Biologia per non-Major I

Come hai imparato, i virus sono spesso molto specifici su quali host e quali cellule all’interno dell’host infetteranno. Questa caratteristica di un virus lo rende specifico per una o poche specie di vita sulla Terra. D’altra parte, esistono così tanti tipi diversi di virus sulla Terra che quasi ogni organismo vivente ha un proprio insieme di virus che cerca di infettare le sue cellule. Anche la più piccola e semplice delle cellule, i batteri procarioti, possono essere attaccati da specifici tipi di virus. I virus che prendono di mira i batteri sono noti come batteriofagi.

Un batteriofago ha cicli litici e lisogenici. Nel ciclo litico, il fago replica e lisizza la cellula ospite. Nel ciclo lisogenico, il DNA del fago è incorporato nel genoma ospite, in cui è trasmesso sopra alle generazioni successive. Quando il DNA del fago è incorporato nel genoma della cellula ospite, è chiamato un prophage. Fattori di stress ambientali come la fame o l’esposizione a sostanze chimiche tossiche possono causare l’accisa del prophage ed entrare nel ciclo litico.

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Virus animali

I virus animali, a differenza dei virus di piante e batteri, non devono penetrare in una parete cellulare per accedere alla cellula ospite. I virus animali non avvolti o “nudi” possono entrare nelle cellule in due modi diversi. Poiché una proteina nel capside virale si lega al suo recettore sulla cellula ospite, il virus può essere assunto all’interno della cellula attraverso una vescicola durante il normale processo cellulare di endocitosi mediata dal recettore. Un metodo alternativo di penetrazione delle cellule usato dai virus non avvolti è affinchè le proteine del capside subisca i cambiamenti di forma dopo il legame al ricevitore, creante i canali nella membrana cellulare ospite. Il genoma virale viene quindi “iniettato” nella cellula ospite attraverso questi canali in modo analogo a quello utilizzato da molti batteriofagi. I virus avvolti hanno anche due modi di entrare nelle cellule dopo essersi legati ai loro recettori: endocitosi mediata dai recettori o fusione. Molti virus avvolti entrano nella cellula per endocitosi mediata dal recettore in modo simile ad alcuni virus non avvolti. D’altra parte, la fusione avviene solo con virioni avvolti. Questi virus, che includono l’HIV tra gli altri, utilizzano speciali proteine di fusione nelle loro buste per far fondere l’involucro con la membrana plasmatica della cellula, rilasciando così il genoma e il capside del virus nel citoplasma cellulare.

Dopo aver fatto le loro proteine e copiato i loro genomi, i virus animali completano l’assemblaggio di nuovi virioni e escono dalla cellula. Come abbiamo già discusso usando l’esempio dell’HIV, i virus animali avvolti possono germogliare dalla membrana cellulare mentre si assemblano, prendendo un pezzo della membrana plasmatica della cellula nel processo. D’altra parte, la progenie virale non avvolta, come i rinovirus, si accumula nelle cellule infette fino a quando non vi è un segnale per la lisi o l’apoptosi e tutti i virioni vengono rilasciati insieme.

I virus animali sono associati a una varietà di malattie umane. Alcuni di loro seguono il modello classico della malattia acuta, dove i sintomi peggiorano sempre più per un breve periodo seguito dall’eliminazione del virus dal corpo da parte del sistema immunitario e dall’eventuale recupero dall’infezione. Esempi di malattie virali acute sono il comune raffreddore e l’influenza. Altri virus causano infezioni croniche a lungo termine, come il virus che causa l’epatite C, mentre altri, come il virus dell’herpes simplex, causano solo sintomi intermittenti. Ancora altri virus, come gli herpesvirus umani 6 e 7, che in alcuni casi possono causare la malattia infantile minore roseola, spesso causano con successo infezioni produttive senza causare alcun sintomo nell’ospite, e quindi diciamo che questi pazienti hanno un’infezione asintomatica.

Nelle infezioni da epatite C, il virus cresce e si riproduce nelle cellule del fegato, causando bassi livelli di danno epatico. Il danno è così basso che gli individui infetti sono spesso inconsapevoli di essere infetti e molte infezioni vengono rilevate solo da esami del sangue di routine su pazienti con fattori di rischio come l’uso di droghe per via endovenosa. D’altra parte, poiché molti dei sintomi delle malattie virali sono causati da risposte immunitarie, una mancanza di sintomi è un’indicazione di una debole risposta immunitaria al virus. Ciò consente al virus di sfuggire all’eliminazione da parte del sistema immunitario e persistere negli individui per anni, producendo nel contempo bassi livelli di virioni di progenie in quella che è nota come una malattia virale cronica. L’infezione cronica del fegato da parte di questo virus porta ad una maggiore possibilità di sviluppare il cancro del fegato, a volte fino a 30 anni dopo l’infezione iniziale.

Come già discusso, il virus herpes simplex può rimanere in uno stato di latenza nel tessuto nervoso per mesi, persino anni. Poiché il virus “si nasconde” nel tessuto e produce poche proteine virali, non c’è nulla contro cui la risposta immunitaria agisca e l’immunità al virus diminuisce lentamente. In determinate condizioni, tra cui vari tipi di stress fisico e psicologico, il virus herpes simplex latente può essere riattivato e subire un ciclo di replicazione litica nella pelle, causando le lesioni associate alla malattia. Una volta che i virioni sono prodotti nella pelle e le proteine virali sono sintetizzate, la risposta immunitaria viene nuovamente stimolata e risolve le lesioni cutanee in pochi giorni distruggendo i virus nella pelle. Come risultato di questo tipo di ciclo replicativo, le apparenze di herpes labiale e focolai di herpes genitale si verificano solo in modo intermittente, anche se i virus rimangono nel tessuto nervoso per tutta la vita. Le infezioni latenti sono comuni con altri herpesvirus pure, compreso il virus varicella-zoster che causa la varicella. Dopo aver avuto un’infezione da varicella durante l’infanzia, il virus varicella-zoster può rimanere latente per molti anni e riattivarsi negli adulti per causare la condizione dolorosa nota come “herpes zoster” (Figura 2).

Figura 2. (a) Varicella-zoster, il virus che causa la varicella, ha un capside icosaedrico avvolto visibile in questo micrografo elettronico di trasmissione. Il suo genoma del DNA a doppio filamento viene incorporato nel DNA ospite e può riattivarsi dopo la latenza sotto forma di (b) herpes zoster, spesso esibendo un’eruzione cutanea. (credito a: modifica del lavoro di Dr. Palmerkine Palmer, BG Martin, CDC; credito b: modifica del lavoro di “rosmary” / Flickr; scala-bar dati da Matt Russell)

Figura 3. HPV, o papillomavirus umano (credito: modifica del lavoro di NCI, NIH; dati a barre di scala di Matt Russell)

Alcuni virus che infettano animali, incluso il virus dell’epatite C discusso sopra, sono noti come virus oncogeni: hanno la capacità di causare il cancro. Questi virus interferiscono con la normale regolazione del ciclo cellulare ospite introducendo geni che stimolano la crescita cellulare non regolamentata (oncogeni) o interferendo con l’espressione di geni che inibiscono la crescita cellulare. I virus oncogeni possono essere virus a DNA o RNA.

I tumori noti per essere associati a infezioni virali includono il cancro cervicale causato dal papillomavirus umano (HPV) , il cancro del fegato causato dal virus dell’epatite B, la leucemia a cellule T e diversi tipi di linfoma.

L’HPV, o papillomavirus umano (come si vede nella Figura 3), ha un capside icosaedrico nudo visibile in questo micrografo di elettroni di trasmissione e un genoma a doppio filamento di DNA che è incorporato nel DNA ospite. Il virus, che viene trasmesso sessualmente, è oncogenico e può portare al cancro cervicale.

Virus vegetali

I virus vegetali, come altri virus, contengono un nucleo di DNA o RNA. Avete già imparato a conoscere uno di questi, il virus del mosaico del tabacco. Poiché le piante hanno una parete cellulare per proteggere le loro cellule, questi virus non usano l’endocitosi mediata dal recettore per entrare nelle cellule ospiti come si vede con i virus animali. Affinché molti virus vegetali possano essere trasferiti da una pianta all’altra, è necessario danneggiare alcune cellule delle piante per consentire al virus di entrare in un nuovo ospite. Questo danno è spesso causato da tempo, insetti, animali, fuoco o attività umane come l’agricoltura o il paesaggio. Inoltre, la prole delle piante può ereditare malattie virali dalle piante madri. I virus delle piante possono essere trasmessi da una varietà di vettori, attraverso il contatto con la linfa di una pianta infetta, da organismi viventi come insetti e nematodi e attraverso il polline. Quando i virus delle piante vengono trasferiti tra piante diverse, questo è noto come trasmissione orizzontale e quando sono ereditati da un genitore, questo è chiamato trasmissione verticale.

I sintomi delle malattie virali variano a seconda del virus e del suo ospite (vedere la tabella seguente). Un sintomo comune è l’iperplasia, la proliferazione anormale delle cellule che causa la comparsa di tumori vegetali noti come galle. Altri virus inducono ipoplasia, o diminuzione della crescita cellulare, nelle foglie delle piante, causando sottili, aree gialle a comparire. Ancora altri virus influenzano la pianta uccidendo direttamente le cellule vegetali, un processo noto come necrosi cellulare. Altri sintomi di virus vegetali includono foglie malformate, striature nere sugli steli delle piante, crescita alterata di steli, foglie o frutti e macchie anulari, che sono aree circolari o lineari di scolorimento trovate in una foglia.

I virus delle piante possono seriamente interrompere la crescita e lo sviluppo delle colture, influenzando significativamente la nostra offerta alimentare. Sono responsabili della scarsa qualità e quantità delle colture a livello globale e possono causare enormi perdite economiche ogni anno. Altri virus possono danneggiare le piante utilizzate nel paesaggio. Alcuni virus che infettano le piante agricole alimentari includono il nome della pianta che infettano, come il pomodoro spotted wilt virus, bean common mosaic virus e cucumber mosaic virus. Nelle piante utilizzate per l’abbellimento, due dei virus più comuni sono peonia anello spot e rose virus del mosaico. Ci sono troppi virus vegetali per discuterne in dettaglio, ma i sintomi del virus del mosaico comune dei fagioli provocano una riduzione della produzione di fagioli e piante rachitiche e improduttive. Nella rosa ornamentale, la malattia del mosaico di rose provoca linee gialle ondulate e macchie colorate sulle foglie della pianta.

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