Princìpi di Virologia

Parte generale: Cenni storici,

Struttura, Composizione chimica,

Classificazione, Ciclo replicativo,

Azione patogena, Difese

Antivirali, Terapia Antivirale

Giovanni Di Bonaventura, B.Sc., PhDCentro Scienze Invecchiamento (Ce.S.I.)

Università “G. d’Annunzio” – Chieti

fisso 0871 541519 mobile 333 1696559

gdibonaventura@unich.it

Cos’è un virus

Dal latino, virus = veleno

Parassiti endocellulari obbligati (debbono utilizzare i sistemi metabolici e bioenergetici di un ospite vivente per replicarsi e produrre nuova progenie virale) rappresentati da organizzazioni biologiche di livello sub-cellulare

Caratteristiche “viventi”– si riproducono rapidamente nella cellula ospite

– possono mutare

Caratteristiche “non viventi”– sono acellulari … assenza di organuli cellulari

– metabolicamente inerti in ambiente extracellulare

Origine dei virus

Almeno tre sono le teorie comunemente formulate per

spiegare l’origine dei virus:

1. degenerazione parassitaria di organismi cellulari che

avrebbero perduto quasi tutte le loro strutture in quanto

sfruttavano quelle della cellula ospite;

2. adattamento evolutivo all’ambiente cellulare di forme

primitive di vita derivanti da polimeri autocatalitici;

3. un'ipotesi più recente sostiene che i virus deriverebbero da

porzioni di genoma degli ospiti che si sono rese

indipendenti (similmente a trasposoni, viroidi)

Virologia “antica”Cenni storici

Le popolazioni antiche, sebbene non consapevoli della

natura e degli effetti dell’infezione virale, hanno talvolta

contribuito alla ricerca inerente la prevenzione e le

cause delle malattie virali.

Il primo caso documentato di infezione virale è quello

raffigurato nel santuario dedicato alla divinità semitica

Astarte (dea fenicia guerriera e vendicatrice) sito a

Menfi, capitale dell’Antico Egitto (sul delta del Nilo a

sud del Cairo), datato approssimativamente 3700 AC,

su di una stele raffigurante il sacerdote Ruma con i

tipici segni di una paralisi poliomelitica.

Il Faraone Siptah regnò in Egitto dal 1200 al 1193 AC

quando morì all’età di 20 anni. Il suo corpo mummificato,

all’interno della tomba nella Valle dei Re, mostra come la

sua gamba sinistra abbia aspetto “asciutto” ed il suo

piede rigidamente esteso a forma di zoccolo di cavallo,

classico segno di poliomelite paralitica.

Inoltre, il Faraone Ramses V, morto nel 1196 AC

probabilmente a causa del vaiolo, come suggerito dalla

presenza di lesioni pustolari presenti sul viso.

Virologia “antica”Cenni storici

Il vaiolo era endemico (circoscritto) in Cina dal 1000 AC. Per questo venne praticata la

vaiolizzazione (da Variola = virus di vaiolo). Scoprendo che i sopravvissuti all’epidemia di

vaiolo erano protetti da successive esposizioni, la vaiolizzazione consisteva nell’inalazione

di croste essiccate da lesioni pustolari.

Sul finire del ‘700, Jenner, partendo dall’osservazione dell’assenza di vaiolo in soggetti che

avevano superato un’affezione pustolosa benigna contratta dai bovini, pensò di utilizzare

l’inoculazione sperimentale della malattia del bovino per proteggere l’uomo contro il vaiolo.

Il 14 Maggio 1796, Edward Jenner usò materiale cowpox-contaminato ottenuto dalla mano

di Sarah Nemes, una lattaia del suo villaggio (Berkley, nel Gloucestershire), per vaccinare

con successo James Phipps, 8 anni di età. Il 1 Luglio 1796, Jenner infettò deliberatamente

il bambino, registrando l’assenza di infezione. Nella pubblicazione originale, Jenner non

parlò di “vaccinazione”, ma coniò il termine di “variolae vaccinae”.

