Cosa sono i virus? Cosa sono i virus? Cosa sono i virus? I virus sono virus. dal punto di vista della cellula e dell organismo infettato

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Mauro Dini
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1 I virus sono virus Cosa sono i virus? etimologia: veleno uso arcaico del termine: germe patogeno uso moderno del termine: riservato ai virus, e cioè Cosa sono i virus? dal punto di vista della cellula e dell organismo infettato particelle nucleoproteiche che infettano le cellule si moltiplicano come parassiti intracellulari obbligati submicroscopici Cosa sono i virus? dal punto di vista del virus elementi genetici (DNA o RNA) protetti da matrici proteiche e capaci di moltiplicarsi all interno di una cellula (dipendenza da un ospite) abbandonare la cellula in cui si sono moltiplicati entrare in (= infettare) altre cellule questi elementi genetici possono esistere temporaneamente anche al di fuori delle cellule, come particelle nucleoproteiche infettive In questo stato, però, NON SONO CAPACI DI MOLTIPLICARSI

2 Cosa non sono i virus? I VIRUS NON SONO BATTERI QUINDI LE INFEZIONI VIRALI NON SI CURANO CON GLI ANTIBIOTICI (PERO ESISTONO AGENTI ANTIVIRALI) I VIRUS NON SONO ORGANISMI CELLULARI Dove si trovano i virus? LE PARTICELLE VIRALI (DETTE VIRIONI) SONO PRESSOCHE UBIQUITARIE ma metabolicamente inattive I VIRUS (intesi come elementi genetici autoreplicantesi) LI TROVIAMO DENTRO LE CELLULE, ANIMALI, VEGETALI, O BATTERICHE, CHE LI OSPITANO OGNI ORGANISMO HA I SUOI VIRUS virus batterici e di archea (detti anche batteriofagi, o fagi) virus vegetali virus animali Come sono fatti i virus (i virioni)? Il virione contiene un solo acido nucleico: virus a RNA oppure virus a DNA Varietà nella struttura dell acido nucleico: a singola elica, oppure a doppia elica lineare, oppure circolare un unica molecola, oppure più di una molecola: molecole diverse o copie della stessa

PIU O MENO MODIFICATI, POLISACCARIDI, PROTEINE (QUELLI CHE CE L HANNO) I VIRIONI SONO PICCOLI (virus filtrabili, Ivanowsky, Beijerink )

Nello schema è rappresentato ca il 5% di un virione Diametro: 18 nm Lunghezza: 300 nm Protomeri: 17,400 Da; 49/3 giri d elica (ca 2,130

3 Come sono fatti i virus (i virioni)? L INVOLUCRO E FATTO DI PROTEINE (TUTTI I VIRUS): CAPSIDE (o nucleocapside) capside, capsomeri, protomeri RIVESTIMENTO (ENVELOPE): LIPIDI PIU O MENO MODIFICATI, POLISACCARIDI, PROTEINE (QUELLI CHE CE L HANNO) I VIRIONI SONO PICCOLI (virus filtrabili, Ivanowsky, Beijerink ) da ca nm fino a 300 nm (Poxvirus [vaiolo, vaccino ]) Virus del Mosaico del Tabacco (TMV) Struttura elicoidale, bastoncello rigido Nello schema è rappresentato ca il 5% di un virione Diametro: 18 nm Lunghezza: 300 nm Protomeri: 17,400 Da; 49/3 giri d elica (ca 2,130 protomeri/ virione) RNA: ca 6,000 nt Mattern CFT: Symmetry in virus architecture In Nayak DP (ed): Molecular Biology of Animal Viruses Marcel Dekker, New York, 1977, as modified from Caspar DLD: Adv Protein Chem, 18:37,1963) Virioni elicoidali

4 Un virus icosaedrico HIV (Retrovirus) Un batteriofago icosaedrico con testa e coda

Batteriofago T4 Fago P2 Fago λ Cosa fanno i virus Si riproducono,

cellula ospite Interagiscono con gli organismi ospiti e contribuiscono

cellula ospite, arricchendola di informazioni genetiche preconfezionate

5 Batteriofago T4 Fago P2 Fago λ Cosa fanno i virus Si riproducono, usando informazioni genetiche proprie l apparato metabolico della cellula ospite Interagiscono con gli organismi ospiti e contribuiscono alla loro evoluzione Possono instaurare interazioni permanenti con la cellula ospite, arricchendola di informazioni genetiche preconfezionate Disseminano informazione genetica, sia propria che delle cellule che li hanno ospitati

6 I batteriofagi sono stati identificati perché causavano la lisi delle colture batteriche infettate + fagi (pochi) fagi (tanti) Replicazione virale: infezione di una cellula con un virus +

7 Replicazione dei Virus Adsorbimento Penetrazione Sintesi degli acidi nucleici e delle proteine Montaggio Rilascio Grande varietà di strategie e meccanismi Ciclo litico e ciclo lisogenico stessa informazione genetica (cromosoma batterico + DNA fagico) due diversi destini

8 Retrovirus: virus a RNA retrotrascritti a DNA Introduzione alla Biologia della Cellula Parte 3 Le cellule procariote: Batteri Archei I virus Parte 4 Alcune nozioni di genetica La riproduzione cellulare Procarioti Eucarioti Ciclo cellulare Mitosi Meiosi SIAMO QUI INFORMAZIONE GENETICA: GENOMA Un GENE è un tratto di DNA che contiene l informazione per produrre una specifica proteina (ca 85-90% dei casi) uno specifico RNA ribosomale, uno specifico trna (o altro RNA) l insieme dei geni di un organismo si chiama GENOMA a seconda della complessità dell organismo, il genoma di una cellula può contenere da qualche migliaio a qualche decina di migliaia di geni una proteina media : aminoacidi (peso molec KiloDalton) il gene corrispondente: 333 x 3 ~ 1000 coppie di nucleotidi 1000 geni: 1000 x 1000 = un milione (10 6 ) coppie di nucleotidi Es Genoma del batterio Escherichia coli: pb= ca 4300 geni

