche.

• Mucose, principale porta d’ingresso; meccanismi di difesa:

- Strato di muco, intrappola i virioni.

- Flora microbica: inattiva i patogeni, compete per i siti di legame, mantiene una risposta immunitaria appropriata.

- pH acido dello stomaco e della vagina.

- Bile ad azione detergente.

Immunità innata

✧

• Principali responsabili: fattori solubili e cellule.

• Febbre rende inefficiente la replicazione virale.

• Interferone: difesa attiva nei confronti delle infezioni antivirali; agisce prima dello sviluppo della risposta adattativa.

• Tre diversi interferoni.

a

- Interferone (tipo