I VIRUS

Cosa sono i virus?

I virus sono parassiti endocellulari obbligati, poiché per completare il loro ciclo vitale devono entrare in una cellula di un altro organismo e sfruttarne i macchinari biologici. 

Possono infettare qualsiasi cellula, sia essa animale, vegetale o batterica. I virus che infettano i batteri sono chiamati batteriofagi o, più brevemente, fagi (dal greco “mangiare”).

Alcuni virus possono causare gravi patologie nell’uomo, negli altri animali e nelle piante, da cui deriva il nome latino “virus”, che significa “veleno”. 

I virus che attaccano le cellule delle piante vengono trasmessi attraverso il morso degli insetti e possono provocare gravi danni ai raccolti. In genere, i virus delle piante non causano la morte delle piante, ma ne limitano la crescita, inducono cambiamenti di colore (come il virus del mosaico del tabacco) oppure provocano la comparsa di striature sulle foglie o sui petali, alterando la superficie fogliare.

Organizzazione strutturale dei virus

I virus non hanno un’organizzazione cellulare, ma macromolecolare. Non sono capaci di svolgere attività biosintetiche (poiché privi di ribosomi) e metaboliche. Per tali ragioni, si trovano al confine tra esseri viventi e non viventi. La definizione più moderna dei virus è quella di elementi genetici mobili, in quanto trasportano, all’interno di un involucro proteico detto capside, una molecola di acido nucleico (che può essere DNA o RNA) che, una volta iniettata nella cellula ospite, ne riprogramma le funzioni e gestisce gli enzimi coinvolti nei processi trascrizionali e traduzionali, per produrre un gran numero di nuovi virus che vengono poi rilasciati all’esterno.

Dimensioni dei virus

Ogni virus presenta una forma extracellulare, metabolicamente inerte, detta virione, che è responsabile del riconoscimento della cellula ospite, nella quale inietta l’acido nucleico, dando inizio alla fase intracellulare del suo ciclo vitale, che coincide con il processo infettivo vero e proprio. I virus nella loro forma extracellulare presentano forme e dimensioni diverse. 

Sono più piccoli delle cellule batteriche e le loro dimensioni variano tra 20 e 300 nanometri. Solo il microscopio elettronico, a partire dagli anni '40 del secolo scorso, ne ha consentito l’osservazione.

Struttura dei virus

Il virione è l’insieme di acido nucleico e capside, cioè il nucleocapside. Il capside è composto da più subunità proteiche che, una volta prodotte nella cellula ospite, sono in grado di assemblarsi spontaneamente. 

I virus si dividono in:

• Nudi: dotati solo di nucleocapside;
• Rivestiti: il loro nucleocapside è racchiuso da una membrana formata da un doppio strato lipidico, derivata dalla cellula ospite, in cui sono inserite glicoproteine (chiamate spicole) virus-specifiche, di fondamentale importanza per il riconoscimento delle cellule ospiti e il rilascio delle nuove particelle virali. Questo ulteriore rivestimento è detto pericapside o envelope.

 Molti virus che infettano le cellule animali, alcuni delle piante e uno batterico sono dotati di envelope.

Simmetria dei virus

La disposizione delle subunità proteiche del capside dà luogo a simmetrie diverse, utili nell’identificazione e classificazione dei virus. 

Le simmetrie principali sono due:

Elicoidale: i virus a simmetria elicoidale sono di forma bastoncellare, come il virus del mosaico del tabacco (TMV);

Icosaedrica: la simmetria icosaedrica conferisce una forma sferica, tipica degli adenovirus, responsabili di infezioni nelle vie respiratorie nell’uomo e negli animali.

Esistono simmetrie più complesse, tipiche di molti batteriofagi, in cui si distinguono più parti, come una testa e una coda, ognuna con una propria organizzazione.

Classificazione  dei  virus 

Esistono diversi criteri di classificazione dei virus. Il sistema messo a punto dal medico Baltimore nel 1971 identifica 7 classi virali, distinte in base alla tipologia di acido nucleico (DNA o RNA), alla presenza del doppio o del singolo filamento e alle conseguenti strategie di replicazione. Nel caso di genomi a RNA a singolo filamento, questo può essere a senso positivo o negativo a seconda se può fungere o meno da RNA messaggero (mRNA). Alcuni virus utilizzano entrambe le tipologie di acido nucleico, ma in momenti diversi del ciclo replicativo (classi VI e VII).

Attualmente, ad occuparsi della nomenclatura e della classificazione dei virus è l’ICTV (Commissione Internazionale per la Tassonomia dei Virus), che segue gli stessi criteri usati nella tassonomia dei viventi, raggruppando i virus nelle categorie Ordine, Famiglia, Sottofamiglia, Genere e Specie. 

Nella classificazione dei virus, oltre alla tipologia di acido nucleico, si prendono in considerazione anche il tipo di organismo infettato, la morfologia e la simmetria del capside, e il meccanismo di replicazione.

