Virus a RNA

Cosa è un virus?
 Parassita intracellulare obbligato
 Forma a bastoncello o sferica con alcune eccezioni
 Le particelle virali (virioni) sono prodotte come
risultato dell’assemblaggio di componenti preformati:
i virioni non crescono e non vanno incontro a divisione
(batteri, funghi e protozoi, “crescono” grazie all’aumento
controllato dei loro componenti e si moltiplicano mediante il
processo di divisione)
 E’ l’entità che può essere trasmessa ad una cellula
ospite adatta per iniziare una nuova infezione
Cosa è un virus?
 Particelle infettanti di livello subcellulare
 Mancano di tutte le informazioni genetiche che codificano
l’apparato necessario per la produzione di energia metabolica
(ATP) e per la sintesi proteica
 I virioni sono formati da acido nucleico rivestito di solito da un
involucro proteico (capside) ed in alcuni casi da una membrana
contenente lipidi e glicoproteine (envelope)
 Il genoma del virione consiste di DNA o RNA, mai di entrambi.
Cosa è un virus?
Dimensioni sub-microscopiche 20-400 nm
Altri agenti infettivi studiati dai virologi
 Viroidi: piccoli RNA circolari (200-400 nt), sprovvisti di capside
ed envelope. Sono associati ad alcune malattie delle piante. Sono
infettivi e parassiti intracellulari obbligati
 Virusoidi: virus satelliti ad RNA simili ai viroidi, ma più grandi
(circa 1000 nt). Dipendono dalla presenza di altri virus per la
moltiplicazione (da qui satelliti). Presenti negli animali e nelle
piante, Associati a malattie (virus dell’epatite delta)
 Prioni: consistono di un singolo tipo di proteina, privi di acido
nucleico. Il prione e il gene che lo codifica è presente anche nelle
cellule normali non infettate. Sono associati a malattie infettive
(particolari encefalopatie)
Origini della Virologia
I virus sono probabilmente
vecchi quanto le prime forme di
vita sulla terra
Già gli antichi erano
consapevoli delle malattie
infettive
1400 AC
Le malattie virali erano trattate già
nell’antichità
Smallpox, endemico in Cina dal
1000 AC. Pratica della
variolazione.
Sviluppato il primo vaccino
Jenner aveva notato che le mungitrici che vivevano nella sua contea e
che avevano contratto una malattia non grave, chiamata vaiolo bovino,
non si ammalavano di vaiolo persino quando era presente in forma
epidemica nella loro comunità.
Il 14 Maggio 1796 usò materiale infettato con il
virus del vaiolo bovino, all’epoca sconosciuto, per
vaccinare un bambino di 8 anni.
L’1
luglio
dello
stesso
anno
inoculò
deliberatamente lo stesso bambino con materiale
da un caso di vaiolo umano.
Il bambino non sviluppò la malattia!!
Nel 1885 fu generato il primo vaccino antivirale attenuato contro la
rabbia, sebbene Louis Pasteur ignorasse completamente la natura
dell’agente infettivo.
La storia della virologia
Dimitri Iwanowski (1892) dimostrò che estratti di
piante di tabacco ammalate potevano trasmettere la
malattia ad altre piante anche dopo aver passato tali
estratti attraverso filtri di ceramica in grado di
trattenere anche il più piccolo batterio. Tuttavia non
realizzò quanto era importante questa osservazione
Martinus Beijerinick (1898) confermò ed estese i
risultati di Iwanowski sul Tobacco mosaic virus e fu il
primo a sviluppare il concetto di virus, a cui si riferì
come a “contagium vivum fluidum” (un un agente vivente
solubile)
La storia della virologia
 Freidrich Loeffler & Paul Frosch (1898)
dimostrarono che un agente simile era responsabile
dell’afta epizootica nel bestiame
 Il primo virus umano identificato, nel 1901, è stato
quello responsabile della febbre gialla
La scoperta dei batteriofagi
Frederick Twort (1915) & Felix d'Herelle (1917) sono
stati i primi ad identificare i virus che infettano i batteri
che d'Herelle chiamò batteriofagi (mangiatori di batteri)
Negli anni 1930s e nei decenni successivi, pionieri come
Salvador Luria, Max Delbruck e molti altri utilizzarono
questi virus come sistemi modello per studiare molti
aspetti della virologia, comprendenti la struttura dei
virus, la genetica, la replicazione etc.
