(Dal latino virus, "veleno"), agente infettivo di dimensioni
ultramicroscopiche, costituito essenzialmente di materiale
genetico circondato da un rivestimento protettivo proteico.
Il termine venne usato per la prima volta alla fine del XIX secolo
per indicare i microrganismi patogeni più piccoli dei batteri.
Da soli i virus sono particelle di materiale organico prive di vita,
mentre all'interno delle cellule viventi possono duplicarsi numerose
volte, talvolta danneggiando l'ospite.
L'esistenza dei virus fu accertata nel 1892, quando lo scienziato
russo Dmitrij Iosifovic Ivanovskij scoprì delle particelle
microscopiche, conosciute in seguito come
virus del mosaico del tabacco
Il termine virus fu attribuito a queste particelle infettive nel 1898,
dal botanico olandese Martinus Willem Beijerinck. Pochi anni dopo,
anche nei batteri furono isolati dei virus, denominati batteriofagi.
Nel 1935 il biochimico statunitense Wendell Meredith Stanley riuscì
a cristallizzare il virus del mosaico del tabacco e dimostrò che era
formato solo da materiale genetico, l'acido ribonucleico (RNA), e da un
rivestimento proteico.
In natura si trovano molti virus, tutti hanno una caratteristica
peculiare:
per poter vivere devono diventare i parassiti di altre cellule viventi
Da un punto di vista metabolico sono inerti perché non esplicano
funzioni respiratorie e biosintetiche
Sono quindi parassiti intracellulari obbligati
Si classificano in base al tipo di cellula che scelgono di parassitare
•VIRUS ANIMALI
Insetti (unici invertebrati)
-Virus del baco da seta, delle api, ecc.-
Grande importanza stanno acquisendo
anche le infezioni virali dei pesci
acquacoltura intensiva
•VIRUS BATTERICI
In quasi tutti i batteri coltivabili sono
stati evidenziati dei batteriofagi
•VIRUS VEGETALI
I virus occupano il secondo posto,
dopo i funghi, nel provocare nelle
piante malattie di importanza
I
economica.
Tomato mosaic virus (ToMV) appartiene al genere Tobamovirus. E'
estremamente resistente e facilmente trasmissibile durante le operazioni
colturali e attraverso il seme. Infetta prevalentemente il pomodoro, su cui
provoca gravi alterazioni ai frutti e alle foglie, ma anche altre specie.
Alla fine del secolo scorso venne riconosciuta
l’esistenza di agenti di infezione più piccoli dei batteri
(agenti filtrabili) in seguito alla dimostrazione della
trasmissibilità per mezzo di filtrati acellulari dell’afta
bovina nel 1898, della leucosi aviaria nel 1908 e del
sarcoma dei polli nel 1911.
Esperimento originale di Iwanowsky:
•Una foglia con lesioni viene disgregata in un mortaio
•Il materiale passato attraverso un filtro di Chamberland, che trattiene i batteri
•I detriti cellulari non sono in grado di trasmettere l’infezione ad una foglia sana
•Il filtrato determina la comparsa di lesioni identiche a quelle presenti inizialmente sulla pianta
I virus sono assai piccoli, le loro
dimensioni si aggirano intorno
a qualche decimillesimo di millimetro
e sono visibili soltanto con il
microscopio elettronico.
Il 7 aprile 1931 a Berlino Ernst RUSKA
(premio Nobel 1986) ottenne
la prima fotografia, questa data può
essere considerata quella di nascita
della microscopia elettronica
Negli anni Quaranta, lo sviluppo della microscopia elettronica rese
possibile la visualizzazione dei virus, mentre il successivo sviluppo
di centrifughe ad alta velocità permisero di concentrare e
purificare il materiale di origine virale.
Lo studio dei virus negli animali raggiunse un punto cruciale negli
anni Cinquanta, con lo sviluppo dei metodi di coltivazione in vitro di
cellule in cui si replicavano i virus.
Furono così scoperti molti nuovi ceppi virali e negli anni Sessanta e
Settanta si poterono determinare le caratteristiche fisiche e
chimiche della maggior parte di questi microrganismi.
