Virus

I virus sono entità biologiche visibili solo al microscopio elettronico e presentano una struttura molto semplice. Svariate ipotesi sulla loro origine inducono a pensare che l’esistenza dei virus sia partita da una “fuga” di materiale genetico, mediante elementi trasponbili. Definiti microrganismi acellulari (figura 1), non sono inclusi in nessun dominio degli organismi viventi. Tali entità sono parassiti endocellulari obbligati, poichè necessitano del corredo enzimatico della cellula infettata per riprodursi, non possedendo enzimi per la sintesi proteica e per la produzione di ATP.

Figura 1 - Microrganismi acellulari
Figura 1 – Microrganismi acellulari

La struttura

La parte centrale del virus chiamata core, contiene l’acido nucleico (DNA o RNA) e proteine. L’acido nucleico può presentarsi in forma lineare o circolare. L’involucro proteico è chiamato capside. L’insieme del genoma e del capside, forma il nucleocapside.

Alcuni virus conservano residui lipoproteici e glucidici della membrana della cellula ospite (figura 2), formado un ulteriore rivestimento all’esterno del capside, chiamato pericapside o envelope.

Per ancorarsi alla cellula bersaglio, i virus possono utilizzare spine o peplomeri (complessi glicoproteici antigenici) definiti spicole. Ci riferiamo a virus nudi, quando sono privi di pericapside.

Figura 2- struttura di un virione
Figura 2- struttura di un virione

Una prima classificazione possiamo farla mediante la struttura del capside:

  • Elicoidali : bastoncelli rigidi o flessibili che racchiudono l’acido nucleico. Esempio virus Ebola (figura 3);
Figura 3 - Ebola
Figura 3 – Virus Ebola
  • Poliedrici : struttura icosaedrica. Esempio polivirus e adenovirus (figura 4);
Figura 4 - Adenovirus
Figura 4 – Adenovirus
  • Dototati di strutture più complesse: come batteriofagi (figura 5) che presentano unità accessorie (coda, spina, fibre della coda). Esempio fago T4 che infetta Escherichia coli;
Figura 5- Batteriofago
Figura 5 – Batteriofago
  • Con pericapside : presentano capsidi elicoidali o icosaedrici. Esempio herpes simplex (figura 6).
Figura 6 - herpes simplex
Figura 6 – herpes simplex

Gli enzimi virali

Alcuni virus possiedono enzimi importanti per la loro riproduzione.

Gli RNA virus possiedono RNA replicasi, fondamentale per produrre mRNA da RNA, che rappresenta il genoma. Nuove copie di RNA funzioneranno sia come RNA messaggero per sintetizzare proteine virali e sia da stampo per nuove repliche del genoma.

I retrovirus come HIV sono caratterizzati dall’enzima trascrittasi inversa, una DNA polimerasi-RNA dipendente, che sintetizza un filamento di DNA copia dell’RNA virale; quindi la trascrittasi inversa inverte il senso della trasmissione dell’informazione genica. Il virus all’interno della cellula parassitata, integra il DNA copia all’interno del DNA della cellula per trascrivere RNA virale.

Il virus dell’influenza, grazie ad enzimi come neuroaminidasi, rompe i legami glicosidici tra l’acido sialico e gli zuccheri delle glicoproteine superficiali della cellula parassitata, creando la possibilità di diffusione di ogni particella del virus, dette virioni.

I virus più conosciuti

Papillomaviridae (virus a DNA): Virus patogeno per l’uomo, il papillomavirus (HPV) può infettare cute e mucose e provocare verruche, neoplasie alla cervice uterina (trasmissione sessuale). L’HPV (figura 7) possiede un capside icosaedrico e DNA circolare. La vaccinazione va effettuata tra gli 11 e i 12 anni.

Figura 7 - HPV
Figura 7 – Papillomavirus (HPV)

Herpesviridae (virus a DNA): Caratteristica di questa famiglia è il fenomeno della latenza, non abbandona più l’ospite dopo averlo infettato. Il Virus ha simmetria icosaedrica e possiede DNA a doppio filamento.

Figura 8 - Herpes virus
Figura 8 – Herpes virus

Adenoviridae (virus a DNA) : Virus a DNA lineare a doppio filamento, con capside icosaedrico. Scoperti per la prima volta nelle adenoidi, l’adenovirus (figura 9) provoca spesso malattie respiratorie.

