Virologia: diagnosi delle patologie virali, infezione e risposta immunitaria

Diagnosi eziologica in virologia

Diagnosi: processo di individuazione di una patologia e della sua probabile causa per confermare il sospetto diagnostico formulato dal medico e costituisce un supporto indispensabile per la formulazione della diagnosi clinica di certezza e la scelta di una terapia mirata. In malattie infettive si parla di diagnosi eziologica, quando le procedure di laboratorio sono finalizzate all'identificazione del microrganismo che causa il processo infettivo.

Possiamo utilizzare diversi strumenti per la diagnosi:

• test clinici: sintomatologia del paziente
• test di diagnostica per immagini o radiologica
• test di diagnostica di laboratorio

Processo di infezione virale

Infezione: processo caratterizzato dalla penetrazione e moltiplicazione nei tessuti viventi di microrganismi patogeni come batteri,funghi,protozoi o VIRUS.

Fasi del processo infettivo

1. ingresso
2. impianto e disseminazione locale
3. diffusione agli organi bersaglio
4. MALATTIA: è determinata da una serie di fattori come dose,infettività, virulenza,stato di immunità dell'ospite ( stato di protezione di un organismo nei confronti di agenti infettivi riconosciuti dal sistema come non-self)
5. eliminazione e trasmissione

Sistema immunitario e difesa dalle minacce esterne

Il nostro sistema nel corso del tempo si è evoluto dedicando grande attenzione all'identificazione e alla neutralizzazione delle minacce esterne. Il sistema immunitario è un complesso insieme di cellule e processi che ha lo scopo di proteggerci dalle minacce esterne. Tre linee di difesa:

• barriere fisiche
• risposta infiammatoria
• risposta immunitaria di due tipi: innata, rappresenta la prima linea di difesa (contenimento) e agisce velocemente contro qualsiasi agente esterno ma può essere sopraffatta, acquisita, rappresenta la seconda linea di difesa (risoluzione) e si sviluppa lentamente dopo l'incontro con l'agente patogeno, ha alta specificità ma anche memoria

Pandemia da HIV-1 e zoonosi

Pandemia da HIV-1 Il virus dell'immunodeficienza umana è un retrovirus, virus a RNA dotati di mantello e si replicano mediante trascrizione inversa. Origina nell'africa centrale dagli scimpanzè (SIV).

Zoonosi: trasmissione tra animali e uomo

ZOONOSI: infezioni o malattie che possono essere trasmesse direttamente o indirettamente tra animali e uomo con diversa gravità. Possono essere veicolate da alimenti (salmonellosi,listeriosi) o non veicolate da elementi come ad esempio in maniera:

• vettoriale: dal morso di zecca,zanzara,pulce come la malattia di Lyme, malaria
• contatto diretto o stretta vicinanza

Struttura e caratteristiche dei virus

VIRUS, cosa sono? Sono agenti infettivi di piccole dimensioni e semplice composizione che si possono moltiplicare solo in cellule viventi di animali, piante e batteri basandosi sui processi metabolici della cellula ospite. La cui struttura di base è sostanzialmente costituita da acido nucleico (DNA O RNA) racchiuso da un rivestimento proteico (capside), attuano un parassitismo 1intracellulare obbligato per la mancanza di un complesso enzimatico, non hanno un metabolismo autonomo e ciò li rende dipendenti dal macchinario della cellula ospite.

Virus rivestiti e nudi

In base alla presenza o meno di un doppio strato fosfolipidico (pericapside o envelope) i virus si dividono in rivestiti e nudi. Il genoma del virus è racchiuso nel rivestimento proteico formando il nucleo-capside . Il rivestimento esterno contiene proteine di derivazione cellulare e glicoproteine virus-specifiche,dette antirecettori che hanno il compito di garantire l'ancoraggio del virus, detto anche virione, a specifici recettori della cellula ospite in modo da favorire l'ingresso. Nei virus nudi la funzione di ancoraggio viene svolta dalle proteine del capside. Un virus ha dimensioni dai 20 ai 300 nanometri. Anche se non si riproducono, in determinate condizioni ambientali possono persistere ore al di fuori del corpo. La maggior parte dei virus passa attraverso di noi ma alcuni hanno un ruolo essenziale e benefico per l'organismo ospite e in più il nostro sistema immunitario ci protegge da essi. Ad esempio esistono 8 tipi di herpes virus che infettano l'uomo che,dopo l'infezione primaria, restano latenti all'interno di specifiche cellule ospiti e possono andare incontro a riattivazione.

