Definizione del virus

Un virus è una catena di acidi nucleici (DNA o RNA) che vive in una cellula ospite, utilizza parti del macchinario cellulare per riprodursi e rilascia le catene di acidi nucleici replicati per infettare più cellule. Un virus è spesso alloggiato in un rivestimento proteico o busta di proteine, una copertura protettiva che permette al virus di sopravvivere tra gli ospiti.

Struttura del virus

Un virus può assumere una varietà di strutture diverse. Il virus più piccolo è solo 17 nanometri, appena più lungo di una proteina di dimensioni medie. Il virus più grande è quasi mille volte più grande, a 1.500 nanometri. Questo è davvero piccolo. Un capello umano è di circa 20.000 nanometri in tutto. Ciò significa che la maggior parte delle particelle virali sono ben oltre la capacità di un normale microscopio ottico. Di seguito è riportato un microscopio elettronico a scansione (SEM) immagine del virus Ebola.

Qui puoi vedere solo il cappotto della proteina del virus Ebola. Ogni virus sembra un piccolo verme piegato. Tuttavia, queste non sono cellule. All’interno del rivestimento proteico c’è una molecola di RNA accuratamente piegata, che contiene le informazioni necessarie per replicare il rivestimento proteico, la molecola di RNA e i componenti necessari per dirottare i processi naturali di una cellula per completare questi compiti.

La struttura esatta di un virus dipende da quale specie funge da ospite. Un virus che si replica nelle cellule di mammifero avrà un rivestimento proteico che gli consente di attaccarsi e infiltrarsi nelle cellule di mammifero. La forma, la struttura e la funzione di queste proteine cambiano a seconda della specie di virus. Un virus tipico può essere visto sotto.

Il virus sopra riportato mostra la struttura tipica di un virus, un genoma virale circondato da uno scudo di proteine. Le varie proteine della busta permetteranno al virus di interagire con la cellula ospite che trova. Parte del rivestimento proteico si aprirà, forerà attraverso la membrana cellulare e depositerà il genoma virale all’interno della cellula. Il rivestimento proteico può quindi essere scartato, poiché il genoma virale si replicherà ora all’interno della cellula ospite. Le molecole di virus replicati saranno confezionati all’interno dei propri cappotti di proteine, e di essere rilasciato nell’ambiente per trovare un altro ospite. Mentre molte particelle virali assumono una forma semplice come quella sopra, alcune sono molto più complicate.

L’immagine sopra mostra un fago, un tipo di virus che si specializza in cellule batteriche. Il rivestimento proteico di un fago è molto più complesso e ha una varietà di parti specializzate. La porzione di testa contiene il genoma virale. Il collare, la guaina, la piastra di base e le fibre della coda fanno parte di un intricato sistema per attaccare e iniettare il genoma in una cellula batterica. Le fibre della coda afferrano la cellula batterica, tirando la piastra di base fino alla parete cellulare o alla membrana. La guaina e il collare comprimono, forano la cellula e depositano il DNA nella cellula batterica.

Alcune molecole virali non hanno alcun rivestimento proteico o non sono mai state identificate. In alcune specie di virus vegetali, il virus viene trasmesso da una cellula all’altra all’interno della pianta. Quando i semi vengono creati all’interno della pianta, il virus si diffonde ai semi. In questo modo il virus può vivere all’interno delle cellule tutta la sua esistenza, e mai bisogno di un cappotto di proteine per proteggerlo nell’ambiente. Altre molecole di virus hanno cappotti proteici ancora più grandi e più complessi e si specializzano su vari host.

È un virus vivente?

Questa è una domanda complicata. Una cellula è considerata vivente perché contiene tutti i componenti necessari per replicare il suo DNA, crescere e dividersi in nuove cellule. Questo è il processo che prende tutta la vita, dove è un organismo unicellulare o un organismo multicellulare. Alcune persone non considerano un virus vivente perché un virus non contiene tutti i meccanismi necessari per replicarsi. Direbbero che un virus, senza una cellula ospite, non può replicarsi da solo e quindi non è vivo.

