Alla scoperta del mondo dei virus

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Virus
 A partire dal 1880 quando si eseguì il primo isolamento di un virus da un paziente effetto da vaiolo
fino ad arrivare ad oggi la virologia ha fatto passi da gigante.
 Il termine virus, che in latino significa «velenœ, è stato usato per la prima volta nel 1898 dal biologo
olandese M. Beijerinck, che lo impiegò per descrivere l'agente patogeno responsabile della
malattia delle piante nota come «mosaico del tabacco».
 I virus non sono formati da cellule e non sono capaci di ri-prodursi autonomamente; tuttavia come i
viventi sono capaci di evolvere, cioè di cambiare nel tempo, e sono costituiti da sostanze
organiche presenti anche negli organismi.
 Per queste ragioni, i virus sono entità biologiche costituiti da particelle che, per potersi replicare
producendo copie di se stesse devono entrare in organismo ospite e in particolar modo nelle cellule
di quest’ultimo.
 Proprio per tali ragioni, i virus sono parassiti intracellulari obbligati; obbligati indica il fatto che
poter vivere essi devono impossessarsi del apparato trascrizionale e metabolico del organismo
ospite.
 Vi sono varie ipotesi sulla loro origine:
1. Origine interstellare, il materiale proveniente dall’universo si è combinato con delle particelle, sul
nostro pianeta, con caratteristiche infettive.
2. I virus derivano da sequenze di geni che hanno la capacità di replicarsi da soli all’interno di una
cellula, esistono dei tratti di DNA detti “Trasposomi” che riescono a saltellare da una parte all’altra
del genoma, talvolta accreditando problemi al genoma stesso, da ciò si è pensato che tratti del
materiale genetico siano fuoriusciti dalla cellula e combinatesi con delle particelle di natura
proteica e da ciò hanno costituito i precursori dei virus (ipotesi più accreditata).
3. Derivano da una evoluzione di organismi unicellulari che hanno perso delle proprietà autonome e
di conseguenza hanno avuto la necessità di appoggiarsi ad altre strutture, organizzazioni cellulari
per poter svilupparsi e riprodursi.
 In base alla loro struttura, essi si dividono in: nudi e provvisti da envelope.
 Definiamo il virione è la particella virale completa costituita dal nucleo-capside ed eventualmente
anche dal pericapside pronta a infettare l’organismo
 I virioni hanno una grande varietà di forme e dimensioni, anche se in genere sono molto piccoli: in
media hanno dimensioni circa tremila volte più piccole di un millimetro e sono cento volte più
piccoli di un batterio, che a sua volta è circa 5000 volte più piccolo dello spessore di un capello. Per
questa ragione la maggior parte dei virus non è visibile al microscopio ottico, ma può essere
osservata solo usando un microscopio elettronico.

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- Virus nudi  dove ritroviamo i virioni costituiti dal nucleocapside, ovvero da un capside (involucro
proteico) e materiale genetico, rappresentato dalle molecole di acido nucleico DNA o RNA. Un
esempio di tale virus è il virus dell’epatite di tipo A o gli adenovirus, virus dell’influenza. Essi sono
resistenti all’ambiente esterno.
 Il patrimonio genetico contiene le informazioni necessarie alla produzione delle proteine del virus e
alla sua replicazione
- Virus provvisti di envelope o pericapside  formati da una struttura lipo-proteica che racchiude il
nucleo-capside (capside + acido nucleico). Sono dei virus molto meno resistenti all’ambiente
esterno perché l’involucro di natura lipidica determina un maggiore fragilità. Invece risultano molto
più resistenti ai sistemi di difesa dell’ospite in cui penetrano, rispetto ai virus nudi. Esempi sono il
virus dell’herpes simplex, leggermente pandemico o dell’HIV
 L’envelope presenta una porzione proteica, che risulta essere di origine virale, e una porzione
saccaridica di origine cellulare
 Quando il virus penetra all’interno della cellula inizia a produrre le sue proteine (utili per la diffusione
del virus all’interno del organismo) e produce anche le proteine dell’envelope, in parte queste vengono
glicosilate all’interno dell’apparato del Golgi della cellula andando a costituire la porzione saccaridica
del envelope.
 Le proteine di grande importanza per la penetrazione del virus all’interno di un organismo sono le
proteine della superficie esterna del virus definite spike.
 Esse sono costituite principalmente da enzimi quali l’emoaglutinina (H), permette la coagulazione del
sangue nel momento in cui il virus penetra all’interno della cellula e gli enzimi neurominidasi (N), hanno
il compito di distruggere il glicocalice delle cellule ospiti che devono essere infettate, permettendo e
facilitando l’ingresso del virus nella stessa cellula
 NB Il Glicocalice rappresenta l’elemento principale della porzione glicidica della membrana cellulare, si
tratta dello strato più esterno della membrana cellulare.
 Ricopre principalmente tre funzioni:
1) Comunicazione-riconoscimento cellulare
2) Recettoriale
3) Protettiva-antigenica

