Cosa sono i virus?

Cosa sono i virus?
• I virus sono virus
– etimologia: veleno
– uso arcaico del termine: “germe” patogeno
– uso moderno del termine: riservato ai virus, e cioè…
Cosa sono i virus?
• dal punto di vista della cellula e dell’organismo
infettato
– “particelle nucleoproteiche” che infettano le cellule
– si moltiplicano come parassiti intracellulari obbligati submicroscopici
Cosa sono i virus?
• dal punto di vista del virus
– elementi genetici (DNA o RNA) protetti da matrici proteiche
e capaci di
• moltiplicarsi all’interno di una cellula (dipendenza da un ospite)
• abbandonare la cellula in cui si sono moltiplicati
• entrare in (= infettare) altre cellule
– questi elementi genetici possono esistere temporaneamente
anche al di fuori delle cellule, come particelle
“nucleoproteiche” “infettive”.
– In questo stato, però,
NON SONO CAPACI DI MOLTIPLICARSI.
1
Cosa non sono i virus?
• I VIRUS NON SONO BATTERI
– QUINDI LE INFEZIONI VIRALI NON SI CURANO
CON GLI ANTIBIOTICI
– (PERO’ ESISTONO AGENTI ANTIVIRALI)
• I VIRUS NON SONO ORGANISMI
CELLULARI
Dove si trovano i virus?
• LE PARTICELLE VIRALI (DETTE VIRIONI)
SONO PRESSOCHE’ UBIQUITARIE…
ma metabolicamente inattive………
• I VIRUS (intesi come elementi genetici
autoreplicantesi) LI TROVIAMO DENTRO LE
CELLULE, ANIMALI, VEGETALI, O
BATTERICHE, CHE LI OSPITANO
• OGNI ORGANISMO HA I SUOI VIRUS
–
–
–
–
virus batterici e di archea (detti anche batteriofagi, o fagi)
virus vegetali
virus animali
…
Come sono fatti i virus (i virioni)?
• Il virione contiene un solo acido nucleico:
– virus a RNA oppure virus a DNA
• Varietà nella struttura dell’acido nucleico:
–
–
–
–
–
–
a singola elica, oppure
a doppia elica.
lineare, oppure
circolare.
un’unica molecola, oppure
più di una molecola:
• molecole diverse o copie della stessa
2
Come sono fatti i virus (i virioni)?
• L’ “INVOLUCRO” E’ FATTO
– DI PROTEINE (TUTTI I VIRUS): CAPSIDE
(o nucleocapside)
• capside, capsomeri, protomeri
– RIVESTIMENTO (ENVELOPE): LIPIDI PIU’ O
MENO MODIFICATI, POLISACCARIDI, PROTEINE
(QUELLI CHE CE L’HANNO)
• I VIRIONI SONO PICCOLI
(virus “filtrabili”, Ivanowsky, Beijerink )
da ca. 10 - 20 nm
fino a 300 nm (Poxvirus [vaiolo, vaccino…])
Virus del Mosaico del Tabacco (TMV)
Struttura elicoidale, bastoncello rigido. Nello schema è rappresentato ca. il 5% di un virione.
Diametro: 18 nm
Lunghezza: 300 nm
Protomeri: 17,400 Da; 49/3 giri d’elica (ca. 2,130 protomeri/ virione)
RNA: ca. 6,000 nt
Mattern CFT: Symmetry in virus architecture. In Nayak DP (ed): Molecular Biology of Animal Viruses.
Marcel Dekker, New York, 1977, as modified from Caspar DLD: Adv Protein Chem, 18:37,1963)
Virioni elicoidali
3
Un virus icosaedrico
HIV (Retrovirus)
http://www.tulane.edu/~dmsander/WWW/335/335Structure.html
Un batteriofago icosaedrico con “testa” e “coda”
4
Batteriofago T4
Fago P2
Fago λ
Cosa fanno i virus
• Si riproducono, usando
– informazioni genetiche proprie
– l’apparato metabolico della cellula ospite
• Interagiscono con gli organismi ospiti e
contribuiscono alla loro evoluzione
• Possono instaurare interazioni permanenti con
la cellula ospite, arricchendola di informazioni
genetiche “preconfezionate”.
