P Bagnarelli (Lezioni di Virologia) 02 Virus ospite-Vaccini
Argomenti trattati – calendario
1.
Virologia generale
Introduzione, struttura e replicazione
2. Virologia generale
• Rapporto virus-ospite, vaccini virali
3. Papillomaviridae, Polyomaviridae
4. Herpesviridae
5. Orthomyxoviridae e Influenza Aviaria
6. Paramyxoviridae e Virus Rosolia
7. Virus trasmessi da artropodi e vertebrati
8. Picornaviridae, Virus Epatiti A ed E
9. Virus epatiti B, C e D
10. Retroviridae e HIV
EFFETTI DELLA REPLICAZIONE
VIRALE SULL’OSPITE
2-nov
•
4-nov
• PUO’ INIBIRE O
MODIFICARE LA
SINTESI DI DNA, DI
RNA E DI
PROTEINE
9-nov
11-nov
15-nov
18-nov
23-nov
25-nov
28-nov
30-nov
Alterazioni
cellulari
2
1
epithelial cells - adenovirus
EFFETTO CITOPATICO
• OGNI CAMBIAMENTO DIMOSTRABILE
NELLA CELLULA OSPITE
– MODIFICHE DELLA MORFOLOGIA
– MORTE
– APOPTOSI
– CRESCITA INDEFINITA
3
uninfected
early infection
late infection
1
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epithelial cells - respiratory syncytial virus
uninfected
respiratory syncytial virus
fibroblastic cells - poliovirus
fibroblastic cells - herpes simplex virus
uninfected
early infection
late infection
La cellula può essere
✔ cellula sensibile (suscettibile)
può essere infettata da un
determinato virus; è provvista di
idonei recettori
✔ cellula permissiva consente un
ciclo di replicazione virale completo
(infezione produttiva) con la
produzione di progenie virale
uninfected
early infection
late infection
8
9
2
P Bagnarelli (Lezioni di Virologia) 02 Virus ospite-Vaccini
Una infezione può essere
– le cellule sono sensibili ma non permissive (es. manca
qualche proteina chiave); oppure il virus è difettivo.
Vengono espresse solo poche proteine
• Produttiva
– Acuta (Litica) : l’ingresso in cellule permissive è seguito
da formazione di virioni, la cellula muore.
– Persistente (Non litica): la cellula non muore
– cronica le cellule producono virus e non muoiono
– latente le cellule sono semi-permissive non supportano tutte le fasi della
replicazione ma il genoma viene mantenuto (es. EBV,HSV,VZ)
• immortalizzante le caratteristiche della crescita cellulare risultano
alterate (elevato tasso di crescita, perdita di inibizione da contatto, capacità di
crescere in sospensione o in soft agar), la conseguenza della
10
trasformazione cellulare è il cancro.
Patogenesi delle infezioni virali
Il processo attraverso il quale l’infezione
virale porta alla malattia
La malattia è il risultato dell’interazione
tra elementi caratteristici del virus e
fattori tipici dell’ospite che rendono
possibile l’infezione
Si parla di rapporto ospite/parassita
13
Effetto citopatico
• Abortiva
Malattia
Varietà di risposta cellulare e dell’ospite
all’infezione virale
Il concetto iceberg dell’infezione
Nel soggetto sano adulto (eccezioni, Morbillo, Vaiolo, Rabbia, Influenza) la
produzione di malattia, punto focale della patogenesi, è un evento
relativamente inusuale dell’infezione virale
11
RAPPORTO OSPITE-VIRUS
Ø BIDIREZIONALE
Ø DINAMICO
Ø DECISIVO PER LE IMPLICAZIONI
MEDICHE DELL’INFEZIONE
Ø È UNA PARTITA A SCACCHI IN
CONTINUA EVOLUZIONE
15
3
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L’esito finale dipende dal bilanciamento di due
processi
• Recettori per l’ingresso
• Fattori di crescita per
la replicazione
• Possibilità di trasmissione ad
altre cellule
• Latenza
• Regolazione del
potenziale litico
• Possibilità di
evasione dal sistema
immune
malattia
clearence
• Background genetico
• Età
• Sesso
• Stato immune
• Condizioni generali di
salute
16
Meccanismi di difesa antimicrobici
Che cosa può fare l’ospite?
DIFENDERSI, DIFENDERSI,
DIFENDERSI!