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Morfologia/forma dei virus
1. Virus semplici: più semplici, di forma icosaedrica con una semplice evidenziazione delle spicole
proteiche e del capside dove è racchiuso il materiale genetico o di forma cilindrica come per
esempio il virus vegetale del mosaico del tabacco.
- Parvovirus, uno dei virus più piccoli conosciuti (20 milionesimi di millimetro), ha un capside
icosaedrico con 20 facce triangolari.
2. Virus complessi: più complessi, quali i batteriofagi, virus delle cellule batteriche costituiti da più
parti ben definibili, una testa icosaedrica di natura proteica all’interno della quale è contenuto il
materiale genetico, un collare che unisce la testa con una coda a sua volta appoggiata su un
trespolo a sei zampe che ha il compito di permettere l’attacco del virus al livello della parete
cellulare del procariote.
 Una differenza importante tra un virus semplice quale l’adenovirus di una cellula di un mammifero e un
batteriofago virale è che il virus del mammifero riesce ad entrare del tutto all’interno della cellula dove
poi inizia il ciclo di infezione mentre il batteriofago inietta solo il materiale genetico all’interno della
cellula senza che l’intera struttura complessa entri nella cellula.
Caratteristiche macroscopiche dei virus
 I virus hanno una elevata selettività per l’ospite: ogni tipo virale infetta cioè un particolare tipo di
organismo e di cellula.
 Si intende con “spettro d’ospite”, la specie specificità dei virus
 Talvolta, però, un virus che infetta una certa specie può cambiare la sua natura e diventare infettivo
anche per una specie diversa. Questo passaggio da una specie all’altra è detto salto di specie (spillover,
in inglese).
 A questo punto si perde la specie specificità del virus e si hanno dei problemi importanti perché il virus
circola de novo all’interno della specie e quindi sorgono difficoltà al livello della cura
 Tropismo di organo, riguarda la tessuto specificità, ci sono virus che possono colpire molti tessuti
all’interno dei vari organi dell’organismo o virus ristretti che colpiscono solo alcuni organi (HIV ha un
tropismo per cellule della mucosa e del sistema immunitario).

