Virus

Un virus rappresenta un elemento extrabiologico capace di infettare determinati tipi di cellula per potersi riprodurre a sue spese. Tutti i virus, infatti, non possiedono vita propria ma necessitano degli apparati riproduttivi della cellula, ad esempio quelli per la sintesi proteica, per poter assemblare all'interno della cellula stessa i propri componenti. La replicazione dei virus, inoltre, può variare considerevolmente da specie a specie.

Classificazione dei virus

I biologi classificano i virus secondo differenti criteri che spaziano dal tipo di genoma al tipo di riverstimento. Una tra le classificazioni scientifiche prende in considerazione la famiglia ed il genere, con eventuali sottofamiglie o sottogeneri. Altre classificazioni possono riguardare il tipo di ospite, il ciclo replicativo o la presenze di particolari proteine.

Struttura

Il virus può semplice è formato da un materiale genetico, a DNA oppure a RNA, avvolto da un rivestimento proteico chiamato capside. Il capside, associato al genoma, forma il cosiddetto nucleocapside o virione. Alcuni virus possiedono, all'esterno del capside, un involucro di natura lipidica chiamato anche pericapside. La presenza dell'involucro è, come accennato nel paragrafo precedente, un criterio di classificazione virale.

Virus nudi e virus con involucro

Alcuni virus presentano un involucro proteico chiamato pericapside e prendono il nome di virus  con involucro mentre altri non possiedono tale struttura e vengono chiamati virus nudi. I virus con involucro sono, generalmente, più resistenti rispetto ai virus nudi in rapporto alle temperature ed alle condizioni chimico-fisiche tra cui il pH

Virus nudi e virus con involucro o pericapside

Virus nudi (genoma + capside proteico) e virus con involucro (genoma + capside proteico + involucro o pericapside lipidico)

L'involucro dei virus deriva direttamente dalla membrana dell'ospite. Alcuni virus, nel momento finale della permanenza nella cellula ospite, la lisano e si "impossessano" di parti della membrana cellulare per formare il proprio involucro.

Forma e dimensioni

La classificazione dei virus in base alla loro forma può essere sintetizzata in tre grandi categorie: virus isometrici, virus bastoncellari e virus batteriofagi. I virus isometrici sono molto più piccoli dei virus bastoncellari e dei virus batteriofagi. Questi ultimi presentano una forma molto particolare in quanto possiedono una testa e una piastra basale dalla quale pendono delle fibre caudali (fibre simili ad una coda).

Genetica dei virus

I virus possiedono un codice genetico racchiuso in segmenti eterogenei in base al tipo di virus. Alcuni virus possiedono una singola catena di acido nucleico, altri più catene diverse o uguali. La peculiarità genetica dei virus può servire per la loro classificazione.

Materiale genetico dei virus
Organizzazione del materiale genetico nei virus

Virus a DNA e virus a RNA

Il materiale genetico, che conserva l'informazione circa la struttura del virus, può essere sottoforma di DNA o di RNA. Per questo motivo i virus possono essere classificati in virus a DNA (come ad esempio gli orthomyxoviridae, ovvero i virus dell'influenza), a RNA (come i picoRNAviridae, responsabili del raffreddore).

Riproduzione dei virus

Il virus, come è già stato detto, necessita di un ospite “vivo” per potersi riprodurre. Una volta attaccato l'ospite il virus può controllarne il metabolismo e sintetizzare proteine terze - talvolta nocive - all'ospite stesso. Il virus si serve di qualsiasi ospite vivo compatibile con il suo corredo genetico e che riconosce grazie a specifici recettori, utilizzati per la penetrazione. Non tutti i virus, infatti, possono attaccare i medesimi tipi cellulari e, ad esempio, classi di virus batteriofagi riescono a penetrare e riprodursi solo con determinati tipi di batteri ospiti.

Fasi del ciclo biologico di un virus
Fasi del ciclo biologico di un virus



Fasi di replicazione dei virusSono sette i momenti essenziali della vita di un virus che descrivono lo stato e la funzionalità del parassita. La prima operazione è l'attacco, che coincide con l'adesione alla membrana cellulare dell'ospite.

Le placche caudali, ove presenti, si saldano alla membrana cellulare e il virus si appoggia ad essa. All'attacco segue la penetrazione, spesso coadiuvata da specifici enzimi litici (lisine) che digeriscono la parete cellulare / o la membrana cellulare dell'ospite permettendo così il rilascio del materiale virale dentro di essa.

Penetrazione del virus nella cellula ospite
Penetrazione di un virus nella cellula

La prereplicazione è una fase preparativa nella quale si assiste alla modifica della struttura metabolica dell'ospite al fine di permettere la sintesi delle proteine virali.

La replicazione coinvolge specifiche strutture e serve a copiare il genoma virale come in una sorte di mitosi del patrimonio genetico del virus.