Tuttavia, secondo la definizione di vita descritta in precedenza, sembra che quando un virus si trova all’interno di una cellula ospite abbia tutti i macchinari di cui ha bisogno per sopravvivere. Il rivestimento proteico che esiste all’esterno di una cellula è l’equivalente di una spora batterica, una piccola capsula che si forma attorno a sé per sopravvivere a condizioni difficili. Gli scienziati che sostengono che un virus sia un organismo vivente notano la somiglianza tra un virus in un mantello proteico e una spora batterica. Nessuno dei due organismi è attivo all’interno del loro mantello protettivo, diventano attivi solo quando raggiungono condizioni favorevoli.

In effetti, l’unica ragione per cui un virus ci colpisce è perché diventa attivo all’interno delle nostre cellule. Inoltre, un virus tende ad evolversi con il suo ospite. I virus più pericolosi sono appena passati a una nuova specie. La biochimica che si sono evoluti per vivere all’interno delle altre specie non è compatibile con la nuova specie, e si verificano danni cellulari e morte. Ciò causa una serie di reazioni, a seconda di quali cellule sono state infettate. Il virus HIV, ad esempio, attacca esclusivamente le cellule immunitarie. Ciò porta ad una perdita totale della funzione immunitaria nei pazienti. Con il virus che causa il comune raffreddore, il virus attacca le cellule respiratorie e le danneggia mentre fa il suo lavoro.

Tuttavia, non tutte le infezioni da virus saranno dannose per l’host. Un virus che uccide l’host avrà meno successo nel tempo, rispetto a un virus che non danneggia l’host. Un ospite sano aumenta il numero di molecole virali rilasciate nell’ambiente, che è l’obiettivo finale del virus. In realtà, alcune particelle virali possono effettivamente beneficiare l’ospite. Un buon esempio è una forma di virus dell’herpes, trovato nei topi. Questo virus, mentre infetta un topo, fornisce al topo una buona difesa contro i batteri che portano la peste. Mentre il meccanismo non è chiaro, il virus in qualche modo impedisce ai batteri di prendere piede nel sistema del mouse.

Se visto in questa luce, è facile vedere come un virus è molto simile a un batterio. I batteri crea e mantiene gli strumenti necessari per riprodurre il DNA, dove il virus li ruba. Questa è l’unica vera differenza tra un virus e un batterio. Per questo motivo, molti scienziati considerano un virus un organismo vivente. Gli scienziati che studiano i virus, i virologi, notano che le particelle virali (vive o meno) si sono evolute con la vita probabilmente fino a quando le prime cellule erano presenti. A causa di questo, c’è un virus che si specializza su quasi ogni singola specie del pianeta.

Classificazione dei virus

Gli scienziati classificano i virus in base a come replicano il loro genoma. Alcuni genomi virali sono fatti di RNA, altri sono fatti di DNA. Alcuni virus usano un singolo filo, altri usano un doppio filo. Le complessità coinvolte nella replicazione e nel confezionamento di queste diverse molecole collocano i virus in sette diverse categorie.

I genomi del virus di classe I sono fatti di DNA a doppio filamento, lo stesso del genoma umano. Questo rende facile per queste molecole virali utilizzare i macchinari naturali della cellula per produrre proteine dal DNA del virus. Tuttavia, affinché la DNA polimerasi (la molecola che copia il DNA) sia attiva, la cellula deve dividersi. Alcune molecole di virus di classe I includono sezioni di DNA che fanno sì che la cellula inizi attivamente a dividersi. Queste molecole virali possono portare al cancro. Il virus del papilloma umano è un virus di classe I a trasmissione sessuale e può causare il cancro cervicale.

Un virus di classe II contiene solo un singolo filamento di DNA. Prima che possa essere letto dagli enzimi della polimerasi del DNA dell’ospite, deve essere convertito in DNA a doppio filamento. Lo fa dirottando gli istoni della cellula ospite (proteine del DNA) e la DNA polimerasi. Invece di aspettare che la cellula si divida o la costringa a, il DNA del virus di classe II contiene la codifica per una proteina chiamata Rep. Questo enzima di replicazione replica il genoma originale del virus a filamento singolo. Altre proteine vengono create dal DNA e utilizzate per creare cappotti proteici con il macchinario cellulare. Il DNA a filamento singolo viene quindi confezionato in questi cappotti proteici e vengono creati nuovi pacchetti di virus.

