I VIRUS SPIEGAZIONE COMPLETA | Dispense di Infermieristica

I VIRUS

LA ST RUT TUR A E LE CA RAT TE RIS TI CH E DEI VI RUS

I virus sono microrganismi di dimensioni comprese fra i 20 e 100nm, invisibili al microscopio ottico.

La struttura dei virus è estremante semplice, per questo motivo non sono inseriti in nessuno dei domini o dei

regni in cui sono suddivisi gli organismi viventi. In microbiologia vengono definiti come “microrganismi

acellulari”, alcuni scienziati non reputano questa espressione corretta e li classificano come non viventi.

I virus sono parassiti endocellulari obbligati, a causa della loro costituzione.

Le particelle virali sono chiamate virioni, costituiti da:

1. Acido nucleico: DNA o RNA

I virus a DNA si differenziano in: ss-DNA (singolo filamento) e ds-DNA (doppio filamento)

I virus a RNA si differenziano in: ss-RNA (singolo filamento) e ds-RNA (doppio filamento).

2. Capside, un rivestimento più esterno di natura proteica costituito da unità dette capsomeri.

La struttura del capside determina la forma del virus (questa caratteristica morfologica viene utilizzata

per classificarli):

Virus elicoidali, bastoncino che si ripiega ad elica

Virus poliedrici, solido con molte facce.

Virus a strutture complesse, come i batteriofagi.

3. Pericapside o envelope, non è caratteristico di tutti i virus. Si tratta di un rivestimento ulteriore al capside,

di natura lipoproteica e glucidica.

Il Pericapside si origina da residui della membrana della cellula ospite infettata da cui il virione è

fuoriuscito.

4. Proteine spike/Spicole, si tratta di proteine antigeniche che sporgono dalla superficie del pericapside e che

possono essere utilizzate per ancorarsi alle cellule ospiti.

I virus sono definiti “nudi” quando sono provi di envelope.

SI NTE SI CLA SSI FIC AZ ION E D EI VI RU S

I virus vengono classificati per vari aspetti:

1) Acido nucleico: DNA o RNA

I virus a DNA si differenziano in: ss-DNA (singolo filamento) e ds-DNA (doppio filamento)

I virus a RNA si differenziano in: ss-RNA (singolo filamento) e ds-RNA (doppio filamento)

2) Struttura: virus nudi e virus dotati di envelope

3) Forma:

Virus elicoidali, bastoncino che si ripiega ad elica

Virus poliedrici, solido con molte facce

Virus a strutture complesse, come i batteriofagi. I batteriofagi si differenziano in base al tipo di

replicazione che svolgono (ciclo litico o lisogeno). Sono costituiti da una testa costituita da dal

capside con all’interno DNA a doppio filamento, e una coda rappresentata da una guaina, fibre

(recettori), piastra basale e spine della coda (per ancorare).

4) Baltimore: virus a DNA (1a classe, 2a classe e 7a classe) virus a RNA (3a classe, 4a classe, 5a classe e 6a

classe)

Genoma e

capside

originano il

nucleocapside

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I VIRUS

LA STRUTTURA E LE CARATTERISTICHE DEI VIRUS I virus sono microrganismi di dimensioni comprese fra i 20 e 100nm, invisibili al microscopio ottico. La struttura dei virus è estremante semplice, per questo motivo non sono inseriti in nessuno dei domini o dei regni in cui sono suddivisi gli organismi viventi. In microbiologia vengono definiti come “microrganismi acellulari”, alcuni scienziati non reputano questa espressione corretta e li classificano come non viventi. I virus sono parassiti endocellulari obbligati, a causa della loro costituzione. Le particelle virali sono chiamate virioni , costituiti da:

1. Acido nucleico: DNA o RNA I virus a DNA si differenziano in: ss-DNA (singolo filamento) e ds-DNA (doppio filamento) I virus a RNA si differenziano in: ss-RNA (singolo filamento) e ds-RNA (doppio filamento).