ü Barriere anatomiche e chimiche
ü Pelle, muco, enzimi, pH
ü Meccanismi intrinseci sempre presenti nelle cellule non infette
ü Apoptosi, autofagia, RNA silencing
Complemento
Interferone α/β
Batteri
+
-
Virus
++++
Funghi
-
Neutrofili
Macrofagi
Cellule NK
++++
++
-
++
+++
+
++
-
++
++
++
-
+++
+
++
++++
+
+
CD4 TH2(Abs class-switching)
ü Meccanismi immuni non specifici - immunità innata: indotti
dall’infezione
CD4 TH1, DTH
ü Febbre, interferoni, citochine, complemento, cellule NK, DC e macrofagi
ü Meccanismi immuni specifici – immunità adattativa: su misura per
il patogeno
ü Immunità umorale e/o mucosale (anticorpi)
ü Immunità cellulo mediata (CTL e macrofagi attivati)
17
18
CD8 CTL
Anticorpi
Nelle infezioni virali lo scopo è distruggere non solo il
virus ma anche la cellula ospite
INNATA
infezione
persistenza
Ø Infettare un ospite (possibilmente senza
ucciderlo)
Ø Riprodurre se stesso (replicare il suo patrimonio
genetico) e per fare questo escogitare tutti i
trucchi per evadere le difese messe in piedi
dall’ospite (mantenimento della fitness virale
nonostante la pressione selettiva)
Ø Assicurarsi che la sua progenie possa essere
trasmessa ad un altro ospite (spettro d’ospite)
ACQUISITA
• Ceppo virale (patogenicità e virulenza)
• Dose infettiva
• Via d’ingresso
Che cosa deve fare il patogeno?
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4
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La dinamica della risposta Abs
La risposta antivirale
Dentritic Cell
I linfo T-CTL, i TH e le cellule B si differenziano anche in cellule memoria CD45RO
20
21
Difese aspecifiche antivirali
Cinetica della risposta antivirale
L’infezione virale può indurre il rilascio di citochine
(IL-1 e TNF) e di IFN dai macrofagi e dalle cellule
infettate.
Questi fattori solubili liberati nel processo
infiammatorio sono i responsabili della prima difesa
aspecifica
– Febbre
limitazione della replicazione virale
22
– Interferone
Induzione dello stato antivirale, attivazione della
risposta immune
24
5
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IFN - Azione
IFN - azione
due vie principali
• IFN si lega ai recettori
sulle cellule vicine
• 2’-5’ Oligo A sintetasi
– attivata da dsRNA
– promuove la
degradazione di
mRNA
• Protein kinasi
– attivata da dsRNA
– fosforilazione di elF-2
– blocca la sintesi
proteica
– espressione di nuovi
geni
• induzione stato
antivirale
– le nuove proteine non
sono attive finchè non
si legano al dsRNA
25
•
•
•
•
•
Sommario della risposta antivirale
Interferone
– Prodotto in seguito all’infezione, induce lo stato antivirale delle cellule vicine attivato da
dsRNA, inibizione della sintesi proteica, virus con envelope maggiori induttori
– Stimola la risposta infiammatoria antivirale inducendo l’espressione di MHC classe I e
II e promuovendo la presentazione dell’Ag da parte delle APC
Cellule NK
– Attivate da IFNα-β e IL-12. Eliminano le cell sofferenti. Attivano i macrofagi (IFNγ)
Macrofagi e DC
– Filtrano le particelle virali dal sangue (fagocitano virus opsonizzati)
– Presentano l’antigene alle cellule T CD4+
Cellule T
– Riconoscono i peptidi virali presentati da molecole MHC classe I (CTL) e II (TH)
– La risposta CD4 TH1 (attivando la risposta CTL) è più importante di quella TH2
– La risposta CD8 CTL riconosce il complesso Ag-MHC classe I, è essenziale nel
controllo di infezioni non citolitiche (virus con envelope-fabbriche di virus)
– La risposta CD4 TH2 è importante per la maturazione della risposta umorale, e
pericolosa se limita la risposta infiammatoria e citolitica indotta da CD4 TH1
Anticorpi
– IgA proteggono la mucosa; IgM infezione recente o in atto;
– IgG infezione pregressa sono i più efficaci nella risposta antivirale
•
•
•
•
Neutralizzano il virus (blocco del legame al recettore) ostacolano la viremia
Opsonizzano il virus per la fagocitosi
Promuovono la lisi cellulare mediata dal complemento
Risolvono le infezioni causate da virus citolitici
27
26
Come i virus interferiscono con la risposta immune
MECCANISMO
ESEMPIO
AZIONE
Risposta umorale
Antigene nascosto al riconoscimento
anticorpale
Erpetici, Retrov.