Nella fase di sintesi, in base alle informazioni contenute nei geni virali e al complesso metabolico modificato della cellula ospite, si creano le proteine di struttura del capsomero le quali vengono “montate” nella fase di assemblaggio. Il rilascio prevede la rottura di piccole parti della membrana cellulare dell'ospite dalla quale fuoriusciranno i virus, nudi o con involucro, pronti ad attaccare altre cellule viventi.

Attacco

In alcuni casi il virus penetra all'interno della cellula ospite grazie a processi di individuazione e attacco mentre in altri casi passa all'interno mediante endocitosi. L'attacco è una sorta di riconoscimento altamente specifico poiché alcune strutture del virus riconoscono particolari formazioni nella membrana cellulare dell'ospite.

Penetrazione

La penetrazione è il momento in cui il virus, avendo precedentemente avuto accesso all'interno della cellula ospite, inietta il proprio corredo genetico. La difesa della cellula contro gli attacchi virali si concentra su questo passaggio visto che presenta dei meccanismi per i quali l'informazione genetica virale viene "silenziata" oppure danneggiata. Esistono, infatti, particolari enzimi chiamati enzimi di restrizione che riconoscono particolari siti del DNA o dell'RNA virale; a livello di queste sequenze gli enzimi di restrizione tagliano il filamento per rendere inutilizzabile l'informazione genetica virale. La cellula protegge il proprio corredo genetico mediante la metilazione delle basi sensibili, quelle cioè soggette al riconoscimento degli enzimi di restrizione. Nonostante questo ingegnoso accorgimento alcuni virus possiedono le basi sensibili già metilate, o comunque modificate, in modo da sfuggire agli attacchi degli enzimi di restrizione.

Sintesi

La fase di sintesi comprende la prereplicazione, la replicazione e la sintesi vera e propria. In ciascuna di queste fasi, avviene un particolare processo; complessivamente in questo particolare momento della vita virale si sintetizzano le strutture, prevalentemente proteiche, che servono al virus per la riproduzione. Per sintetizzare le proteine, è necessario che - in alcuni virus - l'informazione genetica venga trascritta in una molecola messaggera. Tale molecola è l'mRNA e serve da stampo per la fase di traduzione. Può accadere che le sequenze nucleotidiche virali presentino una polarità identica a quella della molecola dell'mRNA e per questo essere direttamente traducibili o, viceversa, presentare una polarità opposta e non essere direttamente traducibili. Le sequenze nucleotidiche direttamente traducibili vengono distinte con un segno + a differenza di quelle non traducibili che vengono distinte con il segno -. Questo, però, non basta per portare a compimento la sintesi proteica perchè possono verificarsi alcune situazioni.

I virus possiedono infatti DNA e RNA a singola e doppia elica. È vero che utilizzano “in toto” le strutture presenti dentro la cellula, come i ribosomi o i mitocondri, ma proprio tali strutture sono specifiche per la cellula sana e non per quella infetta. Ad esempio, l'RNA polimerasi è una enzima altamente specifico, capace di lavorare esclusivamente con una doppia elica di DNA. Se il batterio possedesse DNA a doppia elica appare evidente che non ci sono problemi nella traduzione; se - invece - il DNA è a singola elica deve necessariamente essere convertito in DNA a doppia elica. Se il virus possedesse un genoma di tipo RNA la molecola di RNA polimerasi, originariamente presente nella cellula, non funzionerà affatto e, per portare a termine la sintesi proteica, è necessario che il virus si affidi ad una molecola RNA polimerasi dipendente. Se il virus possiede RNA+, strutturalmente simile all'mRNA, vengono automaticamente sintetizzate molecole di RNA– che, a loro volta, risintetizzano molecole di RNA +. Se l'RNA fosse a doppia elica oppure è di polarità – allora si attiverebbero speciali mRNA virali precedentemente penetrati nella cellula assieme al virus. Queste molecole di mRNA virale, infatti, servono per formare molecole di RNA+.

Trascrizione a secondo del genoma
Diversi tipi di trascrizione in base al genoma.
 

Riconoscimento del virus e eliminazione

Quando un virus ha infettato una cellula l'organismo non può più riparare il codice genetico in essa presente e tende a distruggere la cellula. Il riconoscimento della cellula è possibile perchè la cellula infettata presenta antigeni virali non self e il riconoscimento di questi ultimi scatene la risposta immunitaria di tipo cellulo mediata.

Percorso di Microbiologia
Evoluzionismo: Abiogenesi, ipotesi sull'origine della vita, esperimento di Miller.
Biologia dei microrganismi: Virus (capside, capsomero, pericapside), retrovirus (integrasi, trascrittasi inversa, proteasi), retrovirus endogeni.

Biologia della comunità microbica: Crescita batterica, crescita diauxica, microbiota.

Virologia medica: Ebola, HAVHCV, HEV, HIV, CMV.
 Quiz di Microbiologia

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