Animal virus classification: DNA Viruses
Family
Pox
Herpes
Adeno
Papova
Genome
<---------------------------------------dsDNA-------------------------------------->
Capsid
symmetry
Complex
Envelope
<-----------------Yes------------------>
e.g.
Vaccinia virus
Parvo
Hepadna
ss DNA
Partial dsDNA
<---------------------------------------------Icosahedral-------------------------------------------------->
Herpes simplex
virus 2
<-----------------------------No------------------------------>
H uman
adenovirus
Papilloma
AdenoAss ociated
Yes
Hepatitis B
Poxviridae
•I Poxvirus sono noti da secoli
•Prendono il nome dalle caratteristiche
vescicole (“poxs”) prodotte dal virus del
vaiolo (Smallpox)
•Il faraone Ramses V mori’ di vaiolo nel
1157 b.c.
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POXVIRIDAE
La famiglia Poxviridae contiene 2 sottofamiglie in
una sola esistono virus capaci di infettare l’ uomo
la maggior parte infettano solo
specie diverse dall’uomo
( dagli insetti agli elefanti )
FAMIGLIA POXVIRIDAE
Sottofamiglia
Genere
Chordopoxvirinae (vertebrate hosts)
Orthopoxvirus
Parapoxvirus
Avipoxvirus
Capripoxvirus
Leporipoxvirus
Suipoxvirus
Molluscipoxvirus
Yatapoxvirus
Entomopoxvirinae (insect hosts)
Entomopoxvirus A
Entomopoxvirus B
Entomopoxvirus C
Specie
Vaccinia virus
Orf virus
Fowlpox virus
Sheeppox virus
Myxoma virus
Swinepox virus
Molluscum contagiosum
Yaba monkey tumor virus
POXVIRIDAE
Non sono né icosaedrici, né elicoidali, si definiscono a
struttura complessa.
dsDNA
108 Mw
capace di codificare per oltre 200 proteine
Morfologia
Ovale o a forma di “mattone” lunghi dai 200 ai 400 nm possono essere visualizzati dai
migliori microscopi ottici, ma si usa sempre il ME
Le particelle sono estremamente complesse e contengono OLTRE 100 proteine, tra
cui almeno 10 enzimi
Le forme extra cellulari hanno 2 membrane, le forme intracellulari hanno solo una
membrana interna
Corpi laterali: funzione ignota
Fig. 1. Vaccinia virus, a representative poxvirus: virion structure (A)
Copyright ©2004 by the National Academy of Sciences
Genoma
Doppio filamento di DNA lineare di 130-300 kbp con le estremità legate.
La maggior parte dei geni essenziali sono localizzate nella porzione più
centrale del genoma, mentre quelli non essenziali sono alle estremità.
Sono complessivamente presenti circa 250 geni.
Recettori: probabilmente più di uno per ogni tipo
cellulare. Uno di questi (utile per il virus vaccinico) è
probabilmente l’ EGF (fattore di crescita epidermica)
CCR5 e CxCR4 per myxoma (CD4 coinvolto?)
Penetrazione complessa e coinvolge più di un
meccanismo. La rimozione della membrana avviene in
due fasi: eliminazione della membrana esterna quando
il virus penetra ; rimozione della membrana interna per
il definitivo passaggio del core nel citoplasma
Espressione Genica è regolata forse esclusivamente da enzimi
virali associati con il core ed è divisa in due fasi:
GENI PRECOCI: ~ 50 % del genoma, espresso prima della
replicazione del genoma
GENI TARDIVI: espressi dopo la replicazione del genoma; i
promoter tardivi sono dipendenti dalla duplicazione del DNA per
agire
Replicazione
REPLICAZIONE CITOPLASMATICA
Ci sono alcuni contributi da parte del nucleo cellulare ma non è ancora
ben chiaro a quale livello, ciò che si sa è che l’espressione genica e la
replicazione in cellule denucleate avviene, ma la maturazione è bloccata.
La replicazione è piuttosto rapida: 12 ore
Fig. 2. The single-cell reproductive cycle of vaccinia virus
Harrison, Stephen C. et al. (2004) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 101, 11178-11192
Copyright ©2004 by the National Academy of Sciences
• Liberazione virioni per LISI CELLULARE
• Tropismo: Predilezione per le cellule
epidermiche
FAMIGLIA POXVIRIDAE
8 GENERI
Poxvirus che infettano l’uomo:
genere
Orthopox
Parapox
virus
virus del
vaiolo umano
ospite primario caratt. cliniche nell’uomo
uomo
virus del vaiolo
bovino
bovini, felidi,
roditori
virus del vaiolo
delle scimmie
scimmie e
scoiattoli
virus
paravaccinico
bovini
virus della
ovini, caprini
dermatite
pustolare
contagiosa ( orf )
?
Molluscipox
virus del tanapox
virus del mollusco
contagioso
scimmie
uomo
vaiolo
lesioni sulle mani
lesioni nodulari localizzate
(noduli dei “mungitori” )
lesioni vescicologranulomatose
localizzate
lesioni cutanee vescicolari
e malattia febbrile
noduli cutanei piccoli multipli
INFEZIONI UMANE DA POXVIRUS
• Vaiolo
• Mollusco contagioso
• Vaiolo delle scimmie
• Vaiolo bovino e pseudo vaiolo bovino
Virus del Vaiolo:
Poxviruses
•Il faraone Ramses V mori’ di vaiolo nel
1157 b.c.
