Virus e Batteri: Struttura, Riproduzione e Classificazione | Dispense di Biologia

I VIRUS

Un virus (che in latino significa «veleno») è un agente infettivo, non propriamente vivo, ma in grado di causare

malattie agli organismi viventi.

I virus sono particelle subcellulari formati da un involucro proteico (capside) formato da tante subunità (capsomeri)

di una stessa proteina. Alcuni virus possiedono all'esterno del capside uno strato di protezione lipidico che il virus

asporta dalla membrana della cellula infettata, quando, alla fine del ciclo infettivo, la cellula si rompe e libera le

nuove unità di virus replicatesi. All'interno dell'involucro vi è un acido nucleico, che può essere DNA o RNA, mai

entrambi.

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.

Tipo a DNA:

•DNA a singola elica

•DNA a doppia elica

•DNA a doppia elica <--- intermedio a R.N.A ---> replicazione (i virus con questo tipo di genoma sono detti

epadnavirus)

Tipo a RNA:

•RNA a singola elica

•RNA a doppia elica

•RNA a singola elica <--- intermedio a D.N.A. ---> replicazione (i virus con questo tipo di genoma sono detti

retrovirus)

Per le loro ridotte dimensioni, che variano dai 17 ai 300 nanometri, i virus possono essere osservati soltanto al

microscopio elettronico.

I virus hanno forme e comportamenti diversissimi. Esistono virus per ogni tipo di organismi viventi: ci sono virus

degli animali, dei vegetali, ma perfino i batteri hanno le loro malattie virali. In tutti i casi, l’infezione da virus prevede

che esso porti all’interno della cellula infettata il suo acido nucleico, così da potere usare le strutture e l’energia della

cellula per riprodursi.

Classificazione dei virus

I virus sono classificati, secondo il tipo di acido nucleico presente, in DNA virus o RNA virus. In base agli organismi

che vanno a infettare, si possono dividere in virus veri e propri, che possono infettare cellule eucarioti, e in virus

batteriofagi o fagi, che infettano cellule procarioti batteriche.

I virus veri e propri hanno generalmente forma di icosaedro (un poliedro a venti facce) e includono i virus del

raffreddore, delle verruche, della poliomielite. I virus parassiti di cellule vegetali hanno invece per lo più forma

allungata o sferica.

I fagi hanno una struttura più complessa, in cui si possono riconoscere cinque parti, costituite da altrettante proteine:

testa, stilo, guaina contrattile, piastra basale, fibre della coda.

Le modalità di moltiplicazione sono:

1. il virus entra in contatto con la cellula ospite;

2. penetrazione nel virus nella cellula ospite ed esposizione degli acidi nucleici virali;

3. sintesi del DNA o RNA, delle proteine e delle macromolecole specifiche;

4. assemblaggio dei nuovi virus e fuoriuscita dalla cellula ospite;

Cicli infettivi

I virus si riproducono solo all'interno di una cellula ospite: l'involucro proteico è specializzato per legarsi a un dato

gruppo molecolare sulla superficie di una specifica cellula ospite.

Alcuni virus, per esempio i fagi, iniettano nella cellula ospite solo l'acido nucleico virale; in altri casi, il virus penetra

interamente nella cellula e successivamente si libera dell'involucro, che può essere digerito dagli enzimi dell'ospite. Il

materiale genetico del virus si integra con quello dell'ospite, che è costretto in questo modo a "leggere" anche le

informazioni genetiche virali e a produrre quindi i diversi componenti virali che verranno poi assemblati

rapidamente; i nuovi virus fuoriescono dalla cellula, distruggendola, e invadono le cellule vicine.

In alcuni DNA virus, il doppio filamento di DNA iniettato nella cellula viene duplicato immediatamente e il processo si

conclude con la disgregazione, o lisi, della cellula e la formazione dei nuovi virus (ciclo litico). In altri virus, il DNA

integrato in quello dell'ospite rimane quiescente per un certo tempo, partecipando inattivamente alla crescita e alla

divisione della cellula (ciclo lisogenico); solo successivamente avvia un ciclo litico con la distruzione della cellula.