Morfologia e struttura dei virus:
•Diffrazione con raggi X o con neutroni
•Microscopia elettronica
•Analisi chimiche
•Analisi computerizzate delle immagini
•Elettronmicroscopia quantitativa
Struttura dei virus
•
•
Virus intracellulare
Virus extracellulare o infettante (con struttura completa)
•
I virus maturi extracellulari sono chiamati virioni
•
Nei virus più semplici i virioni sono costituiti da una singola molecola di
acido nucleico, circondato da un involucro proteico denominato
capside
L’acido nucleico se associato a proteine stabilizzanti prende il nome di
core
L’insieme dell’acido nucleico/core e del capside viene definito nucleocapside
Tutti i virus sono coperti da un capside
proteico. Le proteine che lo compongono
appartengono a uno o pochi tipi. Queste
proteine sono identiche e sono detti
capsomeri e sono fatte in modo tale che
possano auto-assemblarsi assieme in un
modo predeterminato. Per molti virus
questo processo di auto-assemblaggio è
facilitato
dai
cosiddetti
chaperonmolecolari, proteine che, pur facilitando la
corretta conformazione e l’assemblaggio,
non fanno parte della struttura finale.
L’insieme del capside e del genoma è
spesso definito nucleoide.
Che forma hanno?
Possono essere presenti in due forme: sferoidale e bastoncellare
Alla forma sferoidale corrisponde una simmetria icosaedrica.
Alla forma bastoncellare corrisponde una simmetria elicoidale.
La lunghezza dei virus elicoidali è determinata dalla lunghezza del
genoma.
Hanno forma e dimensioni molto variabili, e in base alla loro struttura
possono essere suddivisi in tre gruppi:
• virus isometrici
• bastoncellari
• formati dall'unione di una testa e una coda – batteriofagi -
Cos’è un icosaedro?
E un poliedro regolare che presenta 12 vertici e 20 facce,
ciascuna delle quali è costituita da un triangolo equilatero.
È una struttura simmetrica, a forma quasi sferica.
È la struttura più efficiente per un capside poiché viene
utilizzato il minor numero possibile di capsomeri (sub-unità
ripetute) per racchiudere il genoma.
I capsomeri a loro volta sono costituiti da un
numero variabile di sub-unità strutturali
(monomeri); pertanto possono essere
trimeri (adenovirus), tetrameri (picornavirus),
pentameri (papovavirus) ed esameri (herpesvirus)
di un unico peptide o di 2 o più peptidi diversi.
FIGURE 1. Adenovirus after negative stain electron microscopy. The capsid reveals the
typical isometric shell made up from 20 equilateral triangular faces. The 252 capsomeres, 12
pentons and the 240 hollow hexon capsomeres are arranged in a T = 25 symmetry pattern vetite
(x 400,000).
Simmetria elicoidale
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E’ costituito da bastoncini rigidi della lunghezza di circa 300 nm e
del diametro di 15-17 nm.
La struttura è quella di un’elica sinistrorsa costituita da sub-unità
proteiche, o capsomeri, connessi tra loro a formare una serie di
dischi sovrapposti.
Tutti i capsomeri sono identici tra loro e sono costituiti da una
singola molecola proteica del peso di 17 kD.
E’ la lunghezza del filamento di acido nucleico (RNA) a determinare
la lunghezza del capside.
Il nucleocapside dei virus elicoidali può essere rigido (a bastoncello
per alcuni virus vegetali) o arrotolarsi su se stesso (gomitolo di lana nei
paramyxovirus) – queste strutture nei virus animali sono sempre avvolte
nell’envelope.
I virus più piccoli hanno forma icosaedrica, lungo circa 18-20
nanometri (un nanometro è uguale a un milionesimo di millimetro).
I virus più grandi hanno, invece, forma bastoncellare e alcuni
raggiungono una lunghezza di diversi micron, ma sono, comunque,
larghi meno di 100 nanometri.
Pertanto, anche i virus più grandi hanno una larghezza inferiore ai
limiti di risoluzione del microscopio ottico, usato per studiare i
batteri e gli altri microrganismi di dimensioni maggiori.
Molti dei virus con una struttura elicoidale interna hanno un
rivestimento esterno (detto anche envelope), composto di
lipoproteine, glicoproteine o entrambi i tipi di molecole.
Questi virus sono grossolanamente sferici e hanno un
diametro variabile da circa 60 a più di 300 nanometri.
