Virus - Biologia generale

Questa è seguita da una piastra esagonale connessa con cinque o sei

lunghe fibre, dette fimbrie, che permettono al batteriofago di aderire alla

superficie del batterio.

Per quanto riguarda la classificazione in base al materiale genetico, il DNA o

RNA virale può essere sia singolo che a doppio filamento. Anche la sua

organizzazione può variare; infatti il DNA può essere circolare, lineare o

frammentato, mentre invece l’RNA solamente lineare.

Batteriofagi

I batteriofagi sono divisi in virus batterici che danno vita ad un ciclo litico e

virus batterici che danno vita ad un ciclo lisogeno.

Quelli del ciclo litico (fagi virulenti) danno origine ad un processo di

replicazione virale che poi provoca la morte della cellula stessa. Il ciclo

comincia con una fase di attacco, in cui il virus si lega al batterio. Tramite

contrazione della guaina caudale il DNA virale viene inserito all’interno del

batterio, degradando quello cellulare. Quindi il DNA virale, sfruttando il

proprio apparato enzimatico assieme a quello enzimatico e metabolico della

cellula ospite, si replica tramite la DNA polimerasi cellulare. Parte delle

molecole di DNA neosintetizzate viene trascritta dall’RNA polimerasi per

sintetizzare le proteine virali. In seguito vengono assemblati i nuovi fagi,

pronti per andare ad infettare altre cellule. Il ciclo si conclude con la

produzione di un lisozima che rompe il peptidoglicano del batterio,

permettendo in tal modo l’ingresso del liquido extracellulare all’interno della

cellula, che si rigonfia ed “esplode”. Ciò provoca la fuoriuscita dei virus e la

morte cellulare. Il DNA fagico è protetto da degradazione poiché contiene

una forma modificata di citosina che non viene riconosciuta dall’enzima

idrolitico.

Invece i virus del ciclo lisogeno, detti temperati, non provocano

immediatamente la morte della cellula ospite ma prima integrano il proprio

genoma in quello batterico tramite legami fosfodiesterici. In questa fase non

avviene la formazione di nuovi elementi virali ed il DNA integrato viene detto

profago, perché non produce nuovi fagi e non causa la morte della cellula,

rimanendo silente. Infatti l’espressione del profago viene inibita da

“repressori” della replicazione codificati dal genoma fagico. Nel momento in

cui il batterio si replica accade lo stesso anche al profago, che viene

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trasmesso alle cellule batteriche figlie. Quando le condizioni ambientali sono

proibitive per il batterio il profago esce dal DNA dando via al ciclo litico;

quindi avviene il rilascio dei fagi, che provoca un’infezione maggiorata.

I virus possono compiere conversione lisogenica, per la quale il DNA virale

integrato nel DNA batterico (che tendenzialmente è silente) può esprimere

alcuni geni codificanti, esponendo le relative proteine che in genere sono

tossine. È un meccanismo di regolazione dell’espressione genica; infatti il

gene virale espresso conferisce proprietà particolari al batterio. Un esempio

è quello del botulismo, in cui solo il batterio Clostridium botulinum che

contiene un determinato profago produce la tossina responsabile

dell’intossicazione alimentare. Lo stesso accade per l’Enterobacteria fago λ

(lambda), fago temperato che infetta il batterio E. coli presente nella nostra

flora intestinale. Virus animali

I virus degli animali sono molto diversi tra loro. Alcuni sono semplici

particelle formate da proteine avvolte attorno a una molecola di acido

nucleico. Altri presentano una membrana, derivata dalla membrana

plasmatica della cellula ospite precedentemente infettata (virus rivestiti).

Di solito il genoma virale degli agenti virali animali è piccolo e codifica poche

proteine. Dopo l’adesione i virus rivestiti entrano nella cellula tramite

endocitosi mediata da recettore (come accade per il colesterolo) o fusione

del pericapside con la membrana cellulare; quindi penetrano completamente

all’interno della cellula. Possono realizzare il ciclo litico o quello lisogeno; in

questo caso il genoma virale integrato in quello della cellula eucariota ospite

prende il nome di provirus.

Il 70% dei virus animali sono a RNA. Per contrastare il virus a DNA i vaccini

stimolano la produzione di una proteina che si oppone all’agente virale.

Purtroppo ciò non è una soluzione contro i virus a RNA, che costituiscono la

maggior parte dei virus animali, poiché mutano rapidamente a differenza di

quelli a DNA. Questo perché l’RNA polimerasi, a differenza della DNA

polimerasi, non presenta un sito di attività esonucleasica 3'--> 5' (detta di

correzione di bozze o proofreading) e perciò le mutazioni sono più frequenti.

Solitamente i virus animali vengono classificati in base al pericapside e al

tipo di genoma.

Virus animali a DNA (doppio o singolo filamento)

Le classi di virus a DNA a singolo e a doppio filamento (lineare o circolare)

ricalcano il dogma centrale della biologia. Affinché possano essere

sintetizzate le nuove proteine virali è prima necessario che avvenga la sintesi

di nuovi messaggeri virali. Quindi l’agente virale a doppio filamento, una

volta entrato nella cellula, replica il proprio DNA tramite la DNA polimerasi

della cellula ospite. Le molecole di acido nucleico neosintetizzate andranno a

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costituire il genoma delle nuove particelle virali. Una parte di queste

molecole viene utilizzata per compiere la trascrizione di molecole di mRNA

tramite RNA polimerasi, allo scopo di sintetizzare le proteine necessarie ai

nuovi virus. Ugualmente accade per quelli a singolo filamento, che prima di

cominciare il processo di infezione replicano il filamento tramite DNA

polimerasi, trasformandolo in una molecola a doppio filamento. La

replicazione del DNA virale avviene nel nucleo cellulare con l’eccezione dei

poxvirus: in questo caso ha luogo nel citoplasma grazie alla sintesi di una

DNA polimerasi specifica. Spesso la trascrizione dei virus a DNA avviene ad

opera della RNA polimerasi cellulare ma alcuni virus, come i poxvirus,

possiedono una RNA polimerasi specifica, facente parte del patrimonio

enzimatico virale.