I genomi del virus di classe III sono creati da RNA a doppio filamento. Mentre questo è insolito, questi pacchetti di virus sono dotati di una propria proteina, RNA polimerasi. Questa proteina può creare RNA messaggero (mRNA) dall’RNA del virus a doppio filamento. L’RNA del virus rimane quindi all’interno della capsula del virus e solo l’mRNA entra nel citoplasma dell’ospite. Qui, l’mRNA viene convertito in proteine, alcune delle quali includono più RNA polimerasi. Questa RNA polimerasi crea un nuovo RNA a doppio filamento, che viene incapsulato dalle proteine e rilasciato dalla cellula.

I virus di classe IV sono RNA a filamento singolo, quasi identici all’mRNA prodotto dalla cellula ospite. Con questi virus l’intero strato proteico viene inghiottito da una cellula ospite non infetta. Il piccolo genoma di RNA sfugge al mantello proteico e si fa strada nel citoplasma. Questo filamento simile all’mRNA codifica per una grande poliproteina, che verrà creata dai ribosomi degli ospiti. La poliproteina si rompe naturalmente in diverse parti. Alcuni creano cappotti proteici, mentre altri leggono e replicano il filamento originale di RNA virale. Il virus continua a replicarsi e creare nuove particelle virali completamente imballate. Quando la cellula è completamente piena, si rompe e rilascia le particelle virali nel sangue o nell’ambiente. Fino a 10.000 particelle virali possono essere rilasciate da una singola cellula.

I genomi del virus in Classe V sono anche RNA a filamento singolo. Tuttavia, corrono nella direzione opposta rispetto al normale mRNA. Pertanto, il macchinario della cella non può leggerli direttamente. Queste molecole di virus contengono una molecola di RNA polimerasi che può leggere al contrario. Queste molecole virali hanno grandi capsule, circondate da membrana cellulare e proteine. Quando il virus si avvicina a una cellula, le sue proteine di membrana si legano con la cellula e viene aspirata nel citoplasma. Qui, si rompe, rilasciando l’RNA virale all’indietro e le proteine associate. Questi piccoli complessi producono mRNA regolare, che crea nuovi complessi di virus. Questi complessi incompiuti si spostano sulla superficie cellulare, dove rivestono la membrana cellulare con le proteine che creano. Quando sono finiti, si avvolgono in questa membrana e si staccano dalla cellula.

I genomi dei virus di classe VI sono gli stessi della classe V, ma usano un metodo diverso per replicarsi. Le particelle virali di classe VI sono note come retrovirus. Invece di creare mRNA dall’RNA virale, queste molecole virali lavorano con una proteina diversa. Conosciuto come trascrittasi inversa, questo enzima è in grado di creare DNA dal virus RNA. In tal modo, l’RNA virale viene convertito in DNA a doppio filamento. Questo DNA produce quindi nuovo virus. Il DNA può incorporare con il DNA ospite e in tal modo diventare endogenizzato. Ciò significa che il DNA rimarrà nella cellula finché la cellula vive. Se la cellula si trova in una linea germinale, come uno sperma o un uovo, il virus diventerà permanentemente parte del genoma dell’ospite. Si stima che il 5-8% del genoma umano sia rimasto sul DNA del retrovirus.

La classe finale, Classe VII, include i pararetrovirus. Simile alla classe VI, questi genomi di virus utilizzano la trascrittasi inversa. Tuttavia, questi genomi del virus sono pacchetto come DNA, non RNA. Questi virus si inseriscono direttamente nel genoma ospite, che inizia a trasporre il DNA virale in RNA. La maggior parte di questo RNA sarà mRNA, usato per creare una poliproteina. Parte della poliproteina è la trascrittasi inversa. Questa trascrittasi inversa funziona su pezzi di RNA noti come pregenome. Legge queste molecole di RNA e produce il DNA del virus originale. Questo viene poi confezionato in cappotti di proteine virali. I virus di classe VII si trovano spesso nelle piante e possono viaggiare tra le cellule usando i plasmodesmata, oppure possono essere trasportati da insetti erbivori che si nutrono delle piante. Gli afidi portano molte malattie delle piante, poiché la loro proboscide perfora le pareti delle cellule vegetali e bevono il citoplasma.

