I virus

I virus sono degli organismi molto semplici, privi di metabolismo (non mangiano, non crescono di dimensioni, non respirano, non emettono prodotti di rifiuto) e non in grado di ripordursi in modo autonomo. Sono degli organismi al margine della vita.

I virus sono parassiti intracellulari obbligati, in grado di riprodursi solo all'interno di cellule di altri esseri viventi, che possono essere batteri, funghi, piante e animali.

All’esterno delle cellule ospiti i virus si presentano sotto forma di particelle singole definite virioni. Un virione è cosituito da un core, costituito da un filamento di acido nucleico (DNA o RNA), contenuto in un  capside, una sorta di contenitore costituito da proteine identiche chiamate capsomeri la cui struttura è codificata dal DNA (o RNA) del virus stesso. In alcune specie il capside è avvolto da un rivestimento più esterno detto pericapside o envelope.

I virus mostrano una grande diversità di forme e dimensioni, ma sono comunque molto più piccoli dei batteri e non sono assolutamente visibili con il microscopio ottico.

Classificazione dei virus

La maggior parte dei virus conosciuti ha un diametro compreso tra 20 e 300 nanometri e diverse forme, ricondubili a 4 tipologie morfologiche di base:

1. Virus icosaedrici: la maggior parte dei virus che colpiscono gli animali hanno questa forma (icosaedro = solido con 20 facce triangolari tutte uguali). 

2. Virus elicoidali: il capside è costituito da capsomeri identici che si avvolgono intorno ad un asse centrale, formando una struttura elicoidale, che può avere una cavità centrale. I virioni sono a forma di bastoncello o filamentosi: brevi e rigidi o lunghi e flessibili. Sono generalmente virus a RNA. Il virus del mosaico del tabacco (il primo virus descritto) è un esempio molto ben conosciuto di virus elicoidale.

3. Virus ad involucro (envelope). Alcune specie di virus si avvolgono in una membtana cellulare, presa dalla cellula ospite (o la membra esterna o una del reticolo endoplasmatico), ottenendo così un doppio strato lipidico esterno noto come pericapside o envelope. I virus dell'influenza e dell'HIV sono di questo tipo.

4. Virus complessi. Questi virus possiedono un capside di forma non riconducibile all'icosaedro o all'elica e che può possedere strutture extra come code proteiche ​​o una parete esterna complessa. Alcuni batteriofagi (virus che infettano i batteri) hanno una struttura complessa costituita da una testa icosaedrica associata a una coda elicoidale, che può avere una piastra di base esagonale con una coda proteica sporgente. Tale struttura a coda agisce come una siringa molecolare, attaccandosi al batterio ospite e per poi iniettare il genomavirale nella cellula.

Tipi di virus
Struttura del virus HIV

Replicazione dei virus

I virus non sono in grado di riprodursi autonomamente, ma sono costretti ad utiizzare le strutture biochimiche di una cellula ospite.

Il ciclo di vita dei virus varia molto attraverso le diverse specie, ma sinpossonom distinguere sei fasi fondamentali:

1. Attaccamento. Si forma un legame tra le proteine ​​del capside virale e specifici recettori che si trovano sulla membrana cellulare della cellula ospite. La presenza di dati recettori sulla membrana cellulare determinanoquali cellule possano essere ospiti di un virus. Ad esempio, l'HIV infetta solo una ben specifica tipologia di leucociti umani. Questo perché le sue proteine di superficie, le gp120, interagiscono in modo specifico con la molecola CD4 che si trova sulla superficie dei linfociti T CD4+. 

2. Ingresso. I virioni entrano nella cellula ospite mediante endocitosi mediata da recettori o attraverso la fusione delle membrane

3. Uncoating. Il capside virale viene rimosso (o attraverso la sua degradazione da parte degli enzimi virali o dagli enzimi ospiti o per semplice dissociazione)e in questo modo si ha la liberazione dell'acido nucleico genomico virale.

4. Replicazione. Questo processo consiste principalmente nella moltiplicazione del genoma. La replica consiste nella sintesi dell'RNA messaggero (mRNA) virale, la sintesi proteica virale, il possibile montaggio delle proteine ​​virali, quindi la replicazione del genoma virale.

