Presentazione di PowerPoint

CHE COSA SONO I VIRUS?
Agenti infettivi di piccole dimensioni e semplice
composizione che si possono moltiplicare solo in
cellule viventi di animali, piante e batteri. Per la
propria replicazione si basano a diversi gradi sui
processi metabolici della cellula ospite
(Enciclopedia britannica)

…a piece of bad news envrapped in a protein coat
(D. Baltimore, Nobel price 1986)
"Virus"
is derived from the Greek word for "poison"
VIRUS
La parola latina virus significa veleno
• I virus sono organizzazioni biologiche caratterizzate da un
livello subcellulare di struttura.
• Possono definirsi parassiti intracellulari obbligati (possono
moltiplicarsi solo all' interno di una cellula vivente),
• Sono di piccole dimensioni (< 0.2 mm),
• Sono costituiti essenzialmente da materiale genetico formato
da un solo acido nucleico (RNA o DNA) contenuto in un
rivestimento di natura proteica che ha la duplice funzione di
proteggere il genoma virale e di mediare la penetrazione virale
intracellulare
interagendo con la superficie delle cellule
sensibili.
• Sono sprovvisti di ribosomi e di sistemi enzimatici deputati
alla produzione di energia.
DIMENSIONI DEI VIRUS
Koneman et al. Color Atlas and Textbook of Microbiology 5th Ed. 1997
PRINCIPALI DIFFERENZE TRA VIRUS E
MICRORGANISMI PROCARIOTI
Presenza
contemporanea
di DNA e RNA
eubatteri
micoplasmi
rickettsie
clamidie
virus
+
+
+
+
-
Presenza di ribosomi
+
+
+
+
-
Presenza di capacità
biosintetiche
autonome
+
+
+
+
-
+
+
+
+
-
+
+
+
-
-
+
+
-
-
-
-
+
+
+
+
Sensibilità agli
antibatterici
Presenza di sistemi
enzimatici deputati alla
produzione di energia
Crescita extracellulare
in terreni artificiali
Moltiplicazione inibita
dagli anticorpi in
assenza di
complemento
COMPOSIZIONE CHIMICA DEI VIRUS
I virus si distinguono da tutti gli altri esseri biologici per la
loro composizione chimica semplice composta da:
Un genoma consistente di una o poche molecole di RNA o DNA
• Alcune molecole (glico)proteiche e, a volte, lipidiche che formano il
contenitore
• Alcuni enzimi
•
VIRIONE
I virus sono in grado di alternarsi in due distinti stati :
1. intracellulare
2. extracellulare o infettivo.
I virus maturi, cioè le particelle virali complete
extracellulari, sono chiamati virioni, si identificano
con le particelle infettanti e si liberano al termine di
replicazione virale.
CAPSIDE + GENOMA VIRALE = NUCLEO CAPSIDE
Il virione è costituito da un solo acido nucleico
metabolicamente inerte ( DNA o RNA ) che deve
penetrare in una cellula vivente per esplicare la sua
attività ed è chiuso in un guscio proteico, (capside),
Il capside è formato da numerose subunità
strutturali chiamate capsomeri.
COME SI FORMA L’INVOLUCRO CHE
CONTIENE IL GENOMA VIRALE?