HSV,VZ, Paramixov., HIV
Infezione latente
Infezione cellule-cellula (sincizi)
Antigene variabie
HIV, influenza
Variabilità genetica
Competizione per il riconoscimento
HBV
Particelle subvirali fatte di HBsAg
Degrado del complemento
HSV
gp-C che lega il C3 e ne promuove la degradazione
Blocco della produzione
HBV
EBV
Inibizione della trascrizione dell’IFN
BCRF-1 (analogo IL10) blocca la produzione di IFN
Blocco dell’azione
Adeno
Blocco dell’attivazione di PKR
Danneggiamento delle funzioni linfocitarie
HIV
Morbillo
Infezione dei CD4, alterazione dei macrofagi
Soppressione di cellule NK, T e B
Fattori immunosoppressivi
EBV
BCRF-1 (analogo IL10) sopprime la risposta CD4-TH1
Interferone
Funzionalità delle cellule immuni
Diminuita presentazione dell’Antigene
Ridotta espressione di MHC classe I
Adenov. 12
CMV
HSV
E3 si lega alla catena pesante bloccando la traslocazione
H301 blocca l’espressione di b2-microglobulina e MHC
ICP47 blocca il TAP, impedendo il legame del peptide
Inibizione dell’infiammazione
Poxvirus, Adenov
Blocco dell’azione di IL-1 o di TNF
28
6
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Immunopatogenesi virale
Infezioni virali e sistema immune
Non ha alcun senso considerare un
agente patogeno virale senza allo
stesso tempo prendere in esame la
risposta immune contro di esso
e non sempre la risposta immune
favorisce l’ospite
29
Tappe della patogenesi virale
ü Entrata del virus nell’ospite (acquisizione dell’infezione)
ü Replicazione primaria nel sito d’ingresso
Periodo di
incubazione
ü Malattia clinica (*) infezione localizzata
ü diffusione ai linfonodi (fagocitosi o trasporto attraverso cellule mucoepiteliali)
ü viremia primaria (v.libero o associato a linfociti/macrofagi)
ü Diffusione e replicazione in cellule permissive
ü viremia secondaria ->infezione disseminata a più organi
ü Malattia clinica (*) infezione sistemica
(*) danneggiamento della cellula o dell’organo target
risposta del sistema immune (immunopatogenesi)
ü Disseminazione virale (passaggio del virus dall’ospite infetto
all’ambiente o a un ospite non infetto)
Eradicazione del virus (infezione acuta) o insorgenza di una
31
infezione persistente
La reazione infiammatoria e reazioni di ipersensibilità scatenate dall’immunità
antivirale sono spesso alla base dei sintomi e delle manifestazioni patologiche che
accompagnano l’infezione virale
Immunopatogenesi
Sintomi simil-influenzali
Mediatori
Interferone, linfochine
Esempi
Virus respiratori, arbovirus
Virus che inducono viremia
Infiammazione-ipersensibilità tipo IV
Cellule T,macrofagi,
Risposta cellulo mediata, apoptosi
leucociti PMN
(danneggiamento del tessuto target)
Virus dotati di envelope
(morbillo parotite erpetici
HBV)
Malattia da immuno-complessi
Anticorpi e complemento
HBV e Rosolia
Febbre emorragica
Anticorpi e complemento
Macrofagi/monociti,
mediatori vasoattivi
Virus della Febbre Gialla,
della Dengue, della febbre di
Lassa, Ebola
Citolisi post-infettiva
Cellule T
Virus con envelope (es.