Sebbene inizialmente controversa, la vaccinazione contro il vaiolo venne adottata nel

mondo intero durante il 19° secolo.

Tuttavia, furono Robert Koch e Louis Pasteur per la prima volta, nel 1880, a sostenere la

“teoria microbica” della malattia, ed il significato di questi organismi divenne apparente.

Successivamente, Pasteur lavorò estensivamente sulla rabbia, che egli identificò essere

causata da un 'virus' (dal Latino, veleno), sebbene egli non li discriminò dagli agenti

batterici.

Virologia “moderna”Cenni storici

1892, D. Iwanowsk – virus del mosaico del tabacco

1898, M. Beijerinick - ”contagium vivum fluidum”

1898, F. Loeffler & P. Frosch – virus responsabili

di malattie delle zampe e della bocca nel bestiame

1901, W. Reed – virus della febbre gialla

1909, Landsteiner & Popper – poliomelite causata

da “agente filtrabile”

1915-1917, F. Twort & F. D’Herelle - batteriofagi

1930’s – osservazione microscopica dei virus

1970’s – molecole per il trattamento dell’infezione virale

Struttura del virione

Genoma

• Una o poche molecole di acido nucleico

(DNA oppure RNA) ad organizzazione

variabile (lineare, circolare, doppia/singola elica, segmentata)

Capsìde (core)

• Involucro proteico che circonda il genoma, generalmente

composto da subunità proteiche chiamate capsomeri

Peplos (pericapsìde, envelope)

• Composta da fosfolipidi e glicoproteine; generalmente deriva

dalle membrane della cellula ospite attraverso un processo

chiamato “gemmazione”. Lo spazio compreso tra il peplos ed il

capside è di solito occupato da proteine virus-specifiche

(tegumento o matrice virale)

Nucle

ocapsìd

e

Genoma virale

Contenuto all’interno del capsìde, il genoma è in contatto con proteine regolatrici le fasi replicative e trascrittive

Tipologia ed organizzazione (DNA oppure RNA):– Unica molecola di DNA (Deossiribovirus), generalmente bicatenaria e lineare

• doppia elica (ds), circolare (Papovavirus)

• singola elica (ss), lineare (Parvovirus)

– Unica molecola di RNA (Ribovirus), generalmente monocatenaria e lineare

• doppia elica (Reovirus)

• polarità + = funziona da m-RNA (TMV, virus sarcoma Rous)

• polarità - = complementare a mRNA, deve essere trascritto in m-RNA (Orthomyxo-, Rhabdovirus)

• ambisense (polarità positiva/negativa)

• frammentazione (segmentazione) RNA in numero costante di segmenti a differente PM (Ribovirus di grosse dimensioni: Orthomyxovirus)

Genoma virale Generalmente, le dimensioni ed il peso molecolare del

genoma virale sono estremamente modeste, così riflettendo la scarsa quantità di informazioni genetiche in esso contenute: dimensioni: 3,5 – 250 kbp

PM deossiribovirus > PM ribovirus; (Poxvirus, può produrre sino a circa 160 proteine da 50 kDa)

Si rende quindi necessaria, nel virus, un’organizzazione “efficiente” del genoma: – capsìde costituito da ripetizioni di poche unità peptidiche

– “embricatura” in serie delle sequenze codificatrici (numerose sequenze sovrapposte, utilizzate per la sintesi di più trascritti)

Papillomavirus: genoma “embricato”

Nonostante la eterogeneità strutturale del genoma, i virus obbediscono al dogma centrale della biologia

molecolare:

tutta l’informazione genetica fluisce dall’acido nucleico alla proteina.