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Caratteristiche microscopiche dei virus
 Suscettibilità, una cellula è suscettibile all’infezione di un virus solo se ha i recettori del virus.
 Permissività, capacità della cellula ormai infettata dal virus di far esprimere le caratteristiche del virus;
Classificazione basata sul tipo di acido nucleico
 Il virus può essere a DNA o RNA a singola o doppia elica.
 es. I coronavirus di cui fa parte il SARS-COV2 sono dei virus a singolo filamento di DNA
 La virulenza non dipende dal tipo di materiale genetico.
 Alcuni virus trasportano all’interno del capside proteico oltre al materiale genetico anche alcuni enzimi
che sono in grado di iniziare il processo infettivo, per esempio i retrovirus (HIV), unica categoria di
retrovirus in grado di trascrivere il proprio RNA grazie alla trascrittasi.
 Le infezioni persistenti si dividono in:
 Latenti, per esempio l’herpes zoster (varicella) va a insinuarsi all’interno della cellula e può rimanere lì
per molto tempo, anche anni e in seguito ad una immunosoppressione momentanea il sistema
immunitario è più debole e il virus si manifesta nuovamente e si sviluppa l’infezione virale secondaria.
 Croniche, il virus rimane all’interno della cellula dove continua in maniera cronica ad infettare l’organo
interessato, un esempio l’epatite B che può diventare cirrosi.
 Lente, un esempio il virus dell’HIV, il virus si annida al livello delle cellule, per esempio del sistema
immunitario e successivamente dopo una piccola fase di latenza continua il suo percorso, che dura
molti anni fino ad arrivare alla morte dell’individuo tranne nel caso in cui il paziente si sottopone a dei
trattamenti di cura.

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Ciclo replicativo dei virus
 Si parte dal riconoscimento recettore cellulare (natura proteica) e spike.
 Un virus può riconoscere le proteine presenti su alcune cellule ma non su altre: per questa ragione, per
esempio, il virus dell’influenza infetta solo le cellule dell’apparato respiratorio ma non quelle dei
muscoli o di un altro apparato del corpo.
 Dopo che è avvenuto il riconoscimento, si verifica l’introduzione da parte del virus del proprio
patrimonio genetico (Dna o Rna) all’interno della cellula.
 Il modo in cui questo avviene dipende dal tipo di virus e dal tipo di cellula ospite: per esempio, in un
virus eucariotico si ha la fusione della membrana con l’envelope qual ora presente o virione.
 Il ciclo di replicazione virale si chiama Ciclo litico perché al termine di questo processo si verifica la
rottura (lisi) della cellula ospite.
 Il meccanismo di replicazione dipende dal tipo di acido nucleico posseduto dal virus;
Esempio virus a DNA
 Il virus viene rilasciato all’interno della cellula dove normalmente avviene una disgregazione del capside
e la fuoriuscita dell’acido nucleico che può essere RNA o DNA.
 L’acido nucleico entra nel nucleo della cellula e inizia a impossessarsi dell’apparato trascrizionale della
cellula stessa.
 Alcuni virus a DNA utilizzano l’enzima DNA polimerasi della cellula ospite per replicare il proprio DNA;
altri, invece, contengono nel proprio patrimonio genetico le informazioni per produrre la propria
polimerasi virale.
 Vengono prodotti RNA messaggeri virali che una volta reclutati i ribosomi cellulari vengono tradotti in
proteine virali, quest’ultime vanno ad assemblarsi per formare i capsidi dentro cui si troverà l’acido
nucleico del virus e quindi formando nuovi virioni
 Quest’ultimi una volta replicati abbandoneranno la cellula ospite portando alla morte cellulare a
esempio a causa della rimozione di porzioni della membrana cellulare
 Una volta esterni alla cellula potranno ricominciare il ciclo litico