Capside , un rivestimento più esterno di natura proteica costituito da unità dette capsomeri. La struttura del capside determina la forma del virus (questa caratteristica morfologica viene utilizzata per classificarli):  Virus elicoidali, bastoncino che si ripiega ad elica  Virus poliedrici, solido con molte facce.  Virus a strutture complesse, come i batteriofagi.
Pericapside o envelope , non è caratteristico di tutti i virus. Si tratta di un rivestimento ulteriore al capside, di natura lipoproteica e glucidica. Il Pericapside si origina da residui della membrana della cellula ospite infettata da cui il virione è fuoriuscito.
Proteine spike/Spicole , si tratta di proteine antigeniche che sporgono dalla superficie del pericapside e che possono essere utilizzate per ancorarsi alle cellule ospiti. I virus sono definiti “nudi” quando sono provi di envelope. SINTESI CLASSIFICAZIONE DEI VIRUS I virus vengono classificati per vari aspetti:

Acido nucleico: DNA o RNA I virus a DNA si differenziano in: ss-DNA (singolo filamento) e ds-DNA (doppio filamento) I virus a RNA si differenziano in: ss-RNA (singolo filamento) e ds-RNA (doppio filamento)
Struttura: virus nudi e virus dotati di envelope
Forma:  Virus elicoidali, bastoncino che si ripiega ad elica  Virus poliedrici, solido con molte facce  Virus a strutture complesse, come i batteriofagi. I batteriofagi si differenziano in base al tipo di replicazione che svolgono (ciclo litico o lisogeno). Sono costituiti da una testa costituita da dal capside con all’interno DNA a doppio filamento, e una coda rappresentata da una guaina, fibre (recettori), piastra basale e spine della coda (per ancorare).
Baltimore: virus a DNA (1a^ classe, 2a^ classe e 7a^ classe) virus a RNA (3a^ classe, 4a^ classe, 5a^ classe e 6a classe) Genoma e capside originano il nucleocapside

GLI ENZIMI PER LA RIPRODUZIONE DEI VIRONI Fuori dalle cellule ospiti, i virioni sono inerti e dunque incapaci di riprodursi. I virus devono introdursi in una cellula per riprodursi, sfruttando gli organuli e il corredo enzimatico delle cellule parassitate, infatti il loro corredo enzimatico è estremamente povero. Alcuni virus però possiedono gli enzimi fondamentali per replicarsi (es: alcuni batteriofagi presentano un enzima simile al lisozima per penetrare e fuoriuscire attraverso la parete cellulare). I virus a RNA possiedono la RNA replicasi che permette al virus di ottenere a partire dall’RNA un filamento di mRNA. Il filamento di mRNA viene impiegato sia per la sintesi delle proteine virali, sia come stampo per nuove copie. I retrovirus (es: HIV) possiedono la DNA polimerasi (trascrittasi inversa) RNA-dipendente che catalizza la sintesi di c-DNA usando come stampo una molecola di RNA. Il c-DNA si può integrare nel DNA della cellula parassitata per ottenere nuove copie di RNA virale. L’utilizzo del corredo enzimatico della cellula ospite da parte del virus, motiva le difficoltà dei farmaci antivirali , questi infatti potrebbero interferire con i processi metabolici della cellula ospite. Una volta che il virus si è riprodotto, la cellula ospite libera i nuovi virus che sono pronti a infettare altre cellule. La cellula parassitata viene distrutta dal sistema immunitario o dal processo di replicazione del virus. CARATTERISTICHE GENOMA VIRALE L’acido nucleico del virus può essere costituito da: DNA o RNA  I virus a DNA si differenziano in: ss-DNA (singolo filamento) e ds-DNA (doppio filamento)  I virus a RNA si differenziano in: ss-RNA (singolo filamento) e ds-RNA (doppio filamento) Solo pochi virus presentano entrambi i tipi di acido nucleico, ma li usano in fasi diversi del ciclo vitale. Spesso i genomi virali sono di piccole dimensioni e contengono un numero di geni non sufficiente per la sintesi delle proteine necessarie al virus. In questi casi si verifica il fenomeno dei geni sovrapposti , in cui alcune sequenze vengono lette più di una volta, ma con ordine diverso. Gli amminoacidi sono codificati da triplette, quindi ogni sequenza può essere letta in tre diversi modi, a seconda che la lettura della tripletta inizi con la prima, seconda o terza base. In questo modo la sequenza amminoacidica viene letta in modo completamente diverso rispetto alla sequenza originale, dunque gli amminoacidi codificati saranno diversi. N.B: Lettura originale codifica delle proteine Lettura 1 con scivolamento codifica altre proteine, DIVERSE dalle prime Lettura 2 con scivolamento codifica ancora altre proteine, DIVERSE dalle prime e dalle seconde REPLICAZIONE VIRUS ANIMALI I virus, in quanto parassiti endocellulari obbligati, devono penetrare all’interno di cellule ospiti per potersi riprodurre. Il processo di replicazione virale segue uno schema fisso generale, dunque possiamo prendere come esempio quanto avviene in una cellula animale infettata da virus:

ADSORBIMENTO: i recettori posti sulle cellule animali sono componenti proteici o glicoproteici della membrana plasmatica a cui si legano i virus. Nel caso dei batteriofagi essi possiedono le fibre caudali per facilitare l’’ancoraggio.

Liberazione o rilascio: i virioni completamente assemblati abbandonano la cellula batterica per lisi (ad opera dell'enzima lisozima). Una volta fuoriusciti i batteriofagi attaccano altre cellule e il ciclo litico può ripetersi. CICLO LISOGENO Alcuni batteriofagi, come il fago lambda a doppio filamento di DNA, che infetta E. Coli, innescano nell'organismo un ciclo litico, o un ciclo lisogeno. Se avviano un ciclo lisogeno si comportano come fagi lisogeni detti anche temperati, che integrano il loro DNA in quello dell'ospite e avviano un ciclo lisogeno, trasformando l'ospite in una cellula lisogena. La condizione di lisogenia dipende da proteine che fungono da repressori, dunque se il repressore viene inattivato il virus avvierà un ciclo litico. Il ciclo vitale del fago lambda si svolge come segue:

Il DNA fagico penetra in Escherichia coli cambiando la forma da lineare a circolare. Una volta penetrato l'acido nucleici, potrebbe avviarsi o un ciclo litico (replicazione del DNA e dei nuovi virioni) o il DNA fagico potrebbe essere integrato nel cromosoma batterico. L'acido nucleico viene integrato come profago tra il gene del galattosio e la biotina.
Il profago viene trasmesso alla progenie, ma rimane latente.
In seguito all'esposizione di alcuni fattori (es: sostanze chimiche, radiazioni UV) il profago potrebbe innescare il ciclo litico e dunque diventare attivo. La presenza del profago nel cromosoma batterico provoca la conversione fagica : i batteri patogeni sono in grado di produrre le loro tossine solo se è integrato un fago temperato che contiene il gene che si occupa di codificare la tossina. Altra conseguenza del ciclo lisogeno è la trasduzione specializzata , che si verifica nelle condizioni in cui il profago si attiva (e di conseguenza viene avviato un ciclo litico). Dunque, se termina la condizione di latenza, il profago (il materiale genetico del batteriofago) viene attivato e rimosso dal cromosoma batterico per essere replicato e inserito nei nuovi virus. Quando viene rimosso, può trascinare con sé alcune sequenze di DNA batterico, tali sequenze di DNA batterico vengono trasferite alle nuove cellule batteriche infettate attraverso i nuovi virioni sintetizzati. I geni batterici trasferiti possono conferire nuove caratteristiche o proprietà alle cellule batteriche riceventi. Alcuni virus animali, fra cui i virus oncógeni si comportano come i fagi lisogeni, rimanendo per lunghi periodi allo stato di latenza, in condizioni normali restano sempre repressi, senza replicazione e senza provocare malattie. SCHEMA DI CLASSIFCAZIONE DI BALTIMORE Il biologo statunitense David Baltimore ha elaborato uno schema per classificare i virus in base alla loro struttura e al legame fra genoma virale e il suo mRNA. Per convenzione al mRNA è attribuito un orientamento positivo. Il DNA o RNA a filamento singolo sono distinti in:  Filamento a polarità positiva (+) ha lo stesso orientamento del mRNA;  Filamento a polarità negativa (-) è complementare alla sequenza dell’mRNA; VIRUS A DNA: I virus a DNA si classificano in:  1° classe (doppio filamento), producono il loro filamento di mRNA trascrivendo il filamento a polarità negativa. Quindi, il filamento negativo verrà utilizzato per la sintesi delle proteine (trascrizione dell’mRNA) mentre il filamento positivo è impiegato per replicare il DNA virale.  2° classe (singolo filamento positivo), questi virus presentano un solo filamento positivo, quindi il filamento complementare (-) viene prodotto dalla cellula. Si ottiene un intermedio dsDNA, detto forma replicativa. Dei due filamenti il negativo viene utilizzato per trascrivere mRNA (sintesi delle proteine), mentre quello positivo diventa il nuovo genoma.

