Appunti di Virologia: struttura, classificazione e replicazione dei virus

VIROLOGIA

I VIRUS

I virus sono particelle che contengono un tratto di acido nucleico (DNA o RNA) che codificano per delle proteine, che vengono tradotte una volta che i virus entrano nell'ospite e vanno a danneggiarlo.

Nell'ambiente l'acido nucleico è rivestito da un involucro proteico molto stabile.

Sono visibili sono al microscopio elettronico, le loro dimensioni vanno da 20 a 300 nanometri (misura intermedia tra macromolecole e batteri).

Sono tutti parassiti endocellulari obbligatori: non riescono a replicarsi autonomamente.

Ogni tipo di cellula vivente ha un viroma, una popolazione virale molto ampia, che possono infettarla.

Solo alcuni virus sono patogeni e manifestano attivamente la loro virulenza all'interno degli organismi ospiti; molti si manifestano senza dare alcun sintomo.

Per replicarsi devono utilizzare dei sistemi di trascrizione e traduzione cellulari, inserendosi in una delle fasi di riproduzione cellulare a seconda di come sia fatto il suo acido nucleico, parte dei virus sono a DNA, mentre altri sono a RNA (come il COVID, HIV e influenza).

Non sono in grado di produrre autonomamente energia e quindi sfrutta gli ATP prodotti dalla cellula, che va a peggiorare le proprie performance e in alcuni casi ciò porta alla morte cellulare.

Sopravvivono solo per un tempo limitato all'esterno della cellula, dopo si inattivano e questo periodo dipende dalla resistenza del capside che va a rivestire l'acido nucleico.

Ci sono virus che resistono poche ore o giorni, mentre altri arrivano a resistere mesi o anni.

Il capside può essere degradato tramite disinfettanti o enzimi.

Mertvanous DNA HNMI Tait Glycoprotein Tobacco Mosaic Virus Adenovirus Influenza Virus Bacteriophage

MORFOLOGIA

virione=forma extracellulare, è il virus al di fuori della cellula, con tutte le strutture che gli permetto di sopravvivere nell'ambiente esterno e poi di attaccare la cellula e penetrarvi.

• All'interno si trova il core, formato dall'acido nucleico e da una serie di proteine strutturali e funzionali (enzimi, che si attivano una volta entrati nella cellula).
• La prima struttura esterna al core è il capside, un involucro proteico che tutti i virus possiedono; è formato da proteine codificate dal genoma del virus, le proteine sono poche e vengono ripetute in modo uguale (le strutture base del capside sono dette capsomeri). L'insieme di capside e core va a formare il nucleocapside. La struttura poi può essere più complessa: esternamente al capside si trova un involucro glicolipidico detto envelope; non è codificato dal virione, ma viene preso dalla cellula nel momento il cui il virus fuoriesce. Nell'envelope sono presenti proteine trans-membrana codificate dal virus, dette peplomeri o spike, che fungono da anti-recettori virali, indispensabili per entrare nella cellula. Nei virus più strutturati è presente uno strato intermedio tra capside ed envelope detto tegumento o matrice.

I virus possono essere di 2 tipi principali:

• nudi=formati da capside e core (nucleocapside)
• rivestiti=presentano nucleocapside ed envelope e a volte il tegumento o matrice

Capsomeri Nucleocapside Involucro pericapsidico Capside Acido nucleico Acido nucleico U Capside (composto di capsomeri) Virus nudo Virus con envelope o rivestito

STRUTTURA

1-CAPSIDE=ha funzione di rivestimento e protezione, determina la resistenza chimico-fisica enzimatica dei virioni; nei virus nudi svolge anche azione di riconoscimento per permettere al virus di entrare all'interno della cellula.

Presenta inoltre i principali epitopi antigenici, necessari alla risposta immunitaria.

Sono stabili a:

• basse temperature
• ambiente acido
• proteasi
• detergenti dei lipidi
• essiccamento

I virus nudi sono estremamente resistenti nell'ambiente.

Il capside può avere 2 simmetrie classiche:

• icosaedrica=ha come unità base i capsomeri, è la forma di capside più resistente possibile; si va a formare un poliedro con 20 facce a triangolo equilatero, con 12 vertici e 20 spigoli.
• elicoidale=la struttura proteica si va ad appoggiare attorno alla spirale di acido nucleico a formare un involucro cilindrico; nei virus animali è sempre presente un envelope e hanno struttura pleomorfa (ex. virus del cimurro o dell'ebola).

TYPES OF VIRUSES CH HELICAL POLYHEDRAL SPHERICAL COMPLEX Tabacca Mosaic Virus Adenovirus Influenza Virus Bacteriophage

• Esistono poi virus a simmetria complessa: hanno una struttura complessa, non classificabile. Alcuni di questi virus sono batteriofagi:
• hanno delle zampette
• uno stelo
• una testa, che si lega al batterio ed inietta l'acido nucleico all'interno del batterio.

2-ENVELOPE=è una struttura che alcuni virus possiedono e che altri non possiedono; può essere chiamato peri-capside o membrana virale; i virus che lo possiedono escono dalla cellula sempre per budding.

L'envelope nella sua parte glicolipidica è di origine cellulare, ma le proteine trans-membranali sono di origine virale (spike).

Svolge le funzioni del capside nei virus rivestiti, sono le proteine che possiedono gli epitopi antigenici.

I virus muniti di envelope sono meno resistenti nell'ambiente visto che la natura lipidica dell'envelope lo rendono più facilmente degradabile, durano pochi giorni, al massimo un mese.