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Ciclo lisogenico
 In alcuni casi, al posto del ciclo litico, il virus va incontro a un processo di replicazione diverso, chiamato
ciclo lisogeno.
 Ciò avviene quando, subito dopo l’infezione della cellula ospite, il patrimonio genetico del virus si
inserisce all’interno del patrimonio genetico della cellula ospite, formando un provirus.
 Il provirus non si replica, ma quando la cellula ospite duplica il proprio DNA (durante la fase S del ciclo
cellulare), duplica anche il patrimonio genetico del virus: le cellule figlie conterranno quindi il provirus.
 Generalmente i provirus non danneggiano le cellule e quindi non producono sintomi o malattie,
tuttavia un provirus può riattivarsi e cominciare un ciclo litico.
 Funziona in questo modo, per esempio, il virus dell’Herpes simplex (HSV): dopo l’infezione il virus va
incontro al ciclo lisogeno e può rimanere allo stadio di provirus per tutta la vita dell’individuo senza
provocare disturbi; talvolta però il virus si riattiva, passa al ciclo litico e provoca la cosiddetta «febbre
labiale», cioè la comparsa di vescicole intorno alla bocca.
Nei caso dei fagi…
 I fagi (i virus dei batteri)  i virus aderisce alla parete della cellula batterica attraverso le fibre
proteiche, si ha l’iniezione del materiale genetico all’interno della cellula batterica, entra solo il
materiale genetico, inizia la sintesi degli RNA messaggeri fago-specifici e la replicazione del materiale
genetico del fago.
 Si assemblano le particelle virali che poi fuoriescono dalla cellula per iniziare nuovamente il ciclo virale.
Principalmente si tratta anche in questo caso di un ciclo litico
Virus a Rna
 I virus a RNA contengono all’interno del capside una molecola di RNA anziché di DNA.
 Questi virus sono responsabili di molte malattie umane: alcune con sintomi in genere non molto gravi,
come il raffreddore l’influenza, altre invece molto più gravi, come l’AIDS e la SARS (un’infezione dei
polmoni detta sindrome respiratoria acuta).
 L’infezione di una cellula da parte di un virus a RNA avviene in modo simile a quello descritto per i virus
a DNA e permette al virus di introdurre la sua molecola di RNA nella cellula ospite.
 Le cellule non duplicano l’RNA, ma costruiscono le loro molecole di RNA a partire dal proprio DNA; per
questo motivo, esse non replicano la molecola di RNA del virus.

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 I virus a RNA riescono però ugualmente a procedere nell’infezione in due modi.
1) Retrovirus Sono gli unici virus diploidi cioè contengono l’Rna in doppia copia. Constano di
un’organizzazione genomica molto semplice, costano fondamentalmente di 3 geni: gand, pond, end
e altri piccoli geni che aiutano l’attività del virus durante l’infezione.
- I 3 geni principali codificano per proteine implicate nella formazione del capside, proteine implicate
nella retro trascrizione e infine degli enzimi necessari per costruire la porzione glicidica
dell’envelope.
- Al momento dell’infezione introducono nella cellula, oltre al proprio RNA, anche una particolare
proteina, l’enzima trascrittasi inversa, che serve a produrre una molecola di DNA virale a partire da
quella di RNA del virus.
- Al termine di questa operazione, all’interno della cellula ospite sarà presente una molecola di DNA
che contiene le informazioni necessarie a produrre nuove proteine virali.
- Esempio è il virus dell’HIV, una volta che il virus entra all’interno della cellula, dopo fusione con la
membrana cellulare il capside, si disgrega, l’Rna viene retrotrascritto in DNA, il DNA si integra nel
genoma della cellula ospite per iniziare poi a produrre le proteine tipiche del retrovirus, il retrovirus
uscirà dalla cellula e potrà rieseguire il ciclo.
2) Altri virus, come quelli dell’influenza e della SARS, introducono nella cellula ospite solo il proprio
RNA. Tra le istruzioni contenute nell’RNA virale vi sono anche quelle per creare un enzima, detto
RNA replicasi, che interviene nel processo di produzione di molecole di RNA a partire da altre
molecole di RNA e permette la replicazione dell’RNA virale. In questo modo si creano numerose
copie del virus che distruggono la cellula e procedono nell’infezione di altre cellule.
Curiosità
 I prioni sono agenti infettivi di natura proteica normalmente presenti all’interno delle cellule nervose
degli animali che a seguito di alterazioni strutturali e modifiche della loro struttura secondaria e
terziaria vanno a determinare la formazione di una proteina prionica alterata che diventa “infettiva”,
che precipiteranno all’interno del neurone con conseguente degenerazione (morbo della mucca Pazza).
 I viroidi costituiti solo da materiale genetico, sono principalmente particelle infettanti degli organismi
vegetali.