Dovendo utilizzare l’apparato trascrittivo e traduttivo della cellula ospite,

tutti i virus debbono produrre un mRNA che possa essere “letto” dal sistema traduzionale dell’ospite,

indipendentemente dalla loro organizzazione genomica.

Capsìde (core)

Involucro proteico che circonda il genoma virale

(proteine: fino al 90% in peso)

• Funzioni:

– protegge il genoma virale in sede extracellulare

– nei virus sprovvisti di peplos, media la penetrazione

del virus nella cellula bersaglio

• Le subunità proteiche del capsìde (capsomeri)

sono disposte simmetricamente secondo due

modalità:

1. Simmetria elicoidale

2. Simmetria icosaedrica

Simmetria complessa

Capsìde a simmetria elicoidale

Contenitore di forma simil-cilindrica, costituito da un numero variabile di copie

del capsomero (unità chimica) avvolte a spirale attorno ad un asse centrale

ideale a formare uno spazio elicoidale in cui risiede il genoma (RNA, in genere).

I capsìdi possono essere rigidi (TMV, batteriofago

M13) o flessibili (virus influenzali).

Spesso, la ripetizione di una sola proteina (capsomero) rappresenta

l’unica possibilità di rivestire un acido nucleico di piccole dimensioni

Esempio: virus del mosaico del tabacco (TMV)

Capsìde: cilindrico, rigido, 15-18 nm di diametro e

circa 300 nm di lunghezza, formato da 2.130

capsomeri (158 aa)

Acido nucleico: RNA a singolo filamento (6 Kbp)

Cristallizzato da Stanley nel 1935

I virus animali a simmetria elicoidale sono sempre

provvisti di envelope (peplos).

Capsìde a simmetria icosaedrica

I pentoni o pentameri formati da 5 subunità e

disposti ai vertici dell’icosaedro (provvisti di

fibra in Adenovirus); gli esoni o esameri

composti da 6 subunità e localizzati sulle facce

dell’icosaedro.

La simmetria icosaedrica rappresenta la

disosizione più efficiente, poichè utilizza il

minor numero di capsomeri. Il numero totale

di capsomeri è virus-specifico: 12 (Parvovirus

batteriofagi X174, MS2, Qb), 32 (Poliovirus),

42, 60, 72 (HPV), 92, 162, 252 (Adenovirus).

Costituito da due tipi di capsomero (pentone, esone = aggregati strutturali)

disposti a formare un icosaedro (solido regolare a 20 facce triangolari e 12 vertici).

Il genoma virale è impacchettato nel capsìde con cui non è in contatto diretto.

Negli Adenovirus: a) ogni pentone si prolunga

in una o due strutture fibrose (fibra) in cui

risiede l’antigenicità tipo-specifica; b) i pentoni e

gli esoni sono antigenicamente differenti.

Adenovirus

Capsìde a simmetria complessa

Simmetria non assimilabile né a quella elicoidale né a quella icosaedrica,

in cui i rapporti tra i diversi componenti non sono stati ancora chiariti.

Virus “complessi”: Poxvirus e batteriofagi di grosse dimensioni (T4).

I Poxvirus, a forma ovoidale (“a mattone”), sono i più grandi tra i virus animali

potendo essere osservati anche al microscopio ottico (1886: erroneamente

considerati “spore di micrococchi”).

Il genoma (DNA lineare a doppio filamento) è associato a proteine e racchiuso

in un nucleoìde, a forma di disco biconcavo, delimitato da un involucro

(membrana rivestita da tubuli e fibre). Due corpi laterali, di forma ellittica, sono

disposti tra il nucleoìde e l’involucro esterno.

Peplos (envelope)

Involucro di natura lipoproteica contenente il nucleocapsìde

(involucro pericapsidico): nel doppio strato lipidico (di natura

cellulare) sono inserite glicoproteine (codificate dal virus)

proiettate all’esterno (spicole o spikes).