• Disseminano informazione genetica, sia
propria che delle cellule che li hanno ospitati.
5
I batteriofagi sono stati identificati perché causavano la “lisi”
delle colture batteriche infettate
.
.
.
.
.
.
+ fagi
(pochi)
.
.
.
.
.
.
fagi (tanti)
Replicazione virale: infezione di una cellula con un virus
+
6
Replicazione dei Virus
•Adsorbimento
•Penetrazione
•Sintesi degli acidi nucleici e delle proteine
•Montaggio
•Rilascio
Grande varietà di strategie e meccanismi
Ciclo litico e ciclo lisogenico
stessa informazione
genetica
(cromosoma batterico
+
DNA fagico)
due diversi destini
7
Retrovirus: virus a RNA “retrotrascritti” a DNA
Introduzione alla Biologia della Cellula
¾ Parte 3
Le cellule procariote:
ƒ Batteri
ƒ Archei
ƒ I virus IAMO QUI
S
¾ Parte 4
Alcune nozioni di genetica
¾ La riproduzione cellulare
ƒ Procarioti
ƒ Eucarioti
• Ciclo cellulare
• Mitosi
• Meiosi
INFORMAZIONE GENETICA: GENOMA
Un GENE è un tratto di DNA che contiene l’informazione per
produrre
una specifica proteina (ca. 85-90% dei casi)
uno specifico RNA ribosomale, uno specifico tRNA
(o altro RNA)
¾ l’insieme dei geni di un organismo si chiama GENOMA
¾ a seconda della complessità dell’organismo, il genoma di
una cellula può contenere da qualche migliaio a qualche
decina di migliaia di geni
una proteina “media”: 300-350 aminoacidi (peso molec. 30-40 KiloDalton)
il gene corrispondente: 333 x 3 ~ 1000 coppie di nucleotidi
1000 geni: 1000 x 1000 = un milione (106) coppie di nucleotidi
Es. Genoma del batterio Escherichia coli:
4.600.000 pb= ca. 4300 geni
8
insieme dei geni di un individuo:
GENOMA
insieme delle proteine di un individuo:
(PROTEOMA)
insieme delle caratteristiche "osservabili"
(con qualsiasi strumento) di un individuo:
FENOTIPO
Il fenotipo di un “individuo” dipende
dal suo corredo (composizione) genico
GENOTIPO
• Individui della stessa specie o della stessa popolazione
possono essere diversi tra di loro.
• Le differenze tra organismi/individui, di specie diverse o
della stessa specie, possono riflettere differenze
nell’informazione genetica contenuta nel loro DNA.
• COME E’ POSSIBILE CHE INDIVIDUI DELLA
STESSA SPECIE, E QUINDI CON UN’ORIGINE
COMUNE, ABBIANO INFORMAZIONE GENETICA
DIVERSA?
Alleli, forme alternative di un gene
• Il DNA è replicato fedelmente: le due nuove molecole
sono identiche alla molecola parentale.
• Il DNA è replicato infedelmente: le due nuove molecole
sono diverse dalla molecola parentale,
- a causa di MUTAZIONI
• - ...per altri motivi che discuteremo (riarrangiamento o
ricombinazione genetica)
9
Alleli, forme alternative di un gene
• Le MUTAZIONI sono variazioni ereditabili nella
sequenza nucleotidica di un certo genoma.
• Mutazioni in un gene possono modificare la sequenza
degli aminoacidi della proteina corrispondente con effetti
sulla sua funzione
ALLELI, forme alternative di un gene
• Quindi, (anche) a causa delle mutazioni, in una specie
possono esistere diverse varianti dello stesso gene.
• Per ogni gene di un genoma possono esistere, in una
popolazione di individui, una o più varianti.