•La malattia raggiunse l’Europa nel 710
e trasferita in America nel 1520
•Nel 18° secolo in Europa il vaiolo è
stato una piaga di dimensione enormi
•È altamente infettivo
Il virus del vaiolo è stato eradicato nel 1980.
VAIOLO
Infezione esclusiva della specie umana, eradicata in tutto il mondo
Trasmissione: contatto diretto con uomini malati
( cute / via respiratoria )
Evoluzione:
replicazione sito
di penetrazione
cute
vie respiratorie
invasione
linfonodi
satelliti
circolo
( viremia
breve )
captato da
macrofagi
cell. ret./end.
replicazione
milza e fegato
vescicole
pustole
cute
replicazione
nell’endotelio
dei capillari
e delle venule
circolo
(viremia
massiccia)
FEVER
6
7
8
9
10 11 12 13 14
Pustules
Scabs
RASH
Days – 4 – 3 – 2 – 1 1 2 3 4 5
Pre-eruption Papules-Vesicles
Onset of rash
•
Trasmissione: contatto diretto o indiretto con uomini malati (via
respiratoria, cute)
•
Incubazione 7 -17 giorni.
•
Sintomi iniziali:f ebbre mal di testa e schiena
•
Eruzione dopo 2-4 giorni - Progressione caratteristica
•
Le croste cadono dopo 3-4 settimane
•
Mortalità: circa il 30%
21
Uno degli ultimi casi di
vaiolo in Somalia
Pocks are usually present on the
palms of the hands and on the
soles of the feet.
La densità delle lesioni è maggiore in viso
che sul tronco
In vitro: si replica in colture cellulari umane o di altri primati
(inclusioni citoplasmatiche eosinofile presenti anche in viv
CORPI DEL GUARNIERI )
Diagnosi: clinica facile
isolamento del virus
emoagglutinazione
ormai non più necessaria
Sierologia: (emoagglutinina, quindi inibizione dell’ emoag.)
Profilassi: 1° vaccinazione: Jenner (virus bovino)
VACCINAZIONE
- scarificazione cutanea di virus vaccinico
3-4 giorni
papula
vescicola ombelicata
febbre
reazione linfo-ghiandolare
inizia
l’immunità
10° giorno
CROSTA
1 settimana
distacco
cicatrice permanente
Clinical Features of Poxvirus Infection
Smallpox Vaccine History
• 1796 - Edward Jenner demonstrated that skin inoculation of
cowpox virus provided protection against smallpox infection
• 1805 - Italy, first use of smallpox vaccine manufactured on calf
flank
• 1864 - Widespread recognition of utility of calf flank smallpox
vaccine
• 1940’s - Development of commercial process for freeze-dried
vaccine production (Collier)
• 1950 - Pan American Sanitary Organization initiated
hemisphere-wide eradication program
• 1967 - Following USSR proposal (1958) WHO initiated Global
Eradication Program
• 1977 - Oct. 26, 1977 last known naturally occurring smallpox
case recorded in Somalia
• 1980 - WHO announced world-wide eradication
L’eradicazione del vaiolo è stata
possibile per 3 ragioni:
1) Non ci sono altri serbatoi se non l’uomo
2) Questi virus causano infezioni acute
(esito o fatale o life-long immunity)
3) Sono forti immunogeni
L’espressione genica dei POX virus è stata
studiata nel dettaglio
1)
per il loro importante ruolo nella patologia umana
(almeno nel passato)
2)
per l’utilizzo come vettori di espressione per geni
eterologhi e l’interesse nell’uso di vaccini
3)
Per il loro possibile uso come arma di bioterrorismo
Poxvirus come vettori genici
POXVIRUS COME VETTORI
• Virus di grosse dimensioni
• Grosso genoma con il 25% dei geni non è essenziale alla
replicazione
• I geni non essenziali possono essere sostituiti con geni di
interesse
In animali: vaccino contro la rabbia funziona bene
nell’ uomo alcuni sono in trial clinico
Makes use of homologous
recombination in infected
cells to introduce foreign
DNA coupled to VV promoter
(e.g. tk) into virus genome.
Problems for human poxvirus vaccines:
The % of the human population which has already been
vaccinated - lifelong protection may result in poor response to
recombinant vaccines (?).
Dangerous in immunocompromised hosts.The possible solution to
this may be to use Avipoxvirus vectors, e.g. fowlpox or
canarypox as 'suicide vectors' - undergo abortive replication in
mammalian cells:
– can express high levels of foreign proteins
– no danger of pathogenesis
– no natural immunity in humans
Pasteur Merieux Connaught's AIDS vaccine ALVAC-HIV (vCP205)
consists of a recombinant canarypox vector expressing various
HIV genes (gp120, gag and pro). Phase III clinical trials of this
vaccine are currently planned to test it's efficacy.