9 insieme dei geni di un individuo: GENOMA insieme delle proteine di un individuo: (PROTEOMA) insieme delle caratteristiche "osservabili" (con qualsiasi strumento) di un individuo: FENOTIPO Il fenotipo di un individuo dipende dal suo corredo (composizione) genico GENOTIPO Individui della stessa specie o della stessa popolazione possono essere diversi tra di loro Le differenze tra organismi/individui, di specie diverse o della stessa specie, possono riflettere differenze nell informazione genetica contenuta nel loro DNA COME E POSSIBILE CHE INDIVIDUI DELLA STESSA SPECIE, E QUINDI CON UN ORIGINE COMUNE, ABBIANO INFORMAZIONE GENETICA DIVERSA? Alleli, forme alternative di un gene Il DNA è replicato fedelmente: le due nuove molecole sono identiche alla molecola parentale Il DNA è replicato infedelmente: le due nuove molecole sono diverse dalla molecola parentale, - a causa di MUTAZIONI - per altri motivi che discuteremo (riarrangiamento o ricombinazione genetica)

10 Alleli, forme alternative di un gene Le MUTAZIONI sono variazioni ereditabili nella sequenza nucleotidica di un certo genoma Mutazioni in un gene possono modificare la sequenza degli aminoacidi della proteina corrispondente con effetti sulla sua funzione ALLELI, forme alternative di un gene Quindi, (anche) a causa delle mutazioni, in una specie possono esistere diverse varianti dello stesso gene Per ogni gene di un genoma possono esistere, in una popolazione di individui, una o più varianti LE DIVERSE FORME ALTERNATIVE DI UNO STESSO GENE SI CHIAMANO ALLELI ALLELI, forme alternative di un gene Spesso l allele più frequente in natura e funzionante viene detto allele selvatico (wild type) Un allele alternativo puo essere una variante (mutante) che: esprime un prodotto genico non funzionante non esprime alcun prodotto genico esprime un prodotto genico mal funzionante esprime un prodotto genico funzionante, ma in modo più o meno diverso (spazialmente, temporalmente, quantitativamente) anche migliore dell allele selvatico

11 ALLELI BATTERICI OGNI MUTAZIONE IN UN SINGOLO GENE, PRODUCE UN NUOVO ALLELE DI QUEL GENE IN UN BATTERIO (APLOIDE) CI SARA UN SOLO ALLELE PER OGNI GENE IN UNA POPOLAZIONE BATTERICA O IN POPOLAZIONI DIVERSE DI BATTERI DELLA STESSA SPECIE, POTRANNO ESSERCI UNO O PIU ALLELI DIFFERENTI PER UNO O PIU GENI ESEMPI DI ALLELI BATTERICI FENOTIPO SENSIBILITA /RESISTENZA AD ANTIBIOTICI PROTOTROFIA/AUXOTROFIA: INDIPENDENZA/RICHIESTA DI AMMINOACIDI, VITAMINE, (FATTORI DI CRESCITA) PER CRESCERE GENOTIPO AD ES, GENE CHE CODIFICA PER UN BERSAGLIO DELL ANTIBIOTICO L ALLELE MUTANTE PRODUCE UNA PROTEINA (SUFFICIENTEMENTE) FUNZIONALE, MA CHE NON INTERAGISCE PIU CON L ANTIBIOTICO GENE CHE CODIFICA PER UN ENZIMA INDISPENSABILE PER LA BIOSINTESI DEL FATTORE DI CRESCITA L ALLELE MUTANTE NON PRODUCE UN ENZIMA ATTIVO ESEMPI DI ALLELI IN ORGANISMI EUCARIOTI Prototrofi/auxotrofi (microrganismi, piante) Pigmentazione (tessuti, organi specifici) Antigeni specifici (proteine, polisaccaridi: es: gruppi sanguigni Alleli che causano disfunzioni e malattie genetiche (daltonismo, talassemia, distrofia, fenilchetonuria, ) La presenza di numerosi alleli diversi in una determinata popolazione prende il nome di polimorfismo

12 ORGANISMI APLOIDI E DIPLOIDI Nella maggioranza degli organismi viventi il GENOMA è presente in SINGOLA COPIA in ciascuna cellula (ORGANISMI APLOIDI) In molti organismi viventi, sia unicellulari sia pluricellulari, il GENOMA è presente in DUPLICE COPIA, almeno in una fase del loro ciclo biologico (ORGANISMI DIPLOIDI) OMOZIGOTE E ETEROZIGOTE Idealmente per ogni gene possono esistere più alleli, distinguibili più o meno facilmente per le loro conseguenze fenotipiche Un organismo diploide porta due copie di ciascun gene Consideriamo un particolare gene Un individuo che porta due alleli identici (o non distinguibili) si dice OMOZIGOTE Un individuo che porta due alleli diversi (distinguibili) si dice ETEROZIGOTE per quel particolare gene considerato Dominanza e recessività Nel caso siano presenti due alleli diversi (A o B) dello stesso gene, quale sarà il fenotipo? In alcuni casi, un allele ha il sopravvento sull altro e determina il fenotipo (dominanza) In alcuni casi si produce un fenotipo intermedio (co-dominanza)

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