La storia della virologia è la storia dello sviluppo di
sistemi e strumenti sperimentali atti a permettere lo
studio dei virus, attraverso il quale si sono aperte intere
nuove aree della biologia.
L’origine dei Virus
Evoluzione regressiva: i virus sono forme di vita
degenerate che hanno perso molte delle funzioni ed
hanno mantenuto soltanto l’informazione genetica
necessaria per una forma di vita parassita
Origini cellulari: i virus sono un insieme di
componenti macromolecolari, che hanno abbandonato
il loro stato sub-cellulare all’interno della cellula
Entità indipendenti: I virus si sono evoluti
parallelamente agli organismi cellulari da molecole
autoreplicanti che si pensa siano esistite nel
primitivo “mondo ad RNA” prebiotico
Classificazione “funzionale”
• I caratteri del genoma virale
• La morfologia del virione
I caratteri del genoma virale
I caratteri del genoma virale
From Flint et al. Principles of Virology (2000), ASM Press
From Flint et al. Principles of Virology (2000), ASM Press
Morfologia del virione (simmetria)
Morfologia del virione (simmetria)
Nucleocapside
icosaedrico
nucleocapside
bilayer lipidico
ICOSAEDRICA
ICOSAEDRICA
RIVESTITA
elical nucleocapsid
COMPLESSA
nucleocapside
bilayer lipidico
peplomeri
ELICOIDALE
ELICOIDALE RIVESTITA
Adattato da Schaechter et al., Mechanisms of Microbial Disease
SIMMETRIA ICOSAEDRICA
• 20 facce
•12 vertici
Adenovirus
SIMMETRIA ELICOIDALE
SIMMETRIA COMPLESSA
Genoma dei virus
• Virus a DNA: quasi tutti i virus animali contengono
DNA a doppio filamento, con l’eccezione dei
Parvoviridae (virus adeno-associati) e dei Circoviridae
• Virus a RNA: quasi tutti i virus a RNA contengono
RNA a singolo filamento, con l’eccezione dei Reoviridae
che contengono RNA a doppio filamento.
Genoma dei virus
I virus ad RNA sono ulteriormente suddivisi in:
- Virus con genoma a RNA a filamento
positivo (stessa polarità dell’RNA messaggero). I
retrovirus contengono due copie di RNA+
- Virus con genoma ad RNA a filamento
negativo (polarità opposta a quella dell’RNA messaggero).
# Non segmantato nell’ordine dei
Mononegavirales (rhabdoviridae, paramixoviridae e
filoviridae).
# Segmentato (orthomyxoviridae: 8 segmenti;
arenaviridae: 2 segmenti; bunyaviridae: 3 segmenti).
Le ultime due famiglie sono uniche in quanto possiedono
un genoma definito ambisenso (cioè un genoma contenente RNA
a polarità sia + che -)
Classificazione secondo Baltimore
(suddivisione in classi di replicazione)
• Tutti i virus devono produrre un mRNA che possa
essere tradotto dal macchinario traduzionale della
cellula
• La particolare via che dal genoma virale porta alla
produzione di mRNA definisce una specifica classe
virale (basata sulla natura e sulla polarità dell’acido
nucleico)
Classificazione secondo Baltimore
(suddivisione in classi di replicazione)
From Flint et al. Principles of Virology (2000), ASM Press
ADSORPTION
ADSORPTION
• TEMPERATURE INDEPENDENT
• REQUIRES VIRAL ATTACHMENT
PROTEIN
• CELLULAR RECEPTORS
PENETRATION
herpesviruses, paramyxoviruses, HIV
PENETRATION
- ENVELOPED VIRUSES
• FUSION WITH PLASMA
MEMBRANE
• ENTRY VIA ENDOSOMES, FUSION
WITH ACIDIC ENDOSOME
MEMBRANE
PENETRATION
- ENVELOPED VIRUSES
from Schaechter et al, Mechanisms of Microbial Disease, 3rd ed, 1998
HIV budding and maturation
Hsiung, GD et al., Diagnostic Virology 1994 p204 (D. Medina)
PLAQUE ASSAY
PLAQUE ASSAY
PLAQUE ASSAY
Diluted 10 fold
Diluted 100 fold
Diluted 1000 fold