I virus di questo tipo più resistenti sono il COVID e l'influenza.

• tutti i virus a genoma a DNA hanno sempre capside icosaedrico
• i virus a RNA possono avere capside icosaedrico o elicoidale
• i virus con capside icosaedrico possono essere nudi o rivestiti
• i virus elicoidali possiedono sempre l'envelope

COMPOSIZIONE CHIMICA del VIRIONE

1-acido nucleico 2-proteine 3-glicolipidi, quando è presente l'envelope

1-ACIDO NUCLEICO=tutti i virus contengono un solo tipo di acido nucleico aploide, che può essere più o meno piccolo da 3-4 proteine codificabili, fino a un centinaio.

L'acido nucleico può essere a singolo o doppio filamento, può essere lineare o circolare, può essere un filamento unico e segmentato.

I virus a DNA sono più grandi, mentre quelli a RNA sono più brevi.

A-virus a RNA (2-30 kb)

1. sono a singolo filamento e si distinguono per la polarità di esso:
   • polarità positiva (+): analogo all'mRNA cellulare e quindi può codificare direttamente le proteine virali
   • polarità negativa (-): funge da stampo per mRNA che a loro volta poi codificano per proteine virali
2. il genoma può essere:
   • policistronico=producono una grande poli-proteina che viene poi separata da proteasi; sono veloci nella replicazione
   • monocistronico=ogni gene ha un promotore a monte e le proteine vengono prodotte separatamente, prima gli enzimi e poi le proteine strutturali

2-PROTEINE=possono essere:

• strutturali=costituiscono il core, il capside e le trans-membrana dell'envelope quando presente; alcune di queste possono avere anche azione enzimatica che, come nel caso dell'influenza, servono a disgregare il muco per espellerlo.
• funzionali=enzimi

3-LIPIDI=sono il costituente principale dell'envelope e non vengono prodotti dal virione

TASSONOMIA

La tassonomia consente di catalogare in maniera sistematica i virus, per riconoscere ciò che è già classificato e ciò che è nuovo e sconosciuto e per avere un linguaggio codificato.

Il sistema di classificazione si basa sulle malattie causate, dal luogo geografico o dallo scopritore.

Si possono raggruppare i virus anche secondo caratteristiche ecologiche comuni a virus differenti (ex. virus trasmessi da artropodi=>arbovirus).

Si differenziano anche a seconda delle caratteristiche genetiche, i rapporti evolutivi, le caratteristiche strutturali e proprietà biologiche (prese in considerazione per i livelli tassonomici più bassi).

Per la classificazione dei virus ci si riferisce a "International Taxonomy of Viruses"; dal 1991 al 2017 i virus venivano classificati solo fino all'ordine, ma non si conoscevano i rapporti tra gli ordini diversi, dal 2019 si può arrivare fino al regno.

DESINENZE:

• ORDINE (virales)
• FAMIGLIE (viridae)
• SOTTOFAMIGLIE (virinae)
• GENERE (virus)
• SPECIE=>ci sono 3 possibilità (nome vernacolare, virus e malattia o località o nome dello scopritore) + (nome meno recente, famiglia o genere e specie ospite in inglese) + (nomenclatura più recente, genere e specie ospite in latino o inglese)

Il gruppo tassonomico fondamentale per i virus è la famiglia, è ciò che ne identifica peculiarità e caratteristiche, genere e specie vanno poi a determinare caratteristiche ancora più specifiche.

Il nome ha un significato utile a capire cosa vi è nella famiglia:

• parvo=piccolo
• toga=con mantello
• circo=con genoma circolare
• birna=con 2 segmenti di RNA

Ex. CIMURRO=Virus del cimurro o Canine distemper virus

• Morbilivirus canis (nomenclatura più recente)
• Canine morbillivirus (nomenclatura meno recente)

In alcuni casi il nome della specie può essere seguito da un numero, se nello stesso genere ci sono diverse specie che infettano uno stesso ospite.

Il nome vernacolare tra le varie specie può variare.

SISTEMA di CLASSIFICAZIONE di BALTIMORE

Si basa sulla strategia di replicazione del genoma e quindi sulla natura e polarità dei genomi virali; va a descrivere le relazioni tra genoma virale con i propri mRNA; quindi, per come avviene la codifica delle proteine.

Su questa base sono state definite 7 classi:

• classe I=virus a DNA a doppio filamento; il ciclo di replicazione è molto simile a quello cellulare (7 famiglie)
• classe II=virus a DNA a singolo filamento (parvoviridae e circoviridae); passa attraverso un intermedio di DNA a doppio filamento
• classe III=virus con genoma a RNA a doppio filamento (birnaviridae, sedoreoviridae); hanno enzimi particolari che permettono di creare un singolo filamento di mRNA dal doppio filamento di RNA (7 famiglie)
• classe IV=virus a RNA a singolo filamento con polarità+; il loro genoma può produrre immediatamente le proteine, in particolare RNA-polimerasi, che lavora sul genoma per produrre un intermedio a polarità- e poi la sua trascrizione in mRNA+; ha 2 sottoclassi IVa (policistronico) e IVb (monocistronico) (6 famiglie)
• classe V=virus a RNA a singolo filamento e polarità-, segmentato o non segmentato e che non funge direttamente da mRNA; il genoma viene trascritto da RNA polimerasi RNA-dipendenti virali in mRNA+ monocistronici.