Virus

Ci sono molte strutture genomiche nei virus. Come gruppo hanno una diversità genomica più strutturale rispetto a piante, animali, arcaie o batteri. Ci sono milioni di diversi tipi di virus, ma solo circa 5.000 di essi sono stati descritti in dettaglio. ⁴⁹

Un virus ha o RNA o geni del DNA e viene chiamato rispettivamente virus RNA o virus del DNA. La stragrande maggioranza dei virus ha genomi RNA. I virus vegetali tendono ad avere genomi di RNA a singolo filamento e i batteriofagi tendono ad avere genomi di DNA a doppio filamento. ^96/99

Le popolazioni virali non crescono attraverso la divisione cellulare, perché non hanno cellule. Al contrario, usano il macchinario e il metabolismo di una cellula ospite per produrre molte copie di se stessi, e si assemblano (messe insieme) nella cellula.

Il ciclo di vita dei virus differisce molto da una specie all'altra, ma ci sono sei fasi fondamentali nel ciclo di vita dei virus:^75/91

• L'attacco è un legame specifico tra le proteine del capside virale e i recettori specifici sulla superficie cellulare dell'ospite.
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  La penetrazione segue l'allegato: I virioni (particelle di virus singoli) entrano nella cellula ospite attraverso l'endocitosi mediata dal recettore o la fusione di membrana. Questo è spesso chiamato ingresso virale.
  L'infezione delle cellule vegetali e fungine è diversa da quella delle cellule animali. Le piante hanno una parete cellulare rigida fatta di cellulosa, e funghi uno di chitina. Ciò significa che la maggior parte dei virus può entrare in queste cellule solo con la forza. ⁷⁰ Un esempio potrebbe essere: un virus viaggia su un vettore di insetti che si nutre di linfa vegetale. I danni alle pareti delle cellule farebbero entrare il virus.
  I batteri, come le piante, hanno forti pareti cellulari che un virus deve attraversare per infettare la cellula. Tuttavia, le pareti cellulari dei batteri sono molto più sottili delle pareti cellulari delle piante, e alcuni virus hanno meccanismi che iniettano il loro genoma nella cellula batterica attraverso la parete cellulare, mentre il capside virale rimane all'esterno. ⁷¹
• La disincrostazione è un processo in cui il capside virale viene rimosso: Questo può avvenire per degradazione da parte degli enzimi virali o degli enzimi dell'ospite o per semplice dissociazione; il risultato finale è il rilascio dell'acido nucleico virale.
• La replicazione dei virus comporta la moltiplicazione del genoma. Questo di solito richiede la produzione di RNA messaggero virale (mRNA) da geni "primitivi". Questo può essere seguito, per virus complessi con genomi più grandi, da uno o più cicli successivi di sintesi di mRNA: l'espressione "tardiva" del gene è di proteine strutturali o virioni.
• A seguito della struttura-mediata auto-assemblaggio delle particelle del virus, si verifica spesso qualche modifica delle proteine. Nei virus come l'HIV, questa modifica (talvolta chiamata maturazione) si verifica dopo che il virus è stato rilasciato dalla cellula ospite.
• I virus possono essere rilasciati dalla cellula ospite tramite lisi, un processo che uccide la cellula facendo scoppiare la sua membrana e la parete cellulare. Questa è una caratteristica di molti virus batterici e di alcuni virus animali.
  In alcuni virus il genoma virale viene messo per ricombinazione genetica in un punto specifico del cromosoma dell'ospite. Il genoma virale è poi noto come "provirus" o, nel caso dei batteriofagi, come "profago". ⁶⁰
  Ogni volta che l'ospite si divide, viene replicato anche il genoma virale. Il genoma virale è per lo più silenzioso all'interno dell'ospite; tuttavia, a un certo punto, il provirus o il proffago può dare origine a virus attivi, che possono lisciare le cellule dell'ospite. ^{capitolo 15 I}
  virus avvolti (ad es. l'HIV) vengono tipicamente rilasciati dalla cellula ospite dopo che il virus ha acquisito il suo involucro. L'involucro è un pezzo modificato della membrana plasmatica dell'ospite. ^185/7

Materiale genetico e replicazione

Il materiale genetico all'interno delle particelle di virus, e il metodo con cui il materiale viene replicato, varia considerevolmente tra i diversi tipi di virus.

Virus RNA

La replica avviene di solito nel citoplasma. I virus RNA possono essere inseriti in quattro gruppi diversi a seconda delle loro modalità di replicazione. Tutti i virus RNA utilizzano i propri enzimi di replicazione dell'RNA per creare copie dei loro genomi. ⁷⁹

Virus del DNA

La replicazione del genoma della maggior parte dei virus del DNA avviene nel nucleo della cellula. La maggior parte dei virus del DNA dipende interamente dai macchinari di sintesi del DNA e dell'RNA della cellula ospite e dai macchinari di elaborazione dell'RNA. I virus con genomi più grandi possono codificare gran parte di questi macchinari. Negli eucarioti il genoma virale deve attraversare la membrana nucleare della cellula per accedere a questo macchinario, mentre nei batteri deve solo entrare nella cellula. ⁵⁴⁷⁸

Trascrizione inversa dei virus

La trascrizione inversa dei virus con genomi RNA (retrovirus) utilizza un intermediario del DNA per replicarsi. Quelli con genomi di DNA (pararetrovirus) usano un intermedio di RNA durante la replicazione del genoma. Sono sensibili ai farmaci antivirali che inibiscono l'enzima trascriptasi inversa. Un esempio del primo tipo è l'HIV, che è un retrovirus. Esempi del secondo tipo sono gli Hepadnaviridae, che comprende il virus dell'epatite B. ^88/9

Sistema immunitario innato

La prima linea di difesa dell'organismo contro i virus è il sistema immunitario innato. Questo ha cellule e altri meccanismi che difendono l'ospite da qualsiasi infezione. Le cellule del sistema innato riconoscono e rispondono agli agenti patogeni in modo generale.