L’envelope virale
•
I virioni acquisiscono l’envelope durante la maturazione, che avviene
mediante budding (gemmazione) attraverso le membrane cellulari,
modificate dall’inserzione di proteine virus-specifiche
•
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Membrana citoplasmatica
Membrana nucleare
Apparato del Golgi
Reticolo endoplasmatico rugoso
•
Quindi: I lipidi che compongono l’envelope derivano dalla cellula
e le proteine sono codificate dal virus
•
Di tali proteine le più importanti sono rappresentate da particolari
proiezioni superficiali PEPLOMERI
• Con forma acuminata SPIKES (aculei)
• Con forma globosa KNOBS
Entrambi sono ancorati all’envelope mediante un peduncolo o stelo
Queste sono glicoproteine transmembrana legano il virus al
recettore cellulare e favoriscono l’ingresso nella cellula
Un’altra proteina dell’envelope è la proteina di matrice (M)
strettamente aderente al foglietto interno dell’envelope
La proteina M contribuisce a rendere
rigido l’envelope, ma non è presente in
tutti i virus con envelope
Glicoproteine virali
• EMOAGGLUTININE dei paramyxovirus e degli orthomyxovirus
che si legano al residuo terminale dell’acido N-acetilneuraminico
(acido sialico), recettore per il virus sulla membrana cellulare
Acidi sialici sono presenti anche sulla membrana dei globuli rossi
Emoagglutinazione
cioè aggregazione dei globuli rossi tra di loro
Virus complessi
• Con alta complessità strutturale
per es. i poxvirus, che a seconda dei generi, hanno la forma di un
mattone oppure appaiono ovoidali
• Costituiti da più involucri
doppia simmetria)
(oltre all’envelope, e con una
per es. i retrovirus che presentano un capside icosaedrico che
racchiude a sua volta un altro nucleocapside (elicoidale?)
Nel virus della peste suina africana inoltre è presente una membrana lipidica
aggiuntiva tra il capside e le strutture più interne.
• Batteriofagi
Composizione chimica dei virus
• Le proteine formate sotto il controllo virale, nel corso
dell’infezione, si possono dividere in proteine strutturali e in
proteine non strutturali
• proteine strutturali – capside
– envelope
– proteine strettamente associate all’acido nucleico
Proteine non strutturali (NS)
• Enzimi coinvolti nelle diverse fasi della replicazione virale
• Proteine in grado di interferire con le sintesi proteiche o con
altre funzioni delle cellule ospiti
• Proteine in grado di influenzare la virulenza o il tropismo del
virus (virochine – in grado di agire a distanza sulle cellule non infette. Sostanze
capaci di inibire l’azione dell’interferone o del tumor necrosis factor)
La maggior parte delle proteine NS sono enzimi coinvolti nelle diverse
fasi della replicazione virale
(- DNA polimerasi-DNA dipendenti; DNA polimerasi-RNA dipendenti;
- enzimi coinvolti nella modificazione post-translazionale delle proteine, come idrolasi,
che effettuano il clivaggio di poliproteine precursori nei peptidi definitivi)
- Proteine capaci di interferire con le sintesi proteiche o con altre
funzioni delle cellule ospiti
- Proteine capaci di influenzare la virulenza, o il tropismo del virus
• La Commissione Internazionale per la Tassonomia dei Virus - in
inglese International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV) è un comitato che autorizza e organizza la classificazione dei virus,
sviluppando così uno schema universale di classificazione tassonomica
con l'obiettivo di descrivere tutti i virus di un organismo vivo. I
membri del comitato sono considerati esperti mondiali nel campo dei
virus. Il comitato è diretto dalla divisione di virologia
dell'International Union of Microbiological Societies (Unione
Internazionale delle Società Microbiologiche).
• L'ICTV tenta di conseguire una classificazione universale che possa
funzionare come standard necessario per la classificazione dei virus,
regolando la descrizione formale dei nuovi ceppi e ordinando la loro
ubicazione dentro lo schema classificatorio. Si tenta di far sì che le
regole di nomenclatura e classificazione si rassomiglino il più
possibile allo standard tradizionale della classificazione degli
organismi utilizzando alcune loro categorie, suffissi che indicano il
rango tassonomico e applicando il corsivo ai nomi dei taxa.
Classificazione virale
Si basa su criteri morfologici, strutturali, chimici e replicativi:
In base a queste caratteristiche i virus vengono suddivisi in:
• Ordine (con suffisso – virales)
• Famiglie (con suffisso – viridae)
• Sottofamiglie (generalmente con suffisso – virinae)
• Generi (con suffisso – virus)
• Specie
• Ceppo/tipo
Per esempio
Ebola virus di Kikwit:
• Ordine: Mononegavirales
• Famiglia: Filoviridae
• Genere: Filovirus
• Specie: Ebola virus Zaire
