Virus Agenti infettivi diversi da batteri, funghi o protozoi

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1 Virus Agenti infettivi diversi da batteri, funghi o protozoi Nel 1890 Iwanowsky e Beijerinck estratti da piante di tabacco affette da "mosaico" filtrazione amicrobica ( ø < di 0.45 µm) filtrato capace di trasmettere la malattia Tali agenti filtrabili, non visibili al microscopio ottico, vennero denominai: VIRUS --> entità nociva o veleno Dal 1935 al 1960 fu chiarita la vera natura dei virus microscopia elettronica particolari tecniche di colorazione

2 Caratteristiche Principali dei Virus 1) Entità infettive contenenti o DNA o RNA (genoma virale) parassitismo genetico genoma virale app. biosintetico della cellula ospite sintesi del virione (nuova particella virale) 2) I virioni non crescono e non si dividono (dimensioni costanti) 3) I virioni non hanno ne metabolismo ne sistemi enzimatici 4) Il genoma virale non contiene rdna o rrna Struttura Generale dei Virioni Struttura semplice e simmetrica cristallizzazione del TMV (Stanley, 1933) osservazione di corpi cristallini intracellulari

3 Componenti fondamentali Nucleocapside Acido nucleico Rivestimento proteico capside (formato da capsomeri) Involucro membranoso di origine cellulare spesso provvisto di spine HIV Acidi Nucleici Virali o DNA o RNA Doppio o singolo filamento Circolare o lineare Genoma intero o segmentato Virus dell'influenza --> 8 segmenti di RNA Sf. Retrovirus --> 2 molecole di RNA Sf. Identiche Genoma semplicemente "impacchettato" nel capside Genoma che interagisce con il capside PM da a > di bp

4 N di geni da 5 a > 100 (limitata quantità di informazione genetica) organizzazione dei geni in modo sovrapposto differenti fasi di lettura un gene, grande, contiene un'altro più piccolo G+C % molto variabile (come nei batteri) In alcuni casi in G+C % é molto simile a quello della specie ospite Batteriofagi temperati --> lisogenia Virus oncogeni --> trasformazione oncogena Presenza di basi modificate (batterifagi) fagi T pari (2.4.6) di E. coli --> 5-idrossimetilcitosina fagi di B. subtilis --> uridina al posto della timidina

5 Struttura del Capside 3 differenti strutture A) Forma a Icosaedro (20 facce triangolari, 30 spigoli, 12 vertici) Le dimensioni sono fisse per ogni "specie" (tipo) di virus Capsomeri: monomeri proteici costituiti da 5-6 subunità sezione pentagonele: penton --> vertici (n fisso = 12) sezione esagonale: exon --> spigoli e facce X174: solo 12 penton virus con un exon per spigolo (30 exon + 12 penton) virus papova: 3 exon per faccia (60 exon + 12 penton) adenovirus:12 exon per faccia (240 exon + 12 penton) B) Forma Tubulare (tipica dell' TMV) Bastoncini rigidi, o ripiegati e raggomitolati su se stessi I capsomeri sono disposti in modo elicoidale Formazione di una struttura a cilindro cavo con numero di subunità costante Legami tra le subunità (aa) di una stessa spirale e tra spirali adiacenti struttura molto strabile Tra le subunità proteiche é localizzata una molecola di RNA Diametro --> struttura dei monomeri Lunghezza --> dimensione dell'acido nucleico

6 Viral micrographs To the left is an electron micrograph of a cluster of influenza viruses, each about 100 nanometers (billionths of a meter) long; both membrane and protein coat are visible. On the right is a micrograph of the virus that causes tobacco mosaic disease in tobacco plants

7 C) Virioni a Struttura Complessa (spesso si riscontrano combinazioni della simmetria icosaedrica con quella elicoidale) 1) senza un vero e proprio capside, ma con molti rivestimenti intorno all'acido nucleico Virus vaccinico: poxvirus, nucleoide a forma di ciambella circondato da 2-3 strati membranosi 2) con capside non icosaedrico e/o asimmetrico per la presenza di un'appendice specializzata Batteriofagi T pari di E. coli Testa: due metà di icosaedro unite da un prisma esagonale Colletto Coda: stilo e guaina (contratile) Piastra: spine e fibre

8 Involucri Membranosi Sono strutture caratteristiche dei virus animali Provengono dalla membrana citoplasmatica o nucleare della cellula ospite Processo di gemmazione (liberazione di nuovi virioni dalla cellula infetta) Lipidi e carboidrati --> membrana della cellula Alcune proteine --> da geni virali Durante la riproduzione del virus --> Sintesi di proteine virali Trasporto e deposizione sulla membrana (spine) --> Zona di gemmazione Le spine del Virus dell'influenza HA: emoagglutinina --> attacco alla cellula ospite NA: neuraminidase --> liberazione dei nuovi virioni dall'ospite

9 Sistemi di Classificazione dei Virus Non esiste una vera e propria classificazione virale Classificazione in base alle caratteristiche principali Ospite che esso infetta: batteri, piante o animali Proprietà del virione: tipo e PM dell'acido nucleico Struttura del nucleocapside Dimensione Presenza di rivestimemti Classificazione proposta da Gibbs (1966) --> CRITTOGRAMMA Classificazione proposta dall ICTV 3 gruppi principali: virus animali, vegetali e batterici sottogruppi: tipo di involucro tipo di acido nucleico Identificazione dei Virus Per l'identificazione dell'agente infettivo responsabile di malattia I Postulati di Koch devono essere soddisfatti anche nel caso dei virus Identificazione --> metodi biologici che si basano sulle loro attività Capacità di infettare opportuni ospiti e di causare reazioni e/o fenomeni rilevabili: A) formazione di aree di lisi cellulare (placche) in un tappeto continuo di cellule cresciute in piastra (agar-germi) B) lisi massiva di cellule cresciute in sospensione C) aberrazioni morfologiche cellulari D) comparsa di caratteristiche lesioni localizzate