Esempi di un virus

Virus della polio

Il virus della polio, che ha paralizzato il presidente Franklin Roosevelt, è un virus di classe III. Questo virus RNA a doppio filamento codifica per 12 proteine. Come altri genomi di virus di classe III, si riproduce rilasciando filamenti di mRNA nel citosol delle cellule ospiti, che codificano per nuove molecole di virus. È interessante notare che il virus della polio non era mortale, fino a quando le persone hanno iniziato a trattare la loro acqua. Prima dell’acqua clorata, la polio sopravviveva nella maggior parte delle fonti d’acqua. Così, la maggior parte dei bambini sono stati esposti alla poliomielite destra fuori del blocco.

Nei neonati, di solito non ci sono sintomi di poliomielite e il sistema immunitario risponde al virus. Tuttavia, dopo che l’acqua clorata è stata stabilita, la maggior parte dei bambini non ha sperimentato la poliomielite. Tuttavia, la malattia non è stata sradicata. Molte persone sono state esposte in età adulta a sacche di poliomielite che persistevano ancora. Queste persone hanno sofferto molto della malattia, poiché il sistema immunitario non ha reagito abbastanza rapidamente ad esso. Come FDR, di solito erano permanentemente paralizzati dagli effetti del virus sulla salute delle ossa. Fortunatamente il vaccino per la poliomielite, uno dei primi mai creati, è facilmente ottenuto uccidendo il virus vivo della poliomielite con il calore. I cappotti proteici morti permettono al corpo di sviluppare un’immunità al virus, senza che le cellule vengano infettate.

Virus della rabbia

Il virus della rabbia è un virus di classe V, con un rivestimento proteico a forma di proiettile. Questo virus è fatto di RNA lineare a filamento singolo. Il genoma del virus della rabbia codifica per cinque proteine, da 12.000 nucleotidi. È interessante notare che i sintomi della rabbia in molti animali includono una maggiore aggressività. Questa caratteristica, causata da dove gli attacchi del virus e il danno che fa, induce gli animali a mordere altri animali più spesso di quanto farebbero normalmente. Le particelle del virus della rabbia assemblate si accumulano nella saliva. Pertanto, quando un animale infetto ne morde un altro, il virus viene passato al nuovo animale.

Il virus della rabbia è quasi sempre fatale nell’uomo, se non trattato immediatamente. Ogni anno, ci sono quasi 15 milioni di vaccinazioni post-esposizione dato per la rabbia. Il vaccino carica essenzialmente il corpo con il virus morto, consentendo una grande risposta immunitaria contro il virus. Questo può fermare il virus prima che venga stabilito nel sistema. Se ciò accade, ci sono poche possibilità di recupero. I cani sono comunemente vaccinati pre-esposizione, che fornisce una protezione generale ai loro proprietari sulla possibilità che siano morsi da un animale infetto dal virus.

Quiz

1. Quale delle seguenti classi di genoma virale può essere riprodotto direttamente da macchinari cellulari?
A. Classe I
B. Classe III
C. Classe VI

2. Rhinovirus umano A causa del comune raffreddore. Il genoma del rhinovirus è un RNA a filamento singolo, simile agli MRNA prodotti dalla cellula ospite. A quale classe appartiene il rhinovirus?
A. Classe VII
B. Classe II
C. Classe IV

3. Il tuo amico sostiene che i virus sono gli stessi di allergie, in quanto entrambi causano il suo naso a correre. Quale dei seguenti convincerà il tuo amico altrimenti?
A. Solo i virus causano una reazione immunitaria
B. Un virus non solo provoca una reazione, si riproduce all’interno delle cellule
C. Perché discutere? Il tuo amico ha ragione.