o
o
o
Le particelle virali si formano spontaneamente senza bisogno di
nessun altra informazione estranea.
I capsomeri si trovano in uno stato energetico minimo e quindi
molto stabili
Le forze che guidano l’asseblaggio dei capsomeri virali includono
le interazioni idrofobiche ed elettrostatiche. Raramente si
formano legami covalenti tra le subunità multiple.
In termini biologici questo significa che vengono usate interazioni fra :
proteina - proteina,
proteina - acido nucleico,
proteina - lipidi.
IL GENOMA : VIRUS A RNA
Sempre a singolo filamento, tranne nei Reovirus
70% dei virus animali ha un genoma ad RNA
7 – 30 kb
2 – 9x106 d
4 – 18 proteine
IL GENOMA : VIRUS A DNA
30% dei virus animali ha un genoma a DNA
5-300 kb 1,5 x 106 – 1 x 108 d 3 – 100 proteine
•L’acido
nucleico di tutti i virus a DNA,
eccetto il Parvovirus, è a doppio filamento.
•Il
DNA degli Hepadnavirus è parzialmente
a singolo filamento quando non è in fase di
replicazione
PERICAPSIDE O PEPLOS O ENVELOPE
All' esterno del nucleo capside in alcuni virus
(orthomyxovirus, herpesvirus, poxvirus) si osserva la
presenza di una membrana limitante esterna detta
pericapside o peplos o envelope, che contiene
prevalentemente lipidi, proteine e carboidrati e che
può essere disgregata dall' etere o da altri solventi dei
lipidi.
COMPONENTI FONDAMENTALI DI UN VIRIONE
IN
Genoma
Rivestimento proteico
formato da uguali subunità
(CAPSOMERI)
CAPSIDE
Ulteriore rivestimento proteico
MATRICE
Ulteriore rivestimento
esterno formato da un
PERICAPSIDE
doppio strato di glicoproteine e lipidi
OUT
LA FUNZIONE DEI RIVESTIMENTI ESTERNI
1)
2)
Protezione del fragile genoma da danni fisici, chimici, enzimatici.
Conferimento della capacità di riconoscimento con il recettore cellulare.
- Il capside, formato da un certo numero di unità proteiche uguali e ridondanti, ha il
compito di proteggere la particella virale dalle nucleasi presenti nei fluidi biologici e
di favorirne l' entrata nelle cellule suscettibili.
3)
Penetrazione del genoma virale nella cellula in una conformazione con la quale
può interagire con le strutture cellulari ed iniziare il processo infettivo
- L' envelope facilita l' entrata del virione nella cellula ospite, consentendo l'
adsorbimento specifico, la fusione con la membrana cellulare e l' accesso al nucleo
capside all' interno della cellula. L' envelope può contenere due diversi tipi di
proiezioni esterne o peplomeri che si differenziano in emoagglutinine (strutture a
bastoncino, aculei o spikes) e neuraminidasi con struttura a forma di fungo ad
attività enzimatica
PARTICELLE VIRALI: VIRIONI
molecole “informazionali”: DNA o RNA
contenitore proteico (capside), a volte
avvolto da una membrana lipoproteica
SIMMETRIA
Il capside virale è composto da numerose
copie di un solo tipo (o un numero limitato)
di proteine disposte in modo simmetrico e
tenute assieme da legami non covalenti
ASSI DI SIMMETRIA
economia genetica
auto-assemblaggio
-
SIMMETRIA ICOSAEDRICA
(forma quasi sferica)
Solido a 20 facce triangolari uguali
SIMMETRIA ELICOIDALE
(forma cilindrica)
I capsomeri sono disposti come
i gradini di una scala a chiocciole
VIRUS A STRUTTURA
COMPLESSA
Alcuni virus sfuggono alla simmetria
icosaedrica o elicoidale e hanno una
struttura più complessa.
In questi casi anche se i principi
generali della simmetria sono spesso
utilizzati per costruire parte
dell’involucro della particella, i
virus non possono essere definiti da
un’equazione matematica.
ESEMPI DI VIRUS A STRUTTURA COMPLESSA:
VIRUS BATTERICI: BATTERIOFAGI
CLASSIFICAZIONE DEI VIRUS
FAMIGLIE (….viridae)
Herpesviridae
SOTTOFAMIGLIE (….virinae)
Betaherpesvirinae
GENERI (…..virus)
Cytomegalovirus
CLASSIFICAZIONE DEI VIRUS
VIRUS A DNA
VIRUS A RNA
VARIABILITA’ VIRALE



C’è più diversità tra i virus che in tutti gli altri esseri
biologici esistenti in natura.
Nuove varianti si formano in continuazione
E’ impossibile descrivere tutti i gruppi di virus non
solo per loro numero, ma anche perché in continuo
cambiamento
MUTANTI VIRALI

Ceppi, tipi, mutanti, isolati, quasi-specie
sono termini interscambiabili per definire
un virus che si discosta dal suo parentale
grazie a mutazioni spontanee o indotte o per
interazioni genetiche o non genetiche con
altri virus
INTERAZIONE GENETICA

Complementazione allelica (intragenica):
quando differenti mutanti hanno difetti
complementanti nello stesso gene

Complementazione non allelica (intergenica):
risultante da difetti in geni diversi
CICLO DI MOLTIPLICAZIONE VIRALE
La replicazione dei
virus avviene
all’interno della cellula
infetta:
il virione perde prima
l’unità morfologica, poi
l’acido nucleico e
le proteine strutturali
vengono sintetizzati
separatamente per poi
riunirsi a formare i
virioni “maturi”
LA REPLICAZIONE DI UN VIRUS SI PUÒ
DIVIDERE IN DIVERSE FASI:
Attacco del virus alla cellula
 Penetrazione del virus nella cellula
Queste fasi sono le più restrittive e condizionanti l’ esito
dell’ infezione
 Replicazione del genoma virale
 Assemblaggio delle neo-particelle
 Maturazione e rilascio dei virus neoformati

ATTACCO CO-RECETTORE (VIRALE) - RECETTORE (CELLULARE)
L’attacco del virus consiste nel riconoscimento specifico tra il
corecettore virale e il recettore cellulare. Le molecole recettoriali
possono essere:
A) Proteine (di solito glicoproteine)
recettori specifici
B) Residui di carboidrati
(presenti su glicoproteine o glicolipidi)
recettori meno specifici
Alcuni virus complessi usano più di un recettore e, quindi, hanno
vie alternative di ingresso nelle cellule.