• LE DIVERSE FORME ALTERNATIVE DI UNO
STESSO GENE SI CHIAMANO ALLELI
ALLELI, forme alternative di un gene
• Spesso l’allele più frequente in natura e “funzionante”
viene detto “allele selvatico” (wild type).
• Un allele “alternativo” puo’ essere una variante (mutante)
che:
– esprime un prodotto genico non funzionante
– non esprime alcun prodotto genico
– esprime un prodotto genico mal funzionante
– esprime un prodotto genico funzionante, ma in modo più o
meno diverso (spazialmente, temporalmente,
quantitativamente...) anche migliore dell’allele selvatico
–…
10
ALLELI BATTERICI
• OGNI MUTAZIONE IN UN SINGOLO GENE,
PRODUCE UN NUOVO ALLELE DI QUEL GENE
• IN UN BATTERIO (APLOIDE) CI SARA’ UN SOLO
ALLELE PER OGNI GENE
• IN UNA POPOLAZIONE BATTERICA O IN
POPOLAZIONI DIVERSE DI BATTERI DELLA
STESSA SPECIE, POTRANNO ESSERCI UNO O PIU’
ALLELI DIFFERENTI PER UNO O PIU’ GENI
ESEMPI DI ALLELI BATTERICI
FENOTIPO
GENOTIPO
SENSIBILITA’/RESISTENZA
AD ANTIBIOTICI
AD ES., GENE CHE CODIFICA PER UN
“BERSAGLIO” DELL’ANTIBIOTICO.
L’ALLELE MUTANTE PRODUCE UNA
PROTEINA (SUFFICIENTEMENTE)
FUNZIONALE, MA CHE NON
INTERAGISCE PIU’ CON L’ANTIBIOTICO
PROTOTROFIA/AUXOTROFIA:
INDIPENDENZA/RICHIESTA DI
AMMINOACIDI, VITAMINE, …
(FATTORI DI CRESCITA) PER
CRESCERE
GENE CHE CODIFICA PER UN ENZIMA
INDISPENSABILE PER LA BIOSINTESI
DEL FATTORE DI CRESCITA.
L’ALLELE MUTANTE NON PRODUCE UN
ENZIMA ATTIVO.
ESEMPI DI ALLELI IN ORGANISMI
EUCARIOTI
• Prototrofi/auxotrofi (microrganismi, piante)
• Pigmentazione (tessuti, organi specifici)
• Antigeni specifici (proteine, polisaccaridi: es.:
gruppi sanguigni…
• Alleli che causano disfunzioni e malattie
genetiche (daltonismo, talassemia, distrofia,
fenilchetonuria, …)
• La presenza di numerosi alleli diversi in una
determinata popolazione prende il nome di
polimorfismo
11
ORGANISMI APLOIDI E DIPLOIDI
• Nella maggioranza degli organismi viventi il
GENOMA è presente in SINGOLA COPIA
in ciascuna cellula
(ORGANISMI APLOIDI).
• In molti organismi viventi, sia unicellulari sia
pluricellulari, il GENOMA è presente in
DUPLICE COPIA, almeno in una fase del
loro ciclo biologico
(ORGANISMI DIPLOIDI).
OMOZIGOTE E ETEROZIGOTE
• Idealmente per ogni gene possono esistere più
alleli, distinguibili più o meno facilmente per
le loro conseguenze fenotipiche
• Un organismo diploide porta due copie di
ciascun gene
• Consideriamo un particolare gene.
•Un individuo che porta due alleli identici (o
non distinguibili) si dice OMOZIGOTE
•Un individuo che porta due alleli diversi
(distinguibili) si dice ETEROZIGOTE
per quel particolare gene considerato.
Dominanza e recessività
• Nel caso siano presenti due alleli diversi (A
o B) dello stesso gene, quale sarà il
fenotipo?
• In alcuni casi, un allele ha “il sopravvento”
sull’altro e determina il fenotipo
(dominanza)
• In alcuni casi si produce un fenotipo
intermedio (co-dominanza)
12