Spike Glycoprotein (S) RNA and N protein Envelope dime (HE) RNA Envelope (Membrane bilayer) Ribonucleoprotein Matrix Protein

Microbiota e viroma umano

Il microbiota si trova in ogni distretto non sterile, nelle mucose e superfici corporee comunicanti con l'esterno, sono chiamati simbionti perchè vivono in simbiosi con il corpo umano stesso e costituiscono la barriera tra l'ambiente esterno ed interno del nostro organismo. Gli esseri umani in quanto non sterili, presentano un'abbondante; in tal caso si definisce microbiota umano : la comunità microbica che abita il nostro ecosistema umano, cioè il corpo, formatosi con l'evoluzione e che ha facilitato la trasmissione dei microbi da una generazione all'altra. Per microbioma si intende il complesso di tutti i genomi dei microbi di un ecosistema. in particolare, il microbiota intestinale, ovvero l'insieme dei microbi che occupa il tubo digerente, assolve numerose funzioni di primaria impotanza fondamentali per la nostra salute. La flora microbica normale è diminuita nel corso degli anni a causa dell'evoluzione, ma è fondamentale per il nostro organismo, circa un essere umano ha in corso una dozzina di infezioni virali asintomatiche.

Interazione virus-microbiota e retrovirus endogeni

Diversi virus causano una risposta differente nel nostro sistema immunitario,risposte ritenute "positive" per il nostro corpo. I virus appartenenti al viroma umano cambiano comportamento in relazione al microbiota umano nel quale vivono. L'8% del nostro genoma è costituito da HERV: retrovirus umani endogeni., probabilmente si tratta di un accumulo di mutazioni 2questi virus non funzionano più come virus integri ma sono un insieme di parti frammentate. Il gene di un retrovirus, sincytyn permette la formazione della placenta umana.

Caratteristiche dei virus

CARATTERISTICHE DEI VIRUS:

• core: parte centrale costituita dal genoma virale a dna o rna, che è in grado di replicare all'interno della cellula ospite
• capside: rivestimento proteico che racchiude il genoma + enzimi necessari per la replicazione
• il ciclo vitale di un virus fa capo alla cellula ospite per sopravvivere, per la sintesi proteine virali e per replicarsi, per questo utilizza il sistema di replicaz.della cellula ospite. Ciclo vitale 2 fasi: fase intracellulare, in cui si verifica la replicazione delle componenti virali che portano alla formazione di particelle virali complete e la fase extracellulare in cui si ha il virione, particella virale libera e infettante.
• non crescono su terreni di coltura artificiali e presentano uno spettro d'ospite limitato
• agenti infettanti trasmissibili, in grado di sopravvivere solo in virtù di una catena continua di associazioni parassitarie
• nella forma di virione hanno una struttura cristallizzata tipica
• nelle cellule in cui si replicano non sono mai reperibili in forma completa (solo nella fase di rilascio)
• classificazione in base alle vie di espressione del genoma da Baltimore che definiscono anche i cicli di replicazione e si distinguono per le diverse vie di trasferimento dell'informazione dell'acido nucleico incorporato nei virioni

Classificazione di Baltimore

Classificazione tassonomica dei virus (ICTV)

• della classificazione tassonomica dei virus e la denominazione dei taxa virali si fa riferimento al sistema ICTV. Questo si basa su principi di classificazione universali: ordine, famiglia, sottofamiglia, genere, specie. Ad oggi sono state identificate 111 famiglie, di cui 29 fanno parte dei 6 ordini principali, 87 non appartengono a nessun ordine; 26 sottofamiglie,471 generi.