ESISTONO DIVERSE CLASSI DI RECETTORI, COME:
le immunoglobuline o immunoglobuline-like
i recettori associati alle membrane
i trasportatori e i canali di transmembrana
Alcuni recettori
Immunoglobuline di transmembrana (HSV)
Strutture simili alle Immunoglobuline di transmembrana
(CD4: HIV, HHV7)
Recettori di chemochine (CCR: HIV)
Recettore del C’ (CR2: EBV)
Decay accellerating factor (Echovirus)
ICAM-1 (Rhinovirus, CoXackieA)
Aminopeptidasi N (Coronavirus gruppo I)
Glicoproteine biliari (Coronavirus gruppo II)
Glicoforine (Virus Sendai)
Acido sialico (Virus influenzale)
Recettore dell’ acetil colina (Virus della rabbia)
Corecettori

Alcuni virus usano un processo a due step per aderire e penetrare

Step 1: adesione a bassa affinità del virus ad un primo recettore.
questo porta il virus in contatto con il secondo recettore (co-recettore)

Step 2: Il recettore secondario promuove un legame più forte tra virus
e cellula e la fusione delle due membrane
PENETRAZIONE NELLA CELLULA OSPITE
Fusione
esterna
interna
Endocitosi
esterna
interna
ALCUNI VIRUS SENZA PERICAPSIDE
1.
NON FONDONO
2.
NON VENGONO ENDOCITATI
3.
INDUCONO LA FORMAZIONE DI PORI (ES: PICORNAVIRUS )
Parvovirus contengono una phospholipase A2 nel capside
STRATEGIE REPLICATIVE DEI GENOMI
GENOMI A DOPPIO FILAMENTO DI DNA (dsDNA), I
PIÙ DIFFUSI: POX, HERPES, ADENO, PAPOVA,
IRIDOVIRIDAE
mRNA
dsDNA
proteine
assemblaggio
dsDNA
2 fasi: early e late
RNApol cellulare II
GENOMI A SINGOLO FILAMENTO DI DNA (ssDNA),
TIPICI DEI PICCOLI GENOMI (PARVOVIRIDAE)
mRNA
ssDNA
proteine
dsDNA
assemblaggio
ssDNA
RNApol cellulare
DNApol cellulare
GENOMI A DOPPIO FILAMENTO DI RNA (dsRNA)
Tutti i virus a dsRNA hanno un genoma costituito da 2
a 12 molecole diverse di RNA (“genoma segmentato”).
Reoviridae.
dsRNA
mRNA
proteine
assemblaggio
RNApol virale associata al capside
(dsRNA)
GENOMI A SINGOLO FILAMENTO DI RNA (ssRNA)
Possono essere divisi in 2 gruppi:
• quelli che funzionano come l’ mRNA (senso positivo)
Picorna, Calici, Corona, Flavi, Togaviridae.
• quelli che sono complementari all’ mRNA prodotto da loro
stessi (senso negativo)
Orthomyxo, Paramyxo, Rhabdo, Filoviridae.
GENOMI A SINGOLO FILAMENTO DI RNA (ssRNA)
proteina
+RNA
scissione
+RNA
- RNA
RNApol neotradotta
assemblaggio
proteina
-RNA
+RNA
assemblaggio
- RNA
RNApol virale associata al virione
Molti virus di questo tipo hanno un genoma composto da una
molecola a singolo filamento di RNA, mentre gli Orthomyxo
hanno genomi segmentati in 7-8 molecole di RNA.
VIRUS CON GENOMI A DNA (ss/dsDNA) CHE USANO UN
PASSAGGIO INTERMEDIO A SINGOLO FILAMENTO DI
RNA (ssRNA)
Hepadnaviridae
ss/dsDNA
mRNA
proteina
dsDNA
ssRNA
DNApol virale nel virione
RNApol cellulare
Transcriptasi inversa virale
assemblaggio
ss/dsDNA
VIRUS CON GENOMI A SINGOLO FILAMENTO DI RNA
(ssRNA) CHE USANO UN PASSAGGIO INTERMEDIO A
DOPPIO FILAMENTO DI DNA (dsDNA, UN PROVIRUS)
Retroviridae
proteina
ssRNA
dsRNA
ds DNA (integrazione)
mRNA
assemblaggio
Transcriptasi inversa virale
RNApol cellulare
AZIONE PATOGENA DEI VIRUS
fasi dell’infezione virale
AZIONE PATOGENA DEI VIRUS:
MECCANISMI DI DANNO
MECCANISMI PATOGENETICI IMMUNO-DIPENDENTI
ATTIVABILI IN CORSO DI INFEZIONE VIRALE