Virus del vaiolo come agente di bioterrorismo
Il virus del vaiolo sia stato eradicato
I ceppi disponibili nei laboratori sono stati ufficilmente distrutti (ne
sono rimasti due Uno in Russia e l’ altro in America)
Possibilità di utilizzare un altro Orthopox (es: monkeypox,
camelpox…)
Possibilità di modificare il genoma di un orthopox (es camelpox) in
modo che possa causare malattia nell’uomo (es inserendo geni che
codificano per citochine di tipo Th2)
Aumento del salto di specie (es. Trasmissione dal ratto all’uomo
dell’infezione di Cowpox) dovuto all’adattamento di orthopox al
genere umano.
Necessità di produrre adeguate scorte di vaccino
Problemi inerenti un attacco di vaiolo
Il virus non facilmente disponibile
Il mercato nero internazionale è, probabilmente, l’ unica
possibile fonte
La Vaccinazione anti-vaiolosa è stata
sospesa alla fine degli anni 70
Tutta la popolazione di età inferiore ai 30 anni
è vulnerabile
E i vaccinati sono ancora protetti?
WORLD HEALTH ORGANIZATION
EXECUTIVE BOARD EB106/3
106th Session 10 April 2000
Smallpox eradication: destruction of virus stocks
Report by the Secretariat
Problemi inerenti un attacco di vaiolo
Un attacco usando questo virus richiede strategie
sofisticate e cerca il panico pubblico
Oggi il disastro sarebbe assicurato con un 30% circa di
mortalità
Dosi di Vaccino in Italia
Novembre 2001: 500.000
Novembre 2002: 5.000.000
Laboratori ad alta sicurezza:
sicurezza 2
Reparti ad alto isolamento:
isolamento 5
Vaiolo delle scimmie
- Presente
solo nelle aree dell’Africa Occidentale coperte da
foreste pluviali.
Zoonosi: infezione sistematica assai simile al vaiolo con
tasso di mortalità del 30% ca.
85-95: oltre 300 casi, quasi tutti i bambini avevano giocato
con scimmie.
- Diffusione inter-umana rara.
Preoccupazione OMS mutazione
grande
epidemia?
( sembra raro perché i virus a DNA sembrano molto più
stabili dei virus a RNA)
Il virus del vaiolo umano potrebbe essere sostituito dal
vaiolo della scimmia come agente di bioterrorismo
virus del
Parapoxvirus
Lesioni pustolose mani e viso dopo il contatto con animali (ovini, caprini,
bovini) infetti.
Noduli dei mungitori: si risolvono in qualche settimana.
Tanapoxvirus
( fiume Tana in Kenia )
Diffusa nelle scimmie, sembra trasmessa da punture di insetti.
Febbre e lesione vescicolare: si risolve in pochi giorni.
Mollusco contagioso
• Infezione esclusiva della specie umana.
• Comparsa di noduli epidermici singoli o multipli in ogni zona del corpo,
tranne che sul palmo delle mani e la pianta dei piedi.
Nel bambino le lesioni tendono a localizzarsi sul viso, al tronco ed agli arti
particolare
ascelle,regione
antecubitale
e
crurale).
nell’ individuo adulto è comune l'interessamento della regione addominale
inferiore, della parte superiore delle cosce, dell'area pubica e genitale.
Talvolta si presenta nelle mucose delle labbra, della lingua, della bocca, d
congiuntiva. Le lesioni tendono spesso a raggrupparsi, ma possono
distribuirsi in maniera diffusa.
•
NB: Iperplasia delle cellule dello strato basale che hanno un ritmo di
moltiplicazione raddoppiato (3 gg invece di 6 gg)
Il mollusco contagioso si presenta comunemente come una piccola lesione
cupoliforme, dura, del diametro di 2-6 mm, con una piccola ombelicatura al centro.
Il loro colore inizialmente è simile a quello della cute; in seguito esse appaiono
traslucide, grigio-perlacee, rosate, talora giallognole.
Mollusco contagioso
• Trasmissione: piccole lesioni di continuo dell’ epidermide
contagio interumano diretto o indiretto ( es. piscine:
piccole epidemie)
Il mollusco contagioso può anche essere trasmesso sessualmente se le
lesioni sono presenti nella zona genitale.
• Il virus non è ancora stato coltivato in vitro (inf. abortiva )
DNA purificato
analisi con enzimi di restrizione
3sottotipi genomici
• Risposta immune: assente perché il virus non arriva al derma e quindi
non incontra le cellule del sistema immunitario
Diagnosi
Generalmente la diagnosi di mollusco contagioso si basa sull'aspetto delle
lesioni.
Terapia
Il mollusco contagioso può guarire spontaneamente, nell'arco di mesi od
anni. Tuttavia il trattamento mediante curettaggio può essere indicato per
evitare l'autoinoculazione o la trasmissione ad altri soggetti.
Sarà lo specialista dermatologo a valutare quale sia il trattamento migliore
in rapporto al numero e alla localizzazione delle lesioni, tenendo
ovviamente presente che più precoce è la diagnosi e minore è il numero
delle lesioni, più facile sarà controllarne la diffusione.