Sistema ICTV: criteri di classificazione gerarchica

CLASSIFICAZIONE GERARCHICA Sistema ICTV classifica i virus in base a:

• proprietà del genoma (acido nucleico,numero filamenti,polarità ... )
• proprietà morfologiche del virione (dimensione,forma,capsomeri)
• proprietà fisiche (T,stabilità al pH,solventi)
• tipo di moltiplicazione
• proprietà biologiche (biochimiche,spettro d'ospite,patogenicità ... )

3Sono stati quindi individuati famiglie,sottofamiglie,generi e specie virali. ulteriori articolazioni in tipi virali possono basarsi sui gradi di similarità del genoma (genotipi) , degli antigeni (sierotipi) e in base alla virulenza.

Classificazione ICTV e Baltimore: criteri attuali

Attuale classificazione ICTV+BALTIMORE:

• tipo di acido nucleico
• simmetria capside
• envelope
• architettura del genoma
• modalità di replicazione
• polimerasi associata al virione
• diametro del virione e n° di capsomeri
• dimensioni del genoma

Virus a DNA e RNA: differenze e caratteristiche

In base al tipo di acido nucleico di cui è provvisto il virus, questi si dividono in: virus a RNA o ribovirus (maggiore variabilità) e virus a DNA o deossiribovirus (minore variabilità).

Deossiribovirus: tipi di DNA e dimensioni del genoma

Nei Deossiribovirus il DNA può essere:

• doppia elica lineare
• doppia elica circolare (Papovavirus)
• parzialmente doppia elica circolare, parzialmente bicatenario (Hepadnavirus)
• singola elica lineare, monocatenario (Parvovirus)
• singola elica circolare (circovirus)

I virus animali hanno tutti un genoma aploide a doppio filamento. La molecola di DNA può avere dimensioni variabili -> da 5 kb a 370 kb.

Complessità del genoma e dipendenza dalla cellula ospite

La grandezza del genoma dà la misura della complessità del virus e della sua replicazione, in termini di grado di dipendenza del sistema replic. della cellula ospite.

• Un genoma grande caratterizza virus piuttosto autonomi che si affidano poco alla produzione di enzimi specifici da parte della cellula.
• un genoma piccolo sfrutta il macchinario replicativo della cellula ospite, quindi più dipendente da questa, e presenta una complessità genetica pari a un ribovirus.

Trascrizione e replicazione dei virus a DNA

La trascrizione e replicazione dei virus a DNA avvengono all'interno del nucleo a opera di trascrittasi e polimerasi cellulari; fanno eccezione i porxvirus in cui questi processi avvengono nel citoplasma. la minor variabilità dovuta alla DNA polimerasi, enzima dotata della capacità di correttore di bozze.

Ribovirus: tipi di RNA e variabilità

Nei Ribovirus I'RNA può essere:

• singola elica a polarità positiva (+), presenta all'estremità 5'-3' sequenze analoghe a quelle degli mRNA, consentendo loro di essere letti come mRNA dai ribosomi. in questi tipi di virus l'enzima rna polimerasi viene prodotto a inizio replic tra le proteine non strutturali. All'inizio della replica inoltre le proteine del capside, in questi virus, si dissociano completamente per favorire la lettura dei mRNA ai ribosomi.
• singola elica a polarità negativa (-), funge da stampo per la trascrittasi (RNA polimerasi- RNA dipendente) che media formazione di un antigenoma (polarità+) e sintesi dell'mRNA a polarità+. Ha acquisito la capacità di codificare nel genoma virale un enzima RNA polimerasi-RNA-dipendente (trascrittasi). In questi virus le proteine del capside rimangono unite alle proteine del nuclocapside sia all'interno delle particelle virali, sia durante replicazione. (aggiungere perchè differenza pag6 libro.)
• doppia elica (Reovirus)
• singola elica o doppia elica frammentato (Orthomixovirus)

I virus a RNA sono più variabili perché l'enzima compie numerosi errori durante la trascrizione, quindi sono responsabili dell'elevata frequenza di mutazione.

In base alla morfologia e al contenuto genomico si dividono: 4