Replicazione virale

Ti sei mai chiesto perché quando le stagioni cambiano e fa più freddo è più facile ammalarsi? Non è perché si prende un "raffreddore", ma piuttosto perché il muco che riveste le membrane mucose si secca a causa del clima più freddo e secco. Senza questo strato protettivo, si diventa vulnerabili all'attacco di diversi tipi di microbi, soprattutto virus.

Un'infezione virale o, in altre parole, la replicazione virale, si riferisce alla formazione di virus dopo che questi hanno infettato cellule ospiti sane. Iniettano il loro materiale genetico virale nella cellula ospite e "dirottano" i componenti della sintesi proteica per creare nuovi virus che vengono poi rilasciati.

Spesso ci riferiamo ai virus come a microrganismi; tuttavia, essi sono acellulari. I virus non possono sopravvivere senza un ospite.

La struttura dei virus

I virus sono di tutte le forme e dimensioni e possono avere caratteristiche diverse l'uno dall'altro. Le caratteristiche dipendono dalla cellula ospite bersaglio. Le principali caratteristiche virali comprendono:

• Acidi nucleici come DNA o RNA - il materiale genetico necessario per generare nuovi virus.
• Nucleocapside (in breve capside) - un rivestimento proteico che racchiude l'acido nucleico.
• Involucro lipidico - una membrana lipidica che circonda il capside. Non tutti i virus hanno un involucro.
• Tegumento virale - un gruppo di proteine raggruppate che si allineano tra l'involucro e il nucleocapside.
• Proteine di attacco (involucro) - proteine che permettono al virus di identificare e attaccarsi alla cellula ospite corretta.

Batteriofagi

Alcuni virus sono specializzati per determinati gruppi di organismi viventi. I batteriofagi, noti anche come fagi, infettano le cellule batteriche e non infettano l'uomo! Sono invece utilizzati principalmente nella ricerca. Si pensa che in futuro possano essere utilizzati, in combinazione o al posto degli antibiotici, per trattare le infezioni batteriche.

La replicazione dei virus

La replicazione virale è suddivisa in quattro fasi principali:

• Attacco del virus alla cellula ospite.
• Ingresso del virus nella cellula ospite.
• Replicazione e assemblaggio virale.
• Rilascio di virioni.

Attacco dei virus all'ospite

Le proteine di attacco presenti sulla capsula virale o sull'involucro lipidico sono complementari a specifici recettori della cellula ospite. La capacità di un virus di infettare una specifica cellula ospite è chiamata tropismo virale. Le proteine presenti sulla superficie dell'agente virale determinano se il virus può infettare o meno una cellula ospite.

La penetrazione del virus nella cellula ospite

L'ingresso del virus nella cellula ospite è diverso per i virus inviluppati e non inviluppati. Per i virus inviluppati, la loro membrana si fonde con la membrana della cellula ospite e il capside viene internalizzato nella cellula.

I virus che entrano nelle cellule ospiti tramite fusione della membrana sono il virus dell'immunodeficienza umana (HIV) e il virus Ebola.

I virus non inviluppati e alcuni virus inviluppati entrano attraverso l'endocitosi, in cui la cellula ospite accoglie il virus inglobandolo in una vescicola intracellulare.

In entrambi i casi, il capside virale viene degradato dagli enzimi, consentendo all'acido nucleico virale di essere rilasciato nel citoplasma, pronto a utilizzare i componenti di sintesi proteica della cellula ospite.

Replicazione e assemblaggio virale

Dopo la degradazione del capside virale, possono iniziare la trascrizione e la traduzione virale (utilizzando i macchinari della cellula ospite). Alcuni virus possono anche integrare il loro materiale genetico nel DNA della cellula ospite e aspettare un momento migliore per iniziare a produrre copie di se stessi.

Ecco un piccolo riassunto su trascrizione e traduzione:

• Trascrizione - il filamento di DNA virale viene copiato in RNA messaggero (mRNA), che trasporta le informazioni ai ribosomi (siti per la sintesi delle proteine).
• Traduzione - la sequenza trasportata dall'mRNA viene tradotta in una sequenza di amminoacidi nei ribosomi.

Le proteine virali appena sintetizzate vengono impacchettate in virioni. Un virione è una particella virale di nuova produzione che contiene la struttura del virus "genitore" prima che entrasse nella cellula ospite. L'assemblaggio viene anche definito maturazione virale.

Rilascio dei virioni

Il rilascio dei nuovi virioni avviene in tre modi principali:

• Budding - i virioni non sviluppati "prendono in prestito" la membrana della cellula ospite e creano il loro involucro (HIV e SARS-COV-2).
• Apoptosi cellulare - la cellula ospite infettata va incontro a morte cellulare programmata quando è sotto attacco virale. I virus che causano la morte della cellula ospite sono citolitici (herpes simplex virus e poliovirus).
• Esocitosi - le vescicole contenenti i virioni si fondono con la membrana dell'ospite e rilasciano i virioni. La cellula ospite rimane intatta (virus della varicella-zoster).

Alcune proteine virali finiscono per essere presentate su una struttura chiamata complesso maggiore di istocompatibilità (MHC), in particolare MHC-I, sulla superficie della cellula infetta. Questo fenomeno funge da marcatore, indicando ai linfociti T che è in corso un'infezione virale e consentendo ai linfociti T di avviare una risposta antivirale.

Replicazione virale litica e lisogenica dei batteriofagi

Esistono due tipi di batteriofagi: batteriofagi litici e batteriofagi lisogeni.

Durante il ciclo virale litico (infezione virulenta), il batteriofago prende il controllo e distrugge la cellula. Sintetizza le proteine virali che rompono il DNA della cellula ospite. Il batteriofago può quindi controllare la cellula; poiché integra il suo acido nucleico virale nel genoma dell'ospite, fa sì che quest'ultimo sintetizzi particelle virali per creare nuovi batteriofagi che vengono poi rilasciati.

La cellula ospite non muore durante il ciclo lisogenico (infezione non virulenta). Il fago si integra nel genoma della cellula ospite e si replica passivamente con l'ospite. L'ospite è relativamente indenne. Se la cellula è stressata, il batteriofago può entrare nel ciclo litico.

I virus non subiscono la fissione binaria

I virus sono organismi acellulari e per tale motivo non possono riprodursi da soli tramite fisione binaria, come i microrganismi procarioti.

La fissione binaria è una riproduzione asessuata in cui due nuove cellule figlie geneticamente identiche vengono create da una cellula madre.

Differenze tra batteri e virus

I virus e i batteri possono talvolta essere confusi perché possono causare sintomi simili, come tosse e febbre. Ma le loro differenze sono notevoli. Di seguito sono elencate solo alcune delle loro differenze:

• I batteri sono microrganismi viventi che possono vivere all'interno di un altro organismo o in ambienti esterni. I virus sono microbi non viventi che hanno bisogno di una cellula ospite per sopravvivere.
• I batteri si dividono e si replicano per fissione binaria. I virus si replicano dirottando gli organelli di sintesi proteica della cellula ospite.
• Gli antibiotici possono trattare le infezioni batteriche. Le infezioni virali sono trattate con farmaci antivirali e vaccini, ma spesso il sistema immunitario elimina il virus.