5. Assemblaggio. Il processo di assemblaggio consiste nel raggruppamento in un particolare sito della cellula di tutti i componenti neoformati necessari a formare un virione maturo. Durante l'assemblaggio viene formata la struttura di base della particella virale.

6.Rilascio. I virus possono essere rilasciati dalla cellula ospite per lisi, un processo che uccide la cellula rompendo la sua membrana  cellulare(e la parete, se presente).

A seconda di come i virus utilizzano i meccanisimi biochimici della cellula ospite per riprodursi, si distinguono un ciclo litico e un ciclo lisogeno (o lisogenico).

Nel ciclo litico il virus "inietta" il proprio corredo genetico all’interno della cellula ospite, dove viene replicato in molte copie e trascritto (in mRNA) e tradotto (in proteine) automaticamente dall’ospite, in quanto gli apparati cellulari preposti alla trascrizione (RNA-polimerasi) e alla traduzione (i ribosomi e i t-RNA) non sono in grado di distinguere il genoma cellulare da quello virale. Il genoma virale contiene i geni che codificano per le proteine che costituiscono il virus stesso, che vengono prodotte e quindi assemblate per formare i capsidi che contengono al loro interno un singola copia del genoma virale. Una volta che i virus completi raggiungono un certo numero la cellula ospite subisce una lisi, cioè le sue pareti si rompono liberando una grande quantità di virus, ora virioni, all’esterno, pronti ad infettare le cellule vicine.

Nel ciclo lisogeno il corredo genetico del virus si inserisce nel DNA della cellula ospite, prendendo il nome di provirus e mantenendo molti dei suoi geni disattivati. Una volta che la cellula si duplica viene trasmesso anche il DNA virale alle cellule figlie formando così in un breve periodo una vasta colonia di genomi virali senza che avvenga la lisi. Il genoma del provirus reprime la maggior parte dei suoi geni, che vengono riattivati in caso di danni alla cellula ospite, dando il via ad un ciclo litico. Un esempio a tutti familiare è quello dell'Herpesvirus umano, i cui provirus vengono indotti da stress termici, psicologici o da radiazioni ultraviolette, dando origine alla cosiddetta febbre nascosta.

Il materiale genetico all'interno delle particelle del virus e il modo in cui il materiale viene replicato, varia notevolmente tra i diversi tipi di virus.

La replicazione del genoma della maggior parte dei virus a DNA avviene nel nucleo della cellula. La maggior parte dei virus a DNA dipendono interamente dal DNA della cellula ospite e dai suoi strumenti biochimici (enzimi) per la sintesi dell'RNA. Alcuni virus dotati di genomi di maggiori dimensioni, contenenti più geni, possono codificare gran parte di questi stessi enzimi.

Il virus dell’influenza, a RNA a singolo filamento, penetra nella cellula ospite per endocitosi, all’interno di una vescicola membranosa. La fusione della membrana di queta vescicola con quella del virus determina la liberazione dell'RNA virale all’interno del citoplasma della cellula. Il virus contiene anche una RNA polimerasi particolare, che utilizza come stampo RNA (a differenza delle RNA polimerasi delle cellule che usano come stampo il DNA) e che produce numerose copie del genoma virale. I filamenti di RNA virale così sintetizzati funzionano sia come mRNA per la produzione delle proteine virali da parte dei ribosomi della cellula, sia da stampo per la sintesi di altre copie del genoma virale.

retrovirus come HIV presentano un ciclo riproduttivo più complesso. Il virus penetra nella cellula attraverso la fusione della sua membrana con la membrana plasmatica della cellula ospite. Successivamente l'RNA virale viene trascritto in un filamento di DNA, grazie all’enzima virale trascrittasi inversa. Questo DNA si integra quindi nel DNA della cellula ospite, sotto forma di provirus, dove risiede stabilmente. Quando il provirus si attiva, per produrre nuovi virioni, viene trascritto in mRNA, che viene tradotto nelle proteine del virus. Alcune di queste formeranno il capside, altre invece si inseriscono nella membrana cellulare della cellula ospite, che poi diventerà la membrana del virus nel momento della liberazione dei nuovi virioni. 

Ciclo litico e lisogenico dei batteriofagi
Ciclo riproduttivo dell'HIV