Negli RNA virus il materiale genetico, prima di poter essere introdotto nella cellula ospite, deve essere copiato in una

molecola di DNA: questo avviene mediante un enzima, detto trascrittasi inversa. Uno dei più noti RNA virus è il

retrovirus HIV, responsabile della sindrome da immunodeficienza acquisita, o AIDS.

[I virus influenzali sono 4: A, B, C e thogotovirus. Il più pericoloso è quello di tipo A, che è veicolato dagli uccelli ed è

in grado di causare pandemie.]

Il ciclo litico e il ciclo lisogeno sono i due modi in cui i virus sopravvivono utilizzando le cellule. Entrambi i cicli

cominciano con l'iniezione dell'acido nucleico virale nella cellula ospite. Questa fase rappresenta un bivio tra i due

possibili cicli.

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I VIRUS

Un virus (che in latino significa « veleno ») è un agente infettivo, non propriamente vivo, ma in grado di causare malattie agli organismi viventi. I virus sono particelle subcellulari formati da un involucro proteico ( capside ) formato da tante subunità ( capsomeri ) di una stessa proteina. Alcuni virus possiedono all'esterno del capside uno strato di protezione lipidico che il virus asporta dalla membrana della cellula infettata, quando, alla fine del ciclo infettivo, la cellula si rompe e libera le nuove unità di virus replicatesi. All'interno dell'involucro vi è un acido nucleico, che può essere DNA o RNA , mai entrambi. 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. Tipo a DNA:

DNA a singola elica
DNA a doppia elica
DNA a doppia elica <--- intermedio a R.N.A ---> replicazione (i virus con questo tipo di genoma sono detti epadnavirus) Tipo a RNA:
RNA a singola elica
RNA a doppia elica
RNA a singola elica <--- intermedio a D.N.A. ---> replicazione (i virus con questo tipo di genoma sono detti retrovirus) Per le loro ridotte dimensioni, che variano dai 17 ai 300 nanometri, i virus possono essere osservati soltanto al microscopio elettronico. I virus hanno forme e comportamenti diversissimi. Esistono virus per ogni tipo di organismi viventi: ci sono virus degli animali, dei vegetali, ma perfino i batteri hanno le loro malattie virali. In tutti i casi, l’infezione da virus prevede che esso porti all’interno della cellula infettata il suo acido nucleico, così da potere usare le strutture e l’energia della cellula per riprodursi. Classificazione dei virus I virus sono classificati, secondo il tipo di acido nucleico presente, in DNA virus o RNA virus. In base agli organismi che vanno a infettare, si possono dividere in virus veri e propri, che possono infettare cellule eucarioti, e in virus batteriofagi o fagi , che infettano cellule procarioti batteriche. I virus veri e propri hanno generalmente forma di icosaedro (un poliedro a venti facce) e includono i virus del raffreddore, delle verruche, della poliomielite. I virus parassiti di cellule vegetali hanno invece per lo più forma allungata o sferica. I fagi hanno una struttura più complessa, in cui si possono riconoscere cinque parti, costituite da altrettante proteine: testa, stilo, guaina contrattile, piastra basale, fibre della coda. Le modalità di moltiplicazione sono:

il virus entra in contatto con la cellula ospite;
penetrazione nel virus nella cellula ospite ed esposizione degli acidi nucleici virali;
sintesi del DNA o RNA, delle proteine e delle macromolecole specifiche;
assemblaggio dei nuovi virus e fuoriuscita dalla cellula ospite; Cicli infettivi I virus si riproducono solo all'interno di una cellula ospite: l'involucro proteico è specializzato per legarsi a un dato gruppo molecolare sulla superficie di una specifica cellula ospite. Alcuni virus, per esempio i fagi, iniettano nella cellula ospite solo l'acido nucleico virale; in altri casi, il virus penetra interamente nella cellula e successivamente si libera dell'involucro, che può essere digerito dagli enzimi dell'ospite. Il materiale genetico del virus si integra con quello dell'ospite, che è costretto in questo modo a "leggere" anche le informazioni genetiche virali e a produrre quindi i diversi componenti virali che verranno poi assemblati rapidamente; i nuovi virus fuoriescono dalla cellula, distruggendola, e invadono le cellule vicine. In alcuni DNA virus, il doppio filamento di DNA iniettato nella cellula viene duplicato immediatamente e il processo si conclude con la disgregazione, o lisi, della cellula e la formazione dei nuovi virus (ciclo litico). In altri virus, il DNA integrato in quello dell'ospite rimane quiescente per un certo tempo, partecipando inattivamente alla crescita e alla divisione della cellula (ciclo lisogenico); solo successivamente avvia un ciclo litico con la distruzione della cellula. Negli RNA virus il materiale genetico, prima di poter essere introdotto nella cellula ospite, deve essere copiato in una molecola di DNA: questo avviene mediante un enzima, detto trascrittasi inversa. Uno dei più noti RNA virus è il retrovirus HIV, responsabile della sindrome da immunodeficienza acquisita, o AIDS. [I virus influenzali sono 4: A, B, C e thogotovirus. Il più pericoloso è quello di tipo A, che è veicolato dagli uccelli ed è in grado di causare pandemie.] Il ciclo litico e il ciclo lisogeno sono i due modi in cui i virus sopravvivono utilizzando le cellule. Entrambi i cicli cominciano con l'iniezione dell'acido nucleico virale nella cellula ospite. Questa fase rappresenta un bivio tra i due possibili cicli.

Il virus compie un ciclo litico, cioè si riproduce immediatamente, uccidendo la cellula ospite che va incontro a lisi (si rompe), liberando la progenie del fago. Un virus che si riproduce esclusivamente attraverso il ciclo litico viene definito virulento. Dopo che un virus virulento si è legato a un batterio e vi ha iniettato il proprio acido nucleico, quest’ultimo assume il controllo dell’attività metabolica dell’ospite. Il virus compie un ciclo lisogeno, cioè posticipa la riproduzione inserendo il proprio acido nucleico nel genoma della cellula ospite. In questo caso il batterio infettato non va incontro a lisi e ospita, invece, l’acido nucleico virale nel proprio genoma. I batteri che ospitano particelle virali non litiche sono detti batteri lisogeni e i virus vengono definiti temperati. Nei batteri lisogeni il DNA fagico si integra nel cromosoma batterico. Il virus così integrato è un’entità non infettiva e viene denominato profago. Il profago può rimanere inattivo all’interno del genoma batterico per molti cicli di divisione cellulare. Però, a volte, un batterio lisogeno può essere indotto ad attivare il proprio profago. Tale attivazione dà origine a un ciclo litico, in cui il profago abbandona il cromosoma batterico e produce nuove particelle virali.

I BATTERI

I batteri sono microrganismi monocellulari appartenenti al dominio dei procarioti. Invisibili a occhio nudo, i batteri sono nell'ordine del micrometro, che è la milionesima parte del metro; in genere oscillano tra 0,2 e 10 μm. I batteri, infatti, vengono classificati anche in base alla loro forma:

• i cocchi , a forma sferica (come l'acetobatterio , che trasforma il vino in aceto).

I cocchi possono essere isolati, a coppie( diplococchi ), a catena( streptococchi ), a grappolo( stafilococchi ) oppure a gruppi di otto cellule in uno spazio di forma cubica( sarcine );

• gli spirilli, a forma spirale (come la specie Treponema denticola , che produce la placca dentaria nell'uomo);

• i bacilli, forma cilindrica (ne fa parte la specie Escherichia coli , presente nell'intestino degli animali a sangue

caldo). I bacilli possono trovarsi isolati, a coppie( diplobacilli ) o a catena(s treptobacilli ).