 7° classe (singolo filamento negativo), questi virus presentano un solo filamento negativo utilizzato per la sintesi dell’mRNA (+), questo presenta la particolarità di essere lungo quanto tutto il genoma. L’mRNA che è stato sintetizzato viene impiegato per la sintesi delle proteine, e per ottenere dei filamenti negativi (replicazione) attraverso la trascrizione inversa ad opera dell’enzima trascrittasi. VIRUS A RNA: I virus a RNA si classificano in:  3° classe (doppio filamento), questi virus presentano un doppio filamento di RNA, il filamento con polarità positiva funge da mRNA, questo ha una duplice funzione: sintesi delle proteine (trascrizione) e funge da stampo per la sintesi del filamento con polarità negativa (replicazione) ad opera dell’enzima RNA-replicasi. Questa classe comprende pochi virus, il più importante di questi, e l’unico che infetta l’uomo è il virus dell’Epatite B.  4° classe (singolo filamento positivo), questi virus presentano un singolo filamento positivo, il quale funge da stampo per la sintesi del filamento a polarità negativa ad opera dell’enzima RNA-replicasi. Il filamento a polarità negativa funge da stampo per la sintesi dell’mRNA e per la replicazione dell’acido nucleico (viene sintetizzato il filamento +);  5° classe (singolo filamento negativo), questi virus presentano un singolo filamento negativo, da questo attraverso RNA-replicasi si ottiene il filamento positivo. Il filamento positivo ottenuto funge da mRNA per la replicazione dell’acido nucleico;  6° classe (singolo filamento positivo, retrovirus), questi virus non presentano l’enzima RNA-replicasi ma l’enzima trascrittasi inversa. Il filamento di RNA a polarità positiva, attraverso la trascrittasi inversa, sintetizza un filamento di DNA a polarità negativa, da questo per complementarietà otteniamo un filamento di DNA a polarità positiva. I due filamenti di DNA (+ e -) ottenuti vengono legati, il DNA completo che si forma si inserisce nel cromosoma della cellula. A partire da questo DNA si ottengono tante copie di mRNA (+) che serve per la sintesi proteica e per la replicazione dell’acido nucleico (filamento a polarità positiva). RASSEGNA DEI PRINCIPALI TIPI DI VIRUS Gli schemi adottati per la classificazione dei virus sono quello proposto dal ACTV e la classificazione di Baltimore. I criteri per la classificazione tengono conto del tipo di acido nucleico, la struttura riproduttiva, la diversità degli ospiti e la struttura del virione.  Vengono classificati in virus a DNA:  DNA a doppio filamento (1° classe) esempi: adenoviridae, papillomaviridae, herpesviridae;  DNA singolo filamento (2° classe) esempi: parvoviridae;  DNA singolo filamento con intermedio a RNA (7° classe) esempi: hepadnaviridae;  Virus a RNA:  RNA a doppio filamento (3° classe) esempi: reoviridae.  RNA a singolo filamento con polarità positiva (4° classe) esempi: coronavirus; I Coronavirus sono dei virus con capside elicoidale e pericapside con evidenti protuberanze di natura glicoproteica. Un coronavirus è stato l'agente eziologico della SARS una polmonite che ha causato un'epidemia e per la quale si potrebbe essersi verificato un salto di specie dal pipistrello all'uomo.  RNA a polarità negativa (5° classe) esempi: virus dell'influenza umana, virus della rabbia.  Virus a RNA a singolo filamento con polarità positiva con intermedio a DNA (6° classe) esempi: retrovirus con polarità positiva. LE DIFESE DELLE CELLULE DAGLI ATTACCHI VIRALI Le endonucleasi di restrizione (forbici molecolari) sono enzimi che tagliano gli acidi nucleici virali riducendolo a frammenti di sequenze di basi azotate e vengono utilizzate dai batteri per neutralizzare i batteriofagi.

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