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
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
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 2.000 a > di 200.000 bp
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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)
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 30-60 min) azione del lisozima virale sulla parete cellulare
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
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