• i vibrioni , a forma di virgola.

Classificazione I batteri possono essere anche classificati in base alla temperatura alla quale possono crescere; si distinguono i batteri criofili (si sviluppano in modo ottimale a temperature che oscillano fra i 15 e i 20 °C, ma sono in grado di moltiplicarsi anche a temperature decisamente più basse, fino a -7 °C), mesofili (prediligono ambienti in cui la temperatura oscilla fra i 20 e i 40°C; questi batteri non sono in grado di svilupparsi a temperature molto basse), e termofili (trovano il loro ambiente ideale di sviluppo quando la temperatura è superiore ai 40 °C). Un’altra modalità di classificazione importante è quella basata sulla reazione alla colorazione di Gram (un esame di laboratorio messo a punto da un medico danese, H. J. C. Gram); secondo questo criterio si distinguono batteri gram- positivi(anche Gram+) diventano viola e gram-negativi(Gram-) diventano rossi..Perché alcuni batteri si colorano di viola e altri di rosso? La differenza è dovuta alla diversa struttura della parete cellulare. Nei batteri gram+ la parete cellulare è formata da uno spesso strato di peptidoglicano , che assorbe il colore; in quelli gram −, invece, la parete risulta più sottile e più permeabile ai coloranti che entrano nel citoplasma, il quale assume colorazione rossa. I batteri possono anche essere classificati in base alle modalità di respirazione; si parla quindi di batteri aerobi obbligati stretti dove ricavano l’energia da reazioni di tipo metabolico in cui è necessaria la presenza di ossigeno, batteri anaerobi obbligati stretti sono microrganismi che possono vivere solo in assenza di ossigeno, batteri anaerobi facoltativi sono in grado di sopravvivere anche in mancanza di ossigeno, ma se quest’ultimo è presente la loro crescita ne risente positivamente. In base alle modalità di nutrizione si distinguono batteri autotrofi ed eterotrofi. Gli autotrofi sono batteri in grado di sintetizzare le molecole organiche utilizzando come base di partenza dei composti inorganici, mentre gli eterotrofi riescono solo a metabolizzare composti organici che sono già stati sottoposti a precedenti processi di sintesi. Appartengono alla categoria degli eterotrofi tutti i batteri patogeni e una parte di quelli non patogeni. La stragrande maggioranza dei batteri appartiene al gruppo degli eterotrofi, gruppo che può essere suddiviso in due grandi categorie, quella dei batteri saprofiti (che si cibano di materie vegetali e animali in via di decomposizione) e dei batteri parassiti (che si nutrono utilizzando il metabolismo di altri animali). Il componente prioritario della cellula batterica è l'acqua, che rappresenta l'80% della massa cellulare ed il solvente in cui si disperdono le varie componenti, organiche (lipidi, proteine, polisaccaridi e acidi nucleici) ed inorganiche(minerali come sodio, zinco, fosforo, ferro, calcio e zolfo.). Il batterio è una cellula procariotica e come tale si distingue da quella eucariotica (tipica dell'uomo, ma anche di piante, animali e funghi), innanzitutto per l'assenza di una membrana nucleare. All'interno della cellula batterica avremmo quindi un singolo cromosoma, immerso direttamente nel citoplasma e contenente DNA avvolto in una struttura circolare superspiralizzata. Di solito questo DNA è in stretta associazione con particolari regioni della membrana plasmatica ( MESOSOMI ), dove risiedono gli enzimi per la replicazione batterica e per la produzione di energia (fosforilazione ossidativa). All'interno delle cellule batteriche troviamo i ribosomi, più piccoli di quelli eucariotici e con diversa struttura e costante di sedimentazione [70s nei batteri e 80s negli eucarioti]. Sono costituiti da proteine ed RNA, formatosi a partire dal DNA cromosomico tramite il processo di trascrizione.

