La regolazione genica nei virus

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1 La regolazione genica nei virus Lic. Scientifico A. Meucci Aprilia Prof. Rolando Neri

2 I VIRUS INDICE Caratteristiche dei virus: il capside e il genoma virale Classificazione virale Fasi del ciclo riproduttivo Ciclo litico e ciclo lisogeno Latenza Retrovirus Virus e ricombinazione genica Link a: trascrittasi inversa e vaccino

3 I virus: caratteristiche generali I virus non sono considerati organismi viventi, perché non sono in grado né di riprodursi né di avere un loro metabolsmo. Sono costituiti da un involucro proteico detto capside che contiene il materiale genetico. Batteriofago T4

4 I virus: caratteristiche generali I virus: sono visibili soltanto al microscopio elettronico e, pertanto, è stato possibile identificarli solo alla fine degli anni 30. non contengono citoplasma né dispositivi metabolici. sono parassiti obbligati in quanto possono riprodursi solo all interno di una cellula viva.

5 Capside Il capside può: essere costituito da un unica proteina che si ripete più volte o da proteine diverse; avere sulla superficie glicoproteine che servono a riconoscere le cellule bersaglio Le forme più comuni sono: elicoidale, come quella del mosaico del tabacco; icosaedrica, come quella del virus del raffreddore

6 Il capside può essere avvolto da un rivestimento lipoproteico, detto pericapside (o envelope), che deriva dalla membrana della cellula ospite ed è composto da un doppio strato di fosfolipidi intervallati da numerose glicoproteine. Pericapside

7 Genoma virale Il genoma virale codifica le proteine del capside e uno o più enzimi che catalizzano la sua duplicazione; il genoma virale può essere: costituito da DNA oppure da RNA a doppio filamento o a filamento singolo con disposizione lineare o circolare

8 Classificazione dei virus I virus si possono distinguere in base all organismo nel quale si riproducono in: batteriofagi (o fagi), che infettano i batteri virus vegetali, che infettano le cellule delle piante (come il virus del mosaico del tabacco) virus animali, che infettano le cellule animali (come Herpes virus che provoca la varicella)

9 Ciclo litico e ciclo lisogeno I principali gruppi virali utilizzano meccanismi di riproduzione specifici che si possono ricondurre a due modalità principali: il ciclo litico il ciclo lisogeno

10 Ciclo litico Nel ciclo litico la cellula ospite diventa una «fabbrica» di virus: dopo l ingresso nella cellula ospite, l acido nucleico e le proteine virali sono prodotti rapidamente sfruttando le strutture e l energia della cellula; la cellula ospite si rompe e le particelle virali sono liberate all esterno

11 Ciclo lisogeno Nel ciclo lisogeno il genoma virale si integra nel cromosoma ospite Nel processo di duplicazione della cellula ospite anche il genoma virale viene duplicato. Pertanto, quando la cellula si divide, trasmette alle cellule figlie anche il DNA virale (che però non è espresso) Dopo migliaia di divisioni cellulari, il DNA virale può attivarsi, staccandosi dal cromosoma e dando inizio a un ciclo litico. Il genoma virale integrato è chiamato profago, se la cellula ospite è un batterio, o provirus, se la cellula ospite è eucariote.

12 Fasi del ciclo virale Entrambi i cicli riproduttivi sono caratterizzati da cinque fasi: 1. Attacco 2. Penetrazione 3. Replicazione 4. Maturazione 5. liberazione

13 Ciclo riproduttivo del virus: attacco L attacco (o adsorbimento) consiste nella formazione di un legame specifico tra molecole (in genere glicoproteine) presenti sulla superficie virale e molecole proteiche recettrici presenti sulla superficie della cellula ospite. In tal modo solo alcuni tipi di cellule vengono infettate da un particolare virus: il virus del raffreddore, per esempio, attacca solo le cellule della mucosa nasale.

14 Ciclo riproduttivo del virus: penetrazione La penetrazione è l ingresso dell intera particella virale o l iniezione del solo acido nucleico all interno della cellula ospite La maggior parte dei fagi inocula il genoma all interno del batterio, lasciando all esterno le proteine del capside.

15 Ciclo riproduttivo del virus: penetrazione Quasi tutti i virus umani entrano nella cellula con il capside intatto. In presenza del pericapside, questo si fonde con la membrana cellulare; altrimenti il virus può entrare per endocitosi, come nel caso del virus dell influenza (figura qui a sinistra).

16 Ciclo riproduttivo del virus: replicazione La replicazione consiste nella duplicazione del materiale genetico virale utilizzando le risorse energetiche e gli enzimi della cellula ospite. La replicazione dell acido nucleico può avvenire con il materiale genetico virale separato da quello della cellula ospite (come si verifica nel ciclo litico) o inserito nel DNA della cellula ospite (come si verifica nel ciclo lisogeno, figura qui a sinistra).

17 Ciclo riproduttivo del virus: maturazione Durante la maturazione sono sintetizzati i componenti strutturali del virus (capside, enzimi virali). Nel ciclo litico questa sintesi avviene subito dopo l infezione, mentre nel ciclo lisogeno il virus può rimanere «latente» (duplicarsi senza produrre nuove componenti strutturali del virus) anche a lungo.