Figura 9 - Adenovirus
Figura 9 – Adenovirus

Coronavirus (virus a RNA): I coronavirus (figura 10) hanno un capside elicoidale e pericapside con protuberanze glicoproteiche. Entità che preoccupa epidemiologi per la sua capacità di salto di specie dagli animali all’uomo. La SARS e il Covid-19 sono esempi evidenti della pericolosità di questi virus dall’alta contagiosità.

Figura 10 - Coronavirus
Figura 10 – Coronavirus

HIV, virus dell’immunodeficienza umana: L’HIV possiede trascrittasi inversa, una struttura sferica, un capside e un envelope membranoso caratterizzato da glicoproteine formate da gp120 (permette il legame con i recettori CD4 dei linfociti T-helper, macrofagi e cellule dendritiche) e gp41 che favorisce l’unione del virione con la cellula infettata.

Figura 11 - HIV
Figura 11 – HIV

La replicazione

I virus possono replicarsi solo all’interno di cellule suscettibili ad essi provviste di recettori superficiali specifici (figura 12).

Figura 12 - ciclo di replicazione dei virioni
Figura 12 – ciclo di replicazione dei virioni

La replicazione segue uno schema:

  • Adsorbimento-attacco del virus alla membrana cellulare: Processo mediato da antirecettori (siti di adsorbimento virali) che posso trovarsi ai vertici dei capsidi icosaedrici o nelle sicole del pericapside. Tale fase è data dall’interazione tra antirecettore e recettore cellulare (interazione stereochimica);
  • Penetrazione nel citoplasma della cellula ospite: tale fase può avvenire per fusione, oppure endocitosi attraverso la membrana dell’endosoma. La fusione è tipica dei virus dotati di pericapside, che si fonde con la membrana plasmatica della cellula o dopo endocitosi, con l’endosoma. Nel meccanismo di endocitosi, si forma l’endosoma, vescicole formate grazie a estroflessioni della cellula intorno al virione;
  • Svestimento del genoma virale: gli enzimi lisosomiali degradano gli involucri virali, lasciando esposto il genoma virale all’interno del citoplasma della cellula parassitata;
  • Replicazione del genoma virale e sintesi di proteine virali: molti virus a DNA replicano il loro genoma nel nucleo cellulare, mentre la maggior parte di quelli a RNA si replicano nel citoplasma. Le proteine virali e il capside sono prodotti grazie agli enzimi cellulari all’interno del citoplasma. In alcuni virus come gli herpesvirus, le proteine del capside passano nel nucleo per inglobare il DNA virale e formare virioni completi;
  • Rilascio: tramite il reticolo endoplasmatico, i virioni completi raggiungo la membrana cellulare. Per lisi cellulare, esocitosi o gemmazione, i virus sono rilasciati all’esterno.

Replicazione dei virus batteriofagi

I batteriofagi utilizzano due modi differenti per invadere la cellula batterica e replicarsi: ciclo litico e ciclo lisogeno (figura 13).

Figura 13 - ciclo litico e lisogenico
Figura 13 – ciclo litico e lisogenico

Ciclo litico: i fagi T-pari rappresentano un perfetto esempio di replicazione virale mendiante ciclo litico. La struttura di questi virus è caratterizzata da una testa che contiene l’acido nucleico (DNA) e una coda tubulare con appendici per legarsi alla superficie batterica. L’adsorbimento del virus avviente tramite il legame tra recettori di membrana e siti specifici presenti all’estremità della coda. La penetrazione, in questo caso, è dovuta ad un lisozima virale rilasciato dalla coda del batteriofago, che lisa la cellula. Mentre il fago è ben attaccato al batterio, la coda si contrae e il core è spinto all’interno della parete cellulare. Quando il DNA virale raggiunge il citoplasma, inizia la replicazione e sintesi delle proteine virali. Dopo il “periodo di eclissi”, dove le componenti virali sono tra loro separate, si ha l’assemblaggio dei virioni. I virioni completi abbandonano la cellula tramite la lisi cellulare causata dal lisozima virale. I fagi liberi sono pronti ad infettare altri batteri.

Ciclo lisogeno: I fagi temperati integrano il proprio DNA all’interno del cromosoma batterico che si replica ad ogni evento riproduttivo. Come per il fago lambda, il DNA virale all’interno dell’Escherichia coli, dalla forma lineare diventa circolare. L’acido nucleico si integra come profago tra il gene del galattosio (Gal) e quello della biotina. Il profago rimane latente fino ad una eventuale fattore esterno che può interferire ed innescare il ciclo litico.

Fonte

  • Biologia, microbiologia e tecnologie di controllo sanitario- Fabio Fanti (Zannichelli)

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