encefalite post-morbillosa)
Tempesta di citochine
Cell. Dendr. T-linfo
Influenza aviaria, altri virus
Immunosoppressione
30
HIV, CMV, morbillo, influenza
Periodo d’incubazione delle più comuni
infezioni virali
• Influenza
• Raffreddore comune
• Herpes simplex
• Poliomielite
• Morbillo
• Varicella
• Parotite
• Rosolia
• Mononucleosi
• Epatite A
• Epatite B
• AIDS
1-2 giorni
1-3 giorni
2-8 giorni
5-20 giorni
9-10 giorni
13-17 giorni
16-20 giorni
17-20 giorni
30-50 giorni
15-40 giorni
50-180 giorni
1-10 anni
localizzate
sistemiche
32
7
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Vie d’entrata
Vie d’uscita
1. Tratto respiratorio: rhinovirus,
morbillo, parotite, VZ, CMV, EBV,
virus respiratori
2. Tratto gastroenterico: poliovirus,
epatite A, epatite E, rotavirus
3. Tratto genitale: (trasmissione
sessuale) HIV, HSV, HBV,
papillomavirus
4. Cute e mucose: papillomavirus,
HSV
5. Sangue: virus a trasmissione
parenterale, virus trasmessi da
insetti
Tipi d’infezioni
1. Infezioni Acute
- Localizzate (Hit & run) (RhinoV, FluA)
- Sistemiche o generalizzate - diffusione
del virus attraverso il sangue come virus
libero o associato a cellule (morbillo,
parotite, rosolia, HAV)
IL VIRUS ALLA FINE E’ ELIMINATO
DALL’OSPITE
2. Infezioni Persistenti
- Nessuna malattia (BKV, JCV)
- Malattia Periodica (HSV)
- Malattia progressiva con danno del
tessuto target associato o non a
episodio acuto (HIV, HCV, HBV)
- Tumore (HPV, HBV, HCV)
IL VIRUS PERSISTE DOPO L’INFEZIONE
34
PER IL RESTO DELLA VITA DELL’OSPITE
La via d’ingresso condiziona le modalità di trasmissione e le caratteristiche33
epidemiologiche dell’infezione
Infezioni virali localizzate
Infezioni virali localizzate
ü REPLICAZIONE LOCALE
ü BREVE INCUBAZIONE
ü IMMUNITA’ PROTETTIVA
IgA-MEDIATA
ü VACCINI EFFICACI SE
CAPACI DI SUSCITARE
Virus respiratori, gastroenterici (es. rotavirus), virus delle verruche (i papilloma virus)
producono infezione alla sede d’ingresso (mucose o cute) con una fugace viremia35ma
senza disseminazione sistemica
UNA RISPOSTA IgA
36
8
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Virus neurotropi
Infezioni virali sistemiche
Rabbia, HSV, polio, Morbillo, WNV
Rosolia
viremia
Si sviluppano lontano dalla porta d’ingresso, i virus raggiungono l’organo
37
target in seguito alla viremia primaria o secondaria
La diffusione al SNC può avvenire per via ematogena (poliomielite) o neuronale,
attraverso le terminazioni periferiche sensitive o motorie, muovendosi all’interno
dell’assone lungo gli spazi endoneurali o infettando le cellule della guaina (cellule di
38
Schwann).
Infezioni virali sistemiche
Infezioni virali persistenti
ü PERIODO DI INCUBAZIONE
ü IL SISTEMA IMMUNE NON RIESCE AD
ü TRASMISSIONE PRIMA DELLA
ERADICARE L’INFEZIONE
MALATTIA
ü TRASMISSIONE DURANTE LA PERSISTENZA
ü IMMUNITA’ PERMANENTE
ü IMMUNITA’ NON PROTETTIVA
ü RISPOSTA IgM DIAGNOSTICA
ü VACCINI INEFFICACI
ü RISPOSTA IgG PROTETTIVA
ü VACCINI EFFICACI
39
40
9
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Infezioni virali persistenti
Disseminazione del virus all’esterno
(assicura la permanenza del virus in una particolare
sfera ecologica)
1. Infezioni Latenti
- dopo la fase acuta si stabilisce la latenza
- replicazione limitata
- persistenza in cellule non in divisione o che si dividono
raramente
- es. HSV I & II e VZV
• La maggior parte dei virus vengono eliminati
attraverso la via respiratoria e l’apparato
digerente
• Altri attraverso i fluidi biologici: sangue,
secrezioni genitali, latte, urina, saliva e
lacrime
• Talvolta da più vie (CMV)
2. Infezioni Croniche
- replicazione persistente del virus nell’organo bersaglio
- es. HBV, HCV e HIV
Infezioni Croniche con neoplasia
- trasformazione
cellulare dopo anni di persistenza
- es. HBV, HTLV I & II e HPV
41
Le modalità di trasmissione
La sede di replicazione è importante per la modalità di
trasmissione.
ü Aerosol: inalazione di goccioline es. virus respiratori, morbillo,
parotite, rosolia, virus erpetici
ü Fecale-orale: virus che causano gastroenterite o epatite
(Rotav. Adenovirus, Norovirus, HAV, HEV) e patologie varie
(Picornavirus -Poliov. Enterov.)