Lo spettro d’ospite

La tipologia di organismi riconosciuti e infettati da un dato virus è detta spettro d’ospite. In genere, vi è un’elevata specificità tra virus e tipo di organismo infettato. Nel caso di organismi pluricellulari (piante e animali), i virus riconoscono solo alcuni tipi di cellule o tessuti. Questa affinità tessuto-specifica è detta tropismo e dipende dall’interazione tra molecole della superficie virale e di quella cellulare nella fase di riconoscimento della cellula ospite. 

Esempi:

• I poliovirus infettano e distruggono alcuni tipi di cellule nervose
• i rhinovirus (responsabili del comune raffreddore) si moltiplicano nel tratto respiratorio superiore perché adattati alle condizioni di bassa temperatura ed elevata disponibilità di ossigeno
• gli enterovirus prediligono le vie intestinali
• il virus dell’HIV, responsabile dell’immunodeficienza acquisita (AIDS), agisce selettivamente sui linfociti T.

Fanno eccezione alcuni virus in grado di infettare organismi, anche non evolutivamente correlati tra di loro.

FASI DELL'INFEZIONE VIRALE

1.  Attacco  o adsorbimento  è  la  fase  di adesione alla cellula ospite, tramite interazione tra molecole del capside o dell’envelope, definite nel complesso anti-recettori, e i recettori della cellula-bersaglio (lipidi, proteine, carboidrati, glicoproteine e glicolipidi). Alcuni farmaci antivirali agiscono proprio sugli anti-recettori dei virus, impedendone la penetrazione nella cellula. A volte, però, il virus è altamente mutabile e variabile, in quanto varia le proprie molecole superficiali, per cui occorre mettere a punto sempre  nuovi vaccini oppure nuovi farmaci antivirali più efficaci. Esempi sono: il virus HIV, i virus influenzali, il Coronavirus responsabile del COVID-19.
2. Penetrazione. I virus degli animali entrano nella cellula-ospite soprattutto tramite endocitosi o fusione con la membrana plasmatica. Raramente viene iniettato solo l’acido nucleico. In genere, l’envelope, se presente, viene perso dopo la fusione con la membrana plasmatica oppure viene degradato dagli enzimi lisosomiali, che si fondono con le vescicole endocitotiche. Il capside viene rimosso nel citoplasma o al contatto con la membrana nucleare. Invece, la modalità di penetrazione dei batteriofagi è più complessa. Questi virus aderiscono alla superficie batterica tramite le spine caudali che successivamente si contraggono, avvicinando la parte terminale della coda alla parete batterica. Un enzima crea un poro e, grazie alla contrazione della coda, l’acido nucleico viene iniettato nella cellula. Nei virus delle piante, l’introduzione nelle cellule avviene tramite la proboscide degli insetti che si nutrono dei fluidi vegetali.
3. Replicazione: sintesi dell’acido nucleico e delle proteine. Nel caso dei virus a DNA, gli enzimi cellulari catalizzano la replicazione del DNA virale, producendo numerose copie del genoma, mentre i ribosomi si occupano della sintesi delle proteine del capside.  Invece, nel caso dei virus a RNA deve avvenire prima trascrizione inversa o retrotrascrizione, ossia a partire da uno stampo a RNA viene prodotta una molecola di DNA complementare (cDNA) e poi si potrà avviare la replicazione. A occuparsi della trascrizione inversa è un enzima presente nel virione stesso, la trascrittasi inversa o retrotrascrittasi. Un esempio sono i retrovirus, che hanno un genoma a RNA a polarità positiva e possono causare tumori nell’uomo e negli animali, come il virus HIV. Dopo la penetrazione, il genoma a RNA viene retrotrascritto in DNA a doppio filamento, che si integra nel genoma della cellula-ospite. Attraverso la trascrizione regolare, vengono prodotti vari RNA utilizzati sia come messaggeri per la sintesi proteica sia come genoma delle nuove particelle virali.
4. Assemblaggio dei virioni. Vengono assemblati i capsidi e, se presente, l'envelope per creare nuovi virioni. L’acido nucleico viene introdotto all’interno dei capsidi (impacchettamento).
5. Rilascio. Nel caso dei batteriofagi, i nuovi virioni assemblati nella cellula ospite vengono rilasciati a seguito della lisi e della morte della cellula. Anche i virus animali possono adottare questa strategia, ma nella maggior parte dei casi, soprattutto se rivestiti, fuoriescono per gemmazione. Questo processo può avvenire lentamente, per cui la cellula resta viva per molto tempo e si parla di infezione persistente. Il ciclo vitale dei batteriofagi può essere di tipo litico o lisogeno.

 Tabella di confronto tra il ciclo litico e il ciclo lisogeno:

Caratteristica	Ciclo Litico	Ciclo Lisogeno
Definizione	Processo in cui il virus distrugge la cellula ospite	Processo in cui il virus integra il suo DNA nell’ospite
Risultato finale	Lisi e morte della cellula ospite	Cellula ospite sopravvive e continua a replicarsi
Durata	Relativamente breve	Può durare a lungo
Stato del DNA virale	Rimane separato dal DNA dell’ospite	Integrato nel DNA dell’ospite
Produzione di nuovi virus	Sì, immediatamente	No, fino all’attivazione del ciclo litico
Esempio di virus	Batteriofago T4	Batteriofago lambda

Fonti:
www.chimica-online.it

www.wikipedia.it