Generalmente presente nei virus a simmetria elicoidale

(Orthomyxovirus, Rhabdovirus) e nei batteriofagi (virus

batterici); occasionalmente presente anche nei virus

icosaedrici (Herpesvirus, Togavirus).

Il peplos protegge il nucleocapsìde, determina la

specificità dell’interazione virus-cellula, regola

alcune fasi della penetrazione virale.

CMV (Herpesvirus type-V)

I virus con peplos sono facilmente e rapidamente

inattivati da tensioattivi o solventi lipidici che ne

scompaginano la struttura. Se rimosso, il virus

perde la sua infettività.

Rhabdovirus

Assente nei virus “nudi” (naked)

I virus sono “cattive notizie in una busta proteica”

(Peter Medawar, 1983)

Summary

Sensibilità virale ad agenti fisico-chimici

Temperatura virus “naked” sono maggiormente termostabili (scarsa perdita di

infettività dopo diverse ore di esposizione a 37°C) inattivazione infettività virale a 50-60°C per 30 min conservazione virus per congelamento, liofilizzazione

Stabilizzazione virale con i sali tolleranza termica (50°C per 1 h) per stabilizzazione con:

MgCl2 [1 mol/L] (picorna-, reovirus) MgSO4 [1 mol/L] (orthomyxo-, paramyxovirus)

stabilità dei virus importante per la preparazione dei vaccini pH

generalmente stabili a pH compresi tra 5 e 9: virus “naked” resistono in ambiente acido (Enterovirus) tutti i virus sono distrutti in condizioni di alcalinità

Sensibilità a radiazioni ionizzanti livello di sensibilità = K x dimensioni del genoma

Sensibilità ad etere, detergenti ed essiccamento virus “naked” = resistenti; virus con envelope = sensibili

Sensibilità a disinfettanti inattivazione virale per denaturaz. proteica (alcoli, fenoli, alogeni)

Sensibilità ad agenti fisico-chimici

Virus “naked”

– Facile trasmissione (mano-

mano, aerosol, rifiuti)

– Essiccano conservando la

infettività

– Sopravvivono nello stomaco

– Inducono risposta umorale

– Resistenti a detergenti ed

improprio trattamento delle

acque reflue

Virus con peplos

– Diffondono per aerosol,

secrezioni, trapianti d’organo,

trasfusioni ematiche

– Richiedono umidità

– Non sopravvivono nel tratto

gastrointestinale

– Inducono risposta umorale e

cellulo-mediata

– Inducono ipersensibilità ed

infiammazione per causare

immunopatogenesi

Caratteri antìgeni

Dato l’elevato contenuto in proteine (90% circa del peso

totale), i virus sono, di norma, ottimi antigeni

Determinanti antigeni localizzati sul:

Capsìde (antigeni nucleo-proteici o NP)

nei virus “naked”, gli antigeni NP determinano la virus-

specificità

possibile presenza di antigeni differenti nello stesso capsìde:

negli Adenovirus, nei pentoni risiede la gruppo-specificità,

nelle fibre la tipo-specificità

nei virus dotati di envelope, gli antigeni NP sono:

accessibili agli anticorpi solo dopo rottura del peplos

comuni a virus differenti dello stesso gruppo o sottogruppo

Peplos

antigeni derivanti, in parte, dalla membrana cellulare

la virus-specificità risiede negli antigeni del peplos

Caratteri antìgeni

Tipologia di antigeni:

antigeni “funzionali” (o precoci), presenti nelle fasi iniziali della

replicazione virale

antigeni “strutturali” (o tardivi), presenti nelle fasi tardive della

replicazione virale

La discriminazione tra antigeni precoci e tardivi può

essere di ausilio per studiare fino a quale fase il ciclo di

moltiplicazione virale sia avanzato:

nei casi in cui la replicazione virale non può esser portata a

termine (infezione abortiva, trasformazione cellulare), si

possono rinvenire solo antigeni “precoci”

rispetto agli