I virus a DNA sono più semplici di quelli a RNA; compiono ciclo lisogeno o

penetrano nella cellula ospite in forma quiescente, come il virus dell’Herpes

simplex, formando una molecola di DNA circolare extracromosomica. In

questo caso non avviene un integrazione tra il DNA del virus e quello della

cellula ospite (provirus), anche se il processo è simile al ciclo lisogeno. In

determinate condizioni, come un periodo prolungato di stress, il DNA virale si

riattiva e comincia il ciclo litico.

Virus animali a RNA

I virus animali a RNA possiedono RNA a singolo filamento + o -. Quelli a

singolo filamento + possiedono una sola molecola di RNA che, una volta

entrata nell’organismo da infettare, può fungere da mRNA e quindi essere

usata direttamente per sintetizzare proteine. Sia nelle cellule eucariotiche che

procariotiche sono presenti solo RNA polimerasi-DNA dipendenti (cioè che

non possono usare RNA come stampo). Il filamento (+), oltre alle altre

proteine necessarie, codifica anche la Replicasi (RNA polimerasi RNA

dipendente), assente nei procarioti e negli eucarioti. Per cui la copia

complementare - è riutilizzata per amplificare il filamento +. La Replicasi

inizialmente sintetizza RNA negativi usando come stampo il filamento

positivo del genoma, e poi li usa come stampi per produrre ulteriori molecole

positive che costituiranno i genomi della progenie virale. Le proteine

sintetizzate sono i capsomeri, i costituenti del capside. Quest’ultimo, una

volta riempito del materiale genetico, andrà a formare le nuove particelle

virali.

I virus a ssRNA (single-strand RNA; RNA a singolo filamento) positivo

presentano modificazioni tipiche dei messaggeri eucariotici:

7-metilguanosina (cap) al 5’ e coda di poli-A al 3’.

Nella maggior parte dei virus a RNA la replicazione avviene nel citoplasma, a

differenza di quella dei virus a DNA che passa per il nucleo.

Per i virus a RNA di tipo - invece l’RNA genomico non può funzionare come

mRNA né le cellule ospiti hanno polimerasi capaci di trascrivere mRNA

usando come stampo RNA. Quindi, per superare il problema, questi virus

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portano nel loro capside alcune molecole di Replicasi (RNA polimerasi RNA

dipendente); questa inizialmente sintetizza RNA positivo, che funge da

messaggero, e da esso in seguito sintetizzerà gli RNA negativi costituenti il

genoma della progenie virale. Retrovirus (HIV)

I retrovirus sono virus a singolo filamento di RNA + che differiscono da tutti

gli altri poiché sintetizzano i propri mRNA e replicano il proprio genoma

passando attraverso un intermedio a DNA. Sono peculiari anche per il fatto

di essere “diploidi”. Infatti, nel loro capside sono presenti sempre due

filamenti di RNA. Sono associati al genoma anche la trascrittasi inversa (DNA

polimerasi-RNA dipendente) e tRNA di origine virale, il quale svolge la

funzione di primer per la sintesi del DNA virale. Ciò accade per permettere

l’integrazione del genoma virale in quello della cellula ospite (provirus).

Un esempio è quello del virus HIV, che compie ciclo lisogenico; esso

provoca la cosiddetta sindrome da immunodeficienza acquisita (AIDS), in

quanto colpisce le cellule immunitarie (linfociti T). È formato da un

pericapside e un capside, al cui interno è presente un genoma costituito da

2 molecole di RNA identiche, 2 trascrittasi inverse e 2 molecole di tRNA-

primer. La trascrittasi inversa utilizza l’RNA come stampo ed il tRNA come

primer per sintetizzare un primo filamento di DNA, funzionando quindi da

DNA polimerasi RNA dipendente. Si crea quindi un ibrido DNA-RNA.

L’enzima presenta anche attività esonucleasica, tramite la quale degrada

l’RNA dell’ibrido, che sostituisce con una molecola di DNA neosintetizzata,

funzionando quindi da DNA polimerasi DNA dipendente; quindi la trascrittasi

inversa presenta tre siti catalitici. Poi il DNA virale si integra nel genoma dei

linfociti t, e resta quiesciente. In realtà non lo è totalmente, poiché qualche

gene virale viene comunque espresso e i linfociti col tempo muoiono,

riducendosi progressivamente. Infatti è stato riscontrato che i sieropositivi

che si sottopongono alle cure prima che il virus si manifesti hanno

un’aspettativa di vita più lunga.

Quindi il dogma centrale della biologia è contemplato solamente dalle cellule

eucariote e procariote e dagli enzimi DNA polimerasi DNA dipendente e RNA

polimerasi DNA dipendente.

Viroidi e prioni (agenti infettivi subvirali)

Sono state scoperte molecole di RNA circolare privo di capside che da sole

sono in grado di causare alcune patologie; esse sono