Il problema della farmaco-resistenza non è questione da sottovalutare; da anni ormai vengono indette campagne contro l’abuso di antibiotici, abuso ritenuto da molti il maggior responsabile della resistenza dei ceppi batterici anche a farmaci antibiotici di recente formulazione. Nel nostro Paese l’utilizzo degli antibiotici è sensibilmente aumentato negli ultimi anni, tant’è che secondo recenti studi l’Italia è fra i primi Paesi europei nel consumo di tale tipologia di farmaci (ci sono avanti in questa triste classifica soltanto la Grecia e Cipro). Tra l’altro, molto spesso, l’utilizzo di antibiotici viene fatto in modo inutile e inappropriato come quando vi si ricorre per combattere patologie delle prime vie aeree provocate da ceppi virali e non da ceppi batterici. Antibiotico: gli antibiotici sono sostanze elaborate da organismi viventi o prodotte in laboratorio, capaci di determinare la morte dei batteri o di impedirne la crescita. A seconda degli effetti sul microrganismo, gli antibatterici si dividono in:

ANTIBIOTICI BATTERIOSTATICI: bloccano la crescita del batterio, agevolandone l'eliminazione da parte dell'organismo.
ANTIBIOTICI BATTERICIDI: che determinano la morte del batterio. Le combinazioni di più antibiotici possono essere utilizzate per il trattamento di infezioni polimicrobiche , per prevenire la comparsa di microrganismi resistenti, oppure per ottenere un effetto sinergico. Per esempio, si ricorre alla multiterapia nel trattamento dell'AIDS e per i microrganismi che presentano frequenti mutazioni. Gli antibiotici si possono distinguere sulla base del loro bersaglio biologico, quindi sulla capacità di:
inibire la sintesi della parete cellulare (penicilline e cefalosporine)
disgregare la struttura lipidica della parete cellulare (polimixine)
inibire la sintesi agendo sulla sub unità minore (30s) del ribosoma (come la tetraciclia e gli aminoglicosidi, tra cui la ) o su quella maggiore (50s), come il cloramfenicolo ed i macrolidi.
Inibire la sintesi di acidi nucleici agendo sulla duplicazione del DNA (novobiocina) o sulla sua trascrizione in RNA (rifamicine). DIFFERENZA TRA ANTIBIOTICI E CHEMIOTERAPICI : entrambi sono farmaci antibatterici. La differenza, all'origine, si basava sul fatto che i chemioterapici sono farmaci di sintesi, mentre gli antibiotici hanno un'origine naturale; questi ultimi provengono, ad esempio, dal metabolismo di miceti (muffe) o da quello di determinati batteri (streptomiceti). Gli antibiotici rappresentano una categoria farmaceutica in costante evoluzione, per cui molte molecole naturali sono state modificate chimicamente ottenendo nuovi farmaci, detti di semisintesi. Sinergismo e Antagonismo:
CONCETTO DI SINERGISMO: due antibiotici aumentano la propria attività quando vengono utilizzati insieme; essi, infatti, agiscono su due bersagli differenti. Il primo, ad esempio, inibisce la sintesi proteica, mentre il secondo quella degli acidi nucleici.
CONCETTO DI ANTAGONISMO: l'attività di due antibiotici si influenza reciprocamente, come quando agiscono entrambi sullo stesso bersaglio biologico.

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I VIRUS

I BATTERI

• i cocchi , a forma sferica (come l'acetobatterio , che trasforma il vino in aceto).

• gli spirilli, a forma spirale (come la specie Treponema denticola , che produce la placca dentaria nell'uomo);

• i bacilli, forma cilindrica (ne fa parte la specie Escherichia coli , presente nell'intestino degli animali a sangue

• i vibrioni , a forma di virgola.