I virus: cosa sono? Dimensioni, struttura e classificazione

Che cosa sono i virus? Agenti infettivi di piccole dimensioni e semplice composizione che si possono moltiplicare solo in cellule viventi di animali, piante e batteri. Per la propria replicazione si basano sui processi metabolici della cellula ospite Sono totalmente dipendenti da una cellula vivente per la replicazione PARASSITI ENDOCELLULARI OBBLIGATI

… i virus Alcuni possiedono propri enzimi complessi ma, senza assistenza, non sono capaci di riprodurre le informazioni contenute nei loro genomi Possiedono soltanto una specie di acido nucleico Hanno un componente esterno che si lega con il recettore cellulare

Virus: proprietà distintive I virus rappresentano la forma vivente piu’ semplice. Non hanno una compartimentazione di tipo cellulare. Sono, a tutti gli effetti, dei semplici aggregati macromolecolari forniti di, ed in grado di trasferire, informazioni genetiche. Alcuni agenti infettanti subvirali (viroidi) sono costituiti da solo materiale genetico (RNA) senza guscio proteico. Altri, i prioni, sarebbero costituiti da soli frammenti glicoproteici autoreplicanti, senza acido nucleico. Alcuni di essi colpiscono il sistema nervoso, determinando malattie mortali tutt’oggi incurabili (kuru, scrapie, malattia di Creutzfeld-Jacob). Sono al limite tra forma vivente e non vivente.

Parassitismo virale Nella fase intracellulare si possono identificare solo alcuni componenti a seconda della fase replicativa. Le particelle virali o virioni sono inerti metabolicamente: non contengono ribosomi o sistemi enzimatici per la produzione di energia; sono totalmente dipendenti dallo apparato metabolico e dai sistemi bioenergetici della cellula parassitata per la loro replicazione. La maggior parte dei virus presentano alcune proteine con funzioni enzimatiche che agiscono nei processi di penetrazione nella cellula bersaglio o nella trascrizione/replicazione del genoma virale o nell'assemblaggio della progenie virale e sono dipendenti dal metabolismo cellulare per la loro sintesi e/o funzione. Solo dopo la penetrazione all'interno della cellula bersaglio, le molecole genomiche impongono ai sistemi biosintetici cellulari la loro replicazione e la sintesi di alcune specifiche proteine necessarie per la formazione della progenie virale. I nuovi virioni fuoriescono dalla cellula infettata e sono in grado di infettare una nuova cellula bersaglio.

PARASSITI ENDOCELLULARI OBLIGATI Ogni cellula ha il proprio parassita Batteri Batteriofagi Miceti Virus dei miceti Protozoi Virus dei protozoi Cellule vegetali Virus vegetali Cellula animali Virus animali

Dimensioni dei virus (diametro variabile dai 10 ai 300 nm) Il microscopio elettronico, avendo un livello di risoluzione 5 nm, può dare informazioni riguardanti la forma complessiva di un virus. Il termine "risoluzione“ qui sta ad indicare la dimensione di una unità strutturale che può essere vista chiaramente.

…ancora dimensioni dei virus

VIROLOGIA E MICROSCOPIO

Ulteriore rivestimento esterno formato da un doppio strato di lipidi e glicoproteine

…la particella virale completa è detta VIRIONE

I virus si possono dividere in 2 gruppi in base alla simmetria del capside ( vale a dire in base alla disposizione delle proteine strutturali, rispetto all’acido nucleico virale) A SIMMETRIA ELICOIDALE A SIMMETRIA ICOSAEDRICA I capsomeri sono disposti Solido a 20 facce come i gradini di una scala triangolari uguali a chiocciola

PENTONI (5 protomeri) ai VERTICI ESONI (6 protomeri) sulle FACCE

Virus a struttura complessa Alcuni virus (batteriofagi, poxvirus, ecc) sfuggono alla simmetria icosaedrica o elicoidale e hanno una struttura più complessa.

I virus nudi di origine animale hanno una simmetria esclusivamente di tipo icosaedrico. I virus con envelope possono avere il nucleocapside sia a simmetria elicoidale sia a struttura icosaedrica.

La funzione dei rivestimenti esterni -1 Il genoma contiene tutta l’informazione genetica necessaria per la replicazione; è molto labile ad agenti denaturanti (nucleasi, esterasi, forza ionica ecc.) e non può da solo penetrare nella cellula ospite La funzione dei rivestimenti esterni -1 Il capside costituisce una struttura continua e impermeabile agli agenti esterni e protegge il fragile acido nucleico da danni fisici, chimici, enzimatici. I capsidi sono formati da un certo numero di unità proteiche uguali. Le subunità proteiche in un capside virale sono ridondanti, il danno ad una rende quell’ una non funzionale, ma difficilmente danneggia l’intera particella. Questo fa del capside un’efficace barriera. Nei virus “nudi” alcune proteine che compongono il capside possiedono una specifica affinità per particolari recettori della membrana citoplasmatica della cellula ospite, step essenziale alla replicazione del virus. Queste proteine capsidiche permettono il legame del virus alla cellula e la penetrazione dell’acido nucleico.