ü Stretto contatto personale con scambio di fluidi biologici
(sessuale, trasfusioni, trapianti, oggetti taglienti contaminati,
morsicature e graffi) es. HSV, CMV, papilloma, HCV, HBV, HIV;
o per contatto diretto con oggetti contaminati (fomiti) es. virus
respiratori, v. enterici
ü Vettori animali: zoonosi a trasmissione diretta dall’animale
reservoir es. rabbia; a trasmissione indiretta attraverso
artropodi ematofagi (infezioni da arbovirus es. virus della febbre
43
gialla)
42
Modelli di trasmissione
44
10
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Virus viremici
Infezione virale del feto
Virus della rosolia, Citomegalovirus, Parvovirus B19 danno
viremia e si replicano abbondantemente nella placenta
– si trasmettono nel periodo prenatale per via transplacentare
INFEZIONI PRENATALI
Potenzialmente tutti i virus che diffondono per via
ematica possono essere trasmessi al feto
HIV, HCV, HBV danno viremia, ma non si replicano molto bene
nella placenta
– si trasmettono preferenzialmente al momento del parto
INFEZIONI CONNATALI o PERINATALI attraverso il contatto
del neonato con il sangue materno
In realtà in molti casi la placenta rappresenta una
barriera efficiente
45
46
L’esito finale dipende dal bilanciamento di due
processi
Anche virus che non danno viremia
possono causare infezioni materno-fetali?
Causano principalmente INFEZIONI PERINATALI venendo
trasmessi durante il parto per contatto con le secrezioni
infette:
diffusione
del virus
sopravvivenza
dell’ospite
– Es: Virus dell’ Herpes Simplex e Papillomavirus
47
48
11
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L’esito finale dipende dal bilanciamento di due
processi
• Il tutto attraverso una evoluzione combinata
che spinge i virus verso l’attenuazione e
l’ospite verso uno stato di permissività
controllata
(siamo tutti figli delle grandi epidemie…….)
Prevenzione delle infezioni
virali
49
50
L’infezione naturale
Vaccinazione
ü Indurre la protezione che verrebbe
fornita dall’infezione senza che il
paziente contragga la malattia
ü Avere la risposta immune contro il virus
senza i rischi connessi alla malattia
virale (introdurre un agente innocuo che
viene percepito come un nemico)
51
Il controllo delle infezioni virali si basa:
1) sullo sviluppo della risposta immune umorale
contro:
a) Antigeni sulla superficie del virione
b) Antigeni virali sulla membrana della cellula
infettata
2) sulla risposta immune cellulo mediata CTL
(MHC classe I) che precocemente riconosce ed
elimina le cellule infette
52
12
P Bagnarelli (Lezioni di Virologia) 02 Virus ospite-Vaccini
Nella vaccinazione
Neutralizzazione virale
ü In generale la protezione è correlata allo sviluppo
della risposta immune umorale contro antigeni virali
di superficie sia sui virioni che sulle cellule infette
ü Nella maggiorparte dei casi la risposta umorale a
proteine virali interne ha poco effetto protettivo (a
parte la risposta CTL), l’anticorpo è protettivo se
blocca l’infezione, neutralizzando il virus, ovvero è
diretto contro antigeni di superficie (antigeni
protettivi)
ü In generale un vaccino è efficace
quando è in grado di suscitare una
risposta immune neutralizzante
ü Gli anticorpi debbono essere presenti
nel sito appropriato
53
54
Il vaccino ideale
ü Evoca una risposta immune sia
anticorpale (B) che cellulo
mediata (T)
ü Deve contenere gli epitopi adatti
(immunogeni)
ü Non deve causare la malattia
ü Se l’unico ospite è l’uomo non è
necessario vaccinare il 100%
della popolazione, l’immunità di
gruppo farà la sua parte nel
limitare la diffusione dell’infezione
C’è poco vantaggio ad avere un buon
anticorpo neutralizzante in circolo
quando il virus replica nel tratto
respiratorio superiore, qui sono
importanti gli anticorpi secreti, la
protezione mucosale.
INTERROMPENDO LA CATENA DI
TRASMISSIONE E FORNENDO UNA
PSEUDOPROTEZIONE AGLI
INDIVIDUI NON IMMUNI
55
(es.morbillo)
A. Ciascun caso infetta 10
altri individui in una
popolazione non immune
B. Ciascun caso infetta 2
altri individui in una
popolazione con 80% di
immunità
56
13
P Bagnarelli (Lezioni di Virologia) 02 Virus ospite-Vaccini
Vaccini - I problemi
Vaccini - I problemi
ü Virus diversi causano la stessa malattia:
ü Infezione del sistema immune
il raffreddore comune (rhinovirus, coronavirus, ecc.)
ü Alcuni virus hanno numerosi sierotipi: rhinovirus
ü Integrazione del DNA virale nel cromosoma ospite
Il vaccino attenuato non funziona se il ciclo di replicazione non si
completa e gli antigeni non sono espressi sulla superficie
cellulare, l’infezione con il virus selvaggio può non essere
prevenuta, lo stesso vaccino se integra può causare problemi.