18 Ciclo riproduttivo del virus: liberazione La liberazione dei virus dalla cellula può avvenire per gemmazione o per lisi cellulare. I virus caratterizzati dalla presenza del pericapside fuoriescono per gemmazione (es. virus HIV), i virus senza pericapside per lisi cellulare (es. virus dell influenza.

19 Ciclo riproduttivo del virus: latenza I virus che integrano i loro geni all interno del DNA della cellula ospite sono di due tipi: virus a DNA e retrovirus a RNA. Un esempio di virus a DNA che alterna lunghi periodi di latenza a brevi periodi riproduttivi è l Herpes simplex che viene attivato da fattori legati a stress fisico o emotivo. Un esempio di retrovirus a RNA è il virus HIV che provoca la cosiddetta immunodeficienza umana, in quanto colpisce le cellule immunitarie.

20 Ciclo litico Il ciclo riproduttivo del virus dell influenza. Il virus dell influenza entra nella cellula ospite mediante endocitosi. Una volta penetrato nella cellula, la fusione tra la membrana del virus e quella delle vescicole provoca la liberazione del genoma virale, che si duplica e dirige la produzione di nuovi virioni. Il virus contiene l enzima necessario per la duplicazione del proprio genoma a RNA. Questo enzima è un RNA polimerasi particolare, che utilizza come stampo l RNA (a differenza delle RNA polimerasi cellulari che come stampo utilizzano il DNA). Il filamento di RNA virale così sintetizzato serve poi sia da mrna sia da stampo per la sintesi, mediante appaiamento complementare delle basi, di nuove copie del genoma virale. La liberazione dei virus dalla cellula avviene per lisi cellulare.

21 Ciclo lisogeno Meccanismo d infezione di un retrovirus Il ciclo riproduttivo dell HIV. In questo caso il virus penetra nella cellula per fusione diretta tra il rivestimento virale e la membrana plasmatica dell ospite. La caratteristica peculiare del ciclo vitale dei retrovirus è la sintesi di DNA guidata dall RNA. Questo processo, catalizzato dall enzima virale trascrittasi inversa, produce un provirus a DNA formato da cdna (DNA complementare, trascritto a partire dal genoma a RNA), che rappresenta la forma sotto cui il genoma virale si integra nel DNA della cellula ospite. Il provirus risiede stabilmente nel genoma della cellula ospite, attivandosi di tanto in tanto per produrre nuovi virioni. Quando ciò accade, il provirus viene trascritto in mrna, che poi viene tradotto nelle proteine virali. Le glicoproteine virali si inseriscono nella membrana plasmatica della cellula ospite, che poi diventerà il rivestimento virale. Altre proteine virali formeranno il capside, che racchiude le molecole di RNA virale. La liberazione dei virioni dalla cellula ospite avviene per un processo di gemmazione molto simile all esocitosi.

22 Virus e ricombinazione genica Un virus batteriofago si può comportare da vettore e trasferire DNA da una cellula batterica a un altra, processo noto come trasduzione. Durante il ciclo litico di molti virus il DNA batterico si spezza in frammenti. Alcuni tratti di DNA batterico possono essere inglobati nei nuovi virus.

23 Trasduzione generalizzata Se il virus infetta una nuova cellula batterica e non svolge la fase litica, i geni batterici trasportati dal virus possono essere incorporati nel DNA della nuova cellula ospite. Questo processo è detto di trasduzione generalizzata poiché qualunque gene batterico può essere trasferito.

24 Trasduzione specializzata Quando i profagi si staccano dal cromosoma ospite per iniziare un ciclo litico, possono portarsi dietro un frammento del cromosoma batterico contiguo al sito d inserzione del profago. In questo caso si parla di trasduzione specializzata, perché solo la porzione di DNA adiacente al DNA virale può essere trasferita.

25 Trasduzione specializzata Una successiva infezione porta all inserzione, nel nuovo genoma batterico, di geni provenienti dal primo ospite. I geni trasferiti sono quelli situati nella zona contigua all inserzione del profago, per questo la trasduzione è detta specializzata.

26 Trascrittasi inversa È un enzima virale in grado di sintetizzare DNA a partire da uno stampo di RNA Fu scoperto nel 1975 da Howard Temin e da David Baltimore (premi Nobel per la medicina) Ha una frequenza di errore di copiatura piuttosto alta, circa 1 ogni 2000 basi, quindi la frequenza di mutazione è elevata A causa dell'elevato tasso di mutazione dei retrovirus, la ricerca scientifica non è ancora riuscita a mettere a punto un vaccino o un farmaco capace di debellare tali virus. Esistono, però, farmaci che rendono meno invalidante la malattia.

27 Vaccino Il vaccino è un preparato contenente materiale costituito da microrganismi o parti di essi, trattati in modo da perdere le proprietà infettive, ma non la capacità di stimolare nel soggetto ricevente la produzione di anticorpi Gli anticorpi sono molecole prodotte dai linfociti B che hanno un ruolo fondamentale nel neutralizzare il microrganismo stesso.

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