10 Lesioni cellulari non visibili ad occhio nudo: osservazioni al microscopio delle cellule vive (rosso neutro) e di quelle morte (Blu Trypan) Virus oncogeni: foci di proliferazione Batteriofagi: batteri--> placche Virus animali: animali da lab. --> reazioni localizzate o generali embrioni di pollo colture cellulari --> placche Virus vegetali: sospensioni fagiche su foglie leggermente lesionate, comparsa di aree necrotiche, mosaici, ingiallimenti, tubercoli e tumori superficiali

11 Batteriofagi o Fagi Esistono almeno 10 gruppi morfologici I più studiati sono quelli provvisti di coda: Generalmente a DNA a doppio filamento, Privi di rivestimento membranoso Capside a forma complessa: simmetria icosaedrica/elicoidale Suddivisi in base alla lunghezza e alla contrattilità della coda Fagi Tpari di Escherichia coli: coda contrattile e lunga più di 100 nm I fagi, come tutti i virus presentano alta specificità nei riguardi dell'ospite Recettori fagici --> tipizzazione fagica (cellule F+ e F-, anticorpi) Il capside della maggior parte dei fagi rimane all'esterno della cellula penetrazione del DNA virale e di eventuali proteine Meccanismo di penetrazione del fago T4 Protezione nei confronti degli enzimi cellulari Nucleasi cellulari = enzimi di restrizione Presenza di basi modificate --> nel T4 idrossimetilcitosina

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13 Alterazione o modificazione del metabolismo cellulare Fago --> modifica del metabolismo cellulare --> nuove particelle fagiche Degradazione del DNA cellulare --> nucleotidi--> DNA fagico Inibizione della sintesi dell'rna e delle Poteine cellulari Trascrizione preferenziale (fagi a DNA): 1) Genoma virale possiede promotori più efficienti 2) geni virali "precoci" (infezione), trascritti da RNA polimerase cellulare geni "precoci"--> RNA polimerase virale --> mrna virali "tardivi" Meccanismo presente nel fago T7 3) prodotti della trascrizione "precoce" si legano all'rna polimerase cellulare RNA polimerase cellulare modificata --> > affinità per i promotori virali Meccanismo presente nel fago T4 4) prodotti della trascrizione "precoce" si legano ai promotori virali promotori virali modificati --> > affinità per l'rna polim. cell.

14 Replicazione virale T4 --> DNA lineare a doppio filamento con estremità ripetute replicazione incompleta all'estermità della forca replicativa ricombinazione e prod. di concatameri--> genomi ridondanti X174 --> DNA circolare singolo filamento. produzione della "forma replicativa" Fagi a RNA singolo filamento --> intervento della RNA replicasi Sintesi delle proteine virali Proteine della "fase precoce": enzimi coinvolti nella: sintesi della DNA polimerase sintesi dei nucleotidi sintesi di proteine per la modifica del metabolismo cellulare Proteine della "fase tardiva": componenti strutturali del fago e di enzimi come il Lisozima Fago T4: sintesi precoce di proteine che modificano RNA pol. cell. Fago T7: sintesi precoce di RNA polimerasi virale Fagi a RNA: genoma virale come mrna (regolazione traduzionale)

15 Maturazione e rilascio dei virus Produzione del procapside: capside vuoto o testa (virus complessi) Riempimento con acido nucleico virale Chiusura della struttura (impermeabilità alle macromolecole) Nei virus complessi: teste contenenti DNA + code + fibre caudali Introduzione del acido nucleico nel capside proteico: molecole singole ---> capside concatameri ---> capside pieno --> nucleasi Infezione fagica---> lisi cellulare (dopo min) azione del lisozima virale sulla parete cellulare

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17 Fagi temperati Fagi in cui il ciclo litico é represso La cellula che ospita un fago temperato é detta Lisogena (lisogenia) Fagi temperati all'interno della cellula integrazione nel genoma dell'ospite (profago) Fago λ ---> integrazione sito specifica (tra i geni gal e bio) Fago Mu --> integrazione casuale liberi nel citoplasma sotto forma di plasmidi Fago P1 --> espressione indipendente dei suoi geni Esantema della scarlattina Streptococchi lisogeni: virus temperato ---> sintesi della tossina Difterite C. diphtheiae lisogeno: virus temperato ---> tossina difterica C. diphtheiae non lisogeno --> malattia a decorso clinico blando Conversione lisogena: acquisizione di nuove caratteristiche, da parte della cellula, in seguito alla lisogenizzazione

18 Sintesi del ciclo vitale del Fago λ E' un fago a struttura complessa Testa icosaedrica e coda con una sola fibra Genoma a DNA df. con end omologhe a sf. Infezione Circolarizzazione Ciclo Litico -----> lisi cellulare Integrazione sito specifica (modello di Campbell) Ciclo Lisogeno Profago --> repressione della sintesi di nuove particelle virali Cellula --> immunità al λ e ad altri fagi simili

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