Retrovirus HIV
ü Deriva genetica e cambiamento antigenico:
tipica di virus a RNA e di quelli con genoma segmentato
• deriva antigenica (drift): mutazione puntiforme (‘flu A, HIV)
• deviazione antigenica (shift): riassortimento dei segmenti di
genoma (‘flu A ma non ‘flu B)
ü Molti serbatoi animali:
ü Trasmissione da cellula a cellula attraverso i sincizi
Generazione di virus rimescolati (‘flu A: polli, maiali, uomo).
Reinfezioni nella popolazione vaccinata
ü Fenomeni di ricombinazione e mutazione sia del
ceppo vaccinico che del ceppo virulento
57
VAIOLO: la storia
58
Vaiolo: virus debellato
ü 1796 Jenner : Vaccinazione
ü 1800: inizia nei paesi sviluppati la
vaccinazione per tutti i bambini
ü 1930 ultimi casi in Europa
ü 1940 ultimi casi in USA
ü 1958 inizio di un programma del WHO
ü Ottobre 1977: ultimo caso (Somalia)
1979: il vaiolo è dichiarato eliminato
ceppi attenuati di vaccino anti-polio (OPV) e altri enterovirus
59
• Non ci sono serbatoi animali
• Esiste un solo sierotipo il
virus non varia
• L’infettività in genere non
precede i sintomi
• I casi subclinici sono rari
• L’immunità è permanente
• Il vaccino è efficace
• C’è stata volontà politica
(governi locali e WHO) nel
sostenere le campagne di
vaccinazione
60
14
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il WHO ha reso noto che dal 2013
l’India è dichiarata Polio-Free,
non avendo casi dal 2011
Ma il virus persiste ancora in
regioni limitrofe e in Nigeria
Per la prima volta nella storia
l’intero continente Africano non ha
riportato nessun caso di wild polio
61
62
Tipi di vaccino in uso oggi
POLIO IN NUMBERS
Globally
Endemic country
Non endemic country
Afganistan
Pakistan
Nigeria
WPV
26
26
cVDPV
3
3 LAOS
9
14
3
63
ü Vaccini attenuati: sono preparazioni di virus vivo con ridotta
patogenicità (es. perdita del tropismo che causa la malattia).
L’attenuazione può essere naturale (vaiolo) o artificiale (in coltura:
passaggi ripetuti es.polio, o mutanti condizionali es temp.sens)
ü Vaccini uccisi: sono preparazioni del ceppo infettivo che è stato
reso non patogeno mediante trattamento chimico (agente
denaturante) senza perdere l’immunogenicità
ü Vaccini a subunità: contengono proteine purificate dai virioni
(vaccino influenzale- virioni ottenuti per riassortimento o reverse
genetics, inattivati, trattati con detergenti per rimuovere l’envelope,
le glicoproteine vengono purificate su gradiente di saccarosio)
ü Virus like particles: derivano dall’assemblaggio delle proteine di
superficie virali espresse in cellule eucariote (DNA ricombinante)
che porta alla formazione di gusci vuoti (es. antigene di superficie
64
di HBV, proteine capsidiche L1 e L2 di HPV ).
15
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Il vaccino antipolio
Reciprocal virus antibody titer
512
Killed (Salk)
Vaccine (IPV)
Live (Sabin)
Vaccine (OPV)
Serum IgG
Vaccini attenuati vs inattivati:
vantaggi / svantaggi
Serum IgG
128
32
Serum IgM
Serum IgM
Nasal IgA
Serum IgA
8
Serum IgA
2
è cVDPV
Duodenal IgA
Nasal and
duodenal IgA
1
48
Vaccination
96
Days
48
96
66
Vaccination
Efficacia della vaccinazione
Vaccini anti-virali correntemente usati
VIRUS
Polio (Salk)
Polio (Sabin)
Rabbia
TIPO DI VACCINO
Inattivato (IPV)
VACCINAZIONE
Obbligatoria
Attenuato (OPV)
Inattivato
Il primo vaccino sviluppato da Pasteur era attenuato
perché adattato a replicare nel cervello del coniglio
1963
Categorie a rischio
Parotite
Attenuato
Raccomandata
Morbillo
Attenuato
Raccomandata
Rosolia
Attenuato
Raccomandata
Virus like particles (ricombinante)
Raccomandata
HPV
Influenza A
Inattivato
Categorie a rischio
Ep. A
Inattivato
Situazioni di rischio
Ep. B
Virus like particles (ricombinante)
Varicella
Attenuato
Febbre gialla
Attenuato
67
Solo il vaccino attenuato è in grado di portare alla eliminazione del virus wild type dalla comunità
Obbligatoria
Situazioni di rischio
68
69
16
P Bagnarelli (Lezioni di Virologia) 02 Virus ospite-Vaccini
Rischi a confronto: malattia vs vaccino
Morbillo e Rosolia vs. MPR Vaccine trivalente
Metodi per ottenere vaccini attenuati
ü Uso di colture cellulari da ospite diverso per
selezionare ceppi virali attenuati
MALATTIA
Morbillo (complicazioni)
Polmonite: 6 su 100
Encefalite: 1 su 1,000
Morte: 2 su 1,000
ü Polio, Varicella, Hepatitis A
ü Uso di mutageni per selezionare un virus che cresce a
basse temperature 32°C.