La funzione dei rivestimenti esterni -2 Alcuni virus ( virus “rivestiti”) posseggono una membrana limitante esterna detta envelope, (o pericapside o peplos). L’envelope è lo strato lipidico (in alcuni casi glicoproteico) esterno del virione, presente solo in alcune famiglie di virus (orthomyxovirus, herpesvirus, retrovirus, poxvirus, ecc.).E’costituito da lipidi della membrana della cellula infettata, rimasti intorno al virus vero e proprio al momento della fuoriuscita dalla cellula stessa. Contiene anche alcune glicoproteine virali ( cioè codificate dal virus), che fungono da antirecettore nei confronti delle cellule bersaglio. Svolge funzione di protezione, di riconoscimento antigenico (emoagglutinina del virus influenzale) e di penetrazione nella cellula ospite tramite il meccanismo di fusione con la membrana cellulare. La presenza del pericapside rende ragione della sensibilità di alcuni virus ai disinfettanti organici (eteri, alcooli) in grado di sciogliere i lipidi.

Esempio di VIRUS NUDI Esempio di VIRUS CON ENVELOPE

CAPSIDE NUDO Proprietà Resistente a: alte temperature, acidi, detergenti, essiccamento E’ rilasciato dalla cellula per lisi Conseguenze: Facilmente diffuso (su oggetti, da una mano all’altra, con la polvere o piccole gocce d’acqua) Può essere essiccato e mantenere l’infettività Può sopportare le diverse condizioni dell’intestino Può resistere ai detergenti e alle acque di scolo trattate blandamente CAPSIDE CON ENVELOPE Proprietà Distrutto da: acidi, detergenti, essiccamento, calore Modifica le membrane cellulari durante la replicazione (fusione). E’ rilasciato per gemmazione, talvolta per lisi cellulare Conseguenze: Deve rimanere in ambiente umido Si diffonde con gocce d’ acqua, secrezioni, trapianti d’organi e trasfusioni di sangue Non sopravvive nel tratto gastrointestinale Non uccide necessariamente la cellula per diffondersi

Genoma virale Tutti i virus contengono un solo tipo di acido nucleico. Quelli a RNA, in particolare, rappresentano un’eccezione in natura, in quanto la loro informazione genetica non è contenuta nel DNA. A seconda del tipo virale, il genoma codifica per un numero diverso di proteine, da un minimo di 3 a un massimo di alcune centinaia. A seconda dei vari tipi di virus, il genoma (DNA o RNA) può essere a singolo o doppio filamento, lineare o segmentato in varie porzioni (es. virus influenzale) ognuna codificante per una proteina. Tra i virus a RNA, alcuni hanno il filamento cosiddetto positivo(che funge anche da RNA messaggero), altri hanno il filamento negativo (che deve sintetizzare, sul suo stampo, un filamento complementare di RNA che fungerà da messaggero).

Virus a RNA: Ribovirus Possiedono un RNA a singola elica (tranne la famiglia dei Reovirus che ha un RNA a doppia elica), a volte (orthomyxovirus) diviso in frammenti. Nei Reovirus è a doppio filamento segmentato (piu’resistente del singolo filamento all’RNAsi e ai disinfettanti). Si dividono in 2 sottoclassi: Virus con RNA a polarità positiva (+) che può fungere nella cellula direttamente da RNA messaggero. Virus con RNA a polarità negativa (-) che funge da stampo per la sintesi dell’RNA messaggero. Questi virus hanno l’enzima RNA polimerasi RNA dipendente associato al virione. Virus a DNA: Deossiribovirus La molecola di DNA è unica, solitamente a doppia elica lineare, con l’eccezione dei parvovirus (singola elica), papovavirus(doppia elica circolare), hepadnavirus(doppia elica incompleta, circolare).

Proteine virali non strutturali Enzimi necessari per la sintesi e la replicazione del genoma virale (es. transcriptasi inversa , integrasi e proteasi del HIV) Proteine che influiscono sulla fisiologia delle cellule (es. E6/E7 di papillomavirus umani) Proteine che sopprimono le difese della cellula ospite (es. inibitori della presentazione di antigeni)

Alcune forme virali Orthomyxovirus Papillomavirus Herpesvirus HBV HIV Coronavirus

Virus che infettano la specie umana

Classificazione virale -1 Si basa su criteri morfologici, strutturali, chimici e replicativi: forma, dimensioni, tipo e struttura del genoma, strategia replicativa In base a queste caratteristiche i virus vengono suddivisi in: Famiglie(con suffisso –viridae) Sottofamiglie (generalmente con suffisso –virinae) Generi(con suffisso –virus) Specie Ulteriori suddivisioni in sottospecie, tipi, ceppi ecc. vengono di volta in volta stabilite da apposite commissioni per la nomenclatura in base a criteri che risultino via via accettati.

Classificazione virale -2 Nella pratica medica si continuano a indicare i virus secondo la nomenclatura comune: con il nome “virus”seguito da quello della malattia che determina nell’ospite principale (per es. virus del morbillo, dell’influenza, della poliomielite ecc.) oppure con il nome che gli è stato attribuito al momento dell’isolamento (per es. virus Ebola, di Epstein-Barr, Norwalk, ecc.). L’attuale classificazione si basa: sul tipo di genoma (DNA o RNA) e la sua configurazione (mono o bicatenario, lineare o circolare, monofilamento o segmentato, a polarità positiva o negativa); sul tipo di simmetria; sulla presenza di involucro pericapsidico; sul meccanismo di replicazione. Molti virus non sono stati ancora classificati oppure lo sono solo provvisoriamente. Per alcuni agenti non è ancora stata accertata la natura virale (per es. gli agenti delle encefaliti spongiformi dell’uomo e di vari animali)