L'interferenza dell'RNA è un'importante difesa innata contro i virus. Molti virus hanno una strategia di replicazione che coinvolge l'RNA a doppio filamento (dsRNA). Quando un virus di questo tipo infetta una cellula, rilascia la sua molecola di RNA. Un complesso proteico chiamato dicer si attacca ad esso e taglia l'RNA in pezzi. Poi si avvia un percorso biochimico, chiamato complesso RISC. Questo attacca l'mRNA virale, e la cellula sopravvive all'infezione.

I rotavirus evitano questo problema non sverniciando completamente la cellula e rilasciando l'mRNA appena prodotto attraverso i pori del capside interno della particella. Il dsRNA genomico rimane protetto all'interno del nucleo del virione.

La produzione di interferone è un importante meccanismo di difesa dell'ospite. Si tratta di un ormone prodotto dall'organismo in presenza di virus. Il suo ruolo nell'immunità è complesso; alla fine impedisce ai virus di riprodursi uccidendo la cellula infetta e i suoi vicini.

Sistema immunitario adattivo

I vertebrati hanno un secondo, più specifico, sistema immunitario. Si chiama sistema immunitario adattivo. Quando incontra un virus, produce anticorpi specifici che si legano al virus e lo rendono non infettivo. Due tipi di anticorpi sono importanti.

Il primo, chiamato IgM, è altamente efficace nel neutralizzare i virus, ma viene prodotto dalle cellule del sistema immunitario solo per alcune settimane. Il secondo, chiamato IgG, è prodotto a tempo indeterminato. La presenza di IgM nel sangue dell'ospite viene utilizzata per verificare la presenza di un'infezione acuta, mentre l'IgG indica un'infezione in passato. L'anticorpo IgG viene misurato quando vengono eseguiti i test per l'immunità.

Un'altra difesa dei vertebrati contro i virus è l'immunità cellulo-mediata. Essa coinvolge le cellule immunitarie note come cellule T. Le cellule del corpo mostrano costantemente brevi frammenti delle loro proteine sulla superficie della cellula e, se una cellula T riconosce un frammento virale sospetto, la cellula ospite viene distrutta dalle cellule T killer e le cellule T specifiche del virus proliferano. Le cellule come i macrofagi sono specialisti in questa presentazione dell'antigene.

Eludere il sistema immunitario

Non tutte le infezioni da virus producono una risposta immunitaria protettiva. Questi virus persistenti eludono il controllo immunitario mediante sequestro (nascondendosi), bloccando la presentazione dell'antigene, la resistenza alle citochine, eludendo l'attività delle cellule killer naturali, la fuga dall'apoptosi (morte cellulare) e lo spostamento antigenico (cambiamento delle proteine di superficie). L'HIV elude il sistema immunitario cambiando costantemente la sequenza amminoacidica delle proteine sulla superficie del virione. Altri virus, chiamati virus neurotropici, si muovono lungo i nervi in luoghi che il sistema immunitario non può raggiungere.

I virus non appartengono a nessuno dei sei regni. Non soddisfano tutti i requisiti per essere classificati come organismi viventi perché non sono attivi fino al punto di infezione. Tuttavia, questo è solo un punto verbale.

Ovviamente, la loro struttura e modalità di funzionamento significa che si sono evoluti da altri esseri viventi, e la perdita della normale struttura si verifica in molti endoparassiti. Le origini dei virus nella storia evolutiva della vita non sono chiare: alcuni possono essersi evoluti dai plasmidi - pezzi di DNA che possono muoversi tra le cellule - mentre altri possono essersi evoluti dai batteri. Nell'evoluzione, i virus sono un importante mezzo di trasferimento genico orizzontale, che aumenta la diversità genetica.

Un recente progetto ha scoperto quasi 1500 nuovi virus RNA campionando oltre 200 specie di invertebrati. "Il team di ricerca... ha estratto il loro RNA e, utilizzando il sequenziamento di nuova generazione, ha decifrato la sequenza di 6 trilioni di lettere presenti nelle biblioteche di invertebrati". La ricerca ha dimostrato che i virus hanno cambiato bit e pezzi del loro RNA da una varietà di meccanismi genetici. "Il viromo invertebrato [mostra] una notevole flessibilità genomica che include frequenti ricombinazioni, trasferimento laterale di geni tra virus e ospiti, guadagno e perdita di geni e complessi riarrangiamenti genomici".

Un gruppo di grandi virus infetta le amebe. Il più grande è il Pithovirus. Altri in ordine di grandezza sono Pandoravirus, poi Megavirus, poi Mimivirus. Sono più grandi di alcuni batteri e visibili al microscopio ottico.

I virus sono ampiamente utilizzati in biologia cellulare. I genetisti spesso usano i virus come vettori per introdurre i geni nelle cellule che stanno studiando. Questo è utile per far sì che la cellula produca una sostanza estranea o per studiare l'effetto dell'introduzione di un nuovo gene nel genoma. Gli scienziati dell'Europa orientale hanno usato la terapia dei fagi come alternativa agli antibiotici per un certo periodo di tempo, e l'interesse per questo approccio è in aumento, a causa dell'alto livello di resistenza agli antibiotici che ora si trova in alcuni batteri patogeni.