Rosolia (trasmissione materno-fetale)
Sindrome rubeolica congenita: 1 su 4 (se la donna si infetta nel
primo trimestre di gravidanza)
ü Mutanti ottenuti con 5-fluorouracile il virus ts cresce nel tratto
respiratorio superiore ma non nei polmoni.
ü ‘ fluA (nuovi vaccini), RSV
ü Uso della “reverse genetics” per selezionare un virus
che porta gli antigeni di superficie desiderati
VACCINI
MPR
Encefalite o reazione allergica grave: 1 su 1,000,000
ü Influenza A
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71
CDC Vaccine & Immunization: “Some Common Misconceptions”
Sviluppo di un vaccino nasale
attenuato per l’influenza A
ü Ripetuti passaggi in colture mantenute a temperature
progressivamente più basse
ü Selezione di un mutante TS per le proteine interne
che cresce a 25°C
ü Ogni anno può essere usato come base per il
riassortimento con il ceppo virulento che si prevede
causerà l’epidemia
ü Il virus riassortito avrà le proteine interne del virus
attenuato e quindi sarà attenuato, ma le proteine di
superficie della variante virulenta
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PB2
PB1
PA
HA
NA
NP
M
NS
Ceppo donatore
attenuato
Ceppo vaccinico attenuato:
rivestimento del ceppo
virulento
virulenza del ceppo attenuato
X
PB2
PB1
PA
HA
NA
NP
M
NS
PB2
PB1
PA
HA
NA
NP
M
NS
Ceppo virulento con
la nuova variante
antigenica
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17
P Bagnarelli (Lezioni di Virologia) 02 Virus ospite-Vaccini
Sviluppo di vaccini mediante genetica inversa
Codificano per le
proteine virali
(Pol II promoter)
Codificano per i
segmenti genomici
(Pol I promoter)
Con la genetica inversa vengono
generate copie esatte degli 8
segmenti genomici e delle 4 proteine
virali (PA, PB1, PB2 e la
nucleoproteina NP) necessarie per
iniziare la replicazione del virus,
Codificano per i
segmenti genomici
(Pol I promoter)
John M. Wood James S. Robertson: Nature Reviews Microbiology, Vol 2 october 2004
Fenotipo del virus recuperato:
• Espressione delle proteine di
superficie di H5N1
• Mancanza di patogenicità
(delezione degli AA basici in HAHPAI)
• Facilità di replicazione nell’uovo
(PR8)
• Probabilità di essere attenuato
per l’uomo (PR8)
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Tecniche del DNA ricombinante
Produzione di singoli geni (vaccini a subunità ricombinanti)
Espressione di singoli geni in vettori virali (vector based vaccine)
Vaccino Epatite B
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Nuovi vaccini:
anticorpi anti-idiotipo
Virus
Clonato nel plasmide
Ottenuto dal lievito
Una particella non infettiva formata
dalle proteine virali strutturali che si
assemblano riproducendo la struttura
del virus senza incorporare il genoma
o le altre proteine che normalmente
fanno parte del virione.
Es. vaccini HBV e HPV
mRNA antigene S
cDNA
Virus-Like Particle
Virus-like particle
Espresso nel lievito
mRNA antigene S
Proteina di superficie
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Le proteine vengono processate nel golgi in maniera simile a come avviene nelle nostre
cellule e le particelle subvirali si assemblano esattamente come nei nostri epatociti
epitopo
Anticorpo
neutralizzante
il sito di legame per l’epitopo riflette la
struttura tridimensionale dell’epitopo
(che è parte dell’Ag)
79
18
P Bagnarelli (Lezioni di Virologia) 02 Virus ospite-Vaccini
Nuovi vaccini:
anticorpi anti-idiotipo
Nuovi vaccini:
anticorpi anti-idiotipo
Anticorpo
antiidiotipo
anticorpo
Anticorpo
anti-idiotipo
Produzione di un
anticorpo diretto
contro l’anticorpo
antivirale
Se usato come
un vaccino
Si lega e neutralizza il
virus
Anticorpo
anti-anti-idiotipo
Anticorpo
anti-anti-idiotipo
L’anti-idiotipo mima
l’epitopo originale
Anticorpo
anti-anti-idiotipo
Evoca una risposta
immune anticorpale
80
Successi passati Prospettive
future
81
VACCINI A DNA
Gene dell’antigene
ü 1796 Jenner: vaccinazione anti-vaiolo con
virus animali apatogeni
plasmide
CELLULA
MUSCOLARE
ü 1885 Pasteur: vaccinazione anti-rabica con
virus vivo attenuato
ü 1993: vaccini a DNA
Ulmer JB, Donnelly JJ, Parker SE, et al: Heterologus protection against influenza by injection of DNA
encoding viral protein. Science 259:1745-1749, 1993
.
82
La cellula muscolare esprime
l’antigene e suscita una risposta
CTL
Il DNA nudo può essere iniettato direttamente
intramuscolo
83
19
P Bagnarelli (Lezioni di Virologia) 02 Virus ospite-Vaccini
Come funzionano i vaccini a DNA
1) Il vettore è trascritto nel nucleo
2) mRNA è tradotto nel citoplasma
3) L’antigene estraneo è sia rilasciato
che degradato nel proteasoma in
peptidi
4) I peptidi derivati dalla degradazione
si legano a molecole MHC classe I
5) I complessi MHC/antigene sono
presentati sulla superficie cellulare
6) Legano linfociti CD8+ citotossici
inducendo la risposta immune
cellulo-mediata, l’antigene libero
induce la risposta umorale
Vaccini a DNA: vantaggi
Humoral immunity
free antigen
La speranza è che questi vaccini siano efficaci contro alcuni virus difficili
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(‘Flu A) o nel trattamento di infezioni croniche (HIV, HCV, HSV, HPV)
Vaccini a DNA: vantaggi
ü È facilissimo produrre DNA plasmidico in grande
quantità
ü Il DNA è stabile, facile da conservare e da
trasportare
ü È facile modificare il vaccino (mutare le
sequenze)
ü Le proteine sono prodotte nella cellula umana,
come nell’infezione reale (nessun problema
post-traslazionale, nessun problema
conformazionale)
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Vaccini a DNA: svantaggi
ü Efficacia limitata nell’uomo (in molti casi non si sono
dimostrati migliori dei vaccini preesistenti)
ü Potenziale integrazione del DNA nel genoma
dell’ospite (mutagenesi inserzionale)
ü Possibile produzione di autoanticorpi anti-DNA
(risposta autoimmune)
ü Possibile induzione di immunotolleranza
(l’espressione dell’antigene nell’ospite può portare
alla non-risposta a quell’antigene)
ü Possono essere usate miscele di plasmidi per
proteine di uno o più virus (vaccini ad ampio
spettro)
ü Il plasmide non replica
ü Non ci sono altre proteine quindi nessuna
risposta contro il vettore
ü La risposta cellulare viene evocata in maniera
molto efficiente
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87
20
P Bagnarelli (Lezioni di Virologia) 02 Virus ospite-Vaccini
Le vaccinazioni in Italia
ü In Italia sono obbligatorie per legge le vaccinazioni antidifterica,
antitetanica, antipoliomielitica e antiepatite B.
ü Altre vaccinazioni, anche se non obbligatorie, sono fortemente
raccomandate, come quella contro la pertosse, il morbillo, la parotite, la
rosolia e l’Haemophilus influenzae di tipo B, raccomandata dal 2007 la
vaccinazione contro HPV (tipi oncogeni). Queste vaccinazioni sono però
lasciate all’iniziativa regionale e quindi non vengono praticate in modo
omogeneo sul territorio nazionale.
ü Ci sono infine disponibili altri tre vaccini, quello per il meningococco C, per
lo pneumococco e per la varicella ma non esiste un esteso programma di
vaccinazione per queste malattie nel nostro paese.
ü Ci sono vaccini disponibili e raccomandati a chi è esposto a particolari agenti
patogeni per motivi professionali (anti-rabica per i veterinari).
ü Inoltre, con il Piano nazionale Vaccini c’è l’obiettivo di raggiungere una
copertura del 75% degli anziani oltre i 64 anni con la vaccinazione antiinfluenza.
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Calendario delle vaccinazioni anti-virali
VACCINO Polio Ep.B MPR
°°
DTP
Hib
HPV
nascita
3° mese
5° mese
11-12° mese
15° mese
3° anno
5-6 anni
11-12 anni
14-15 anni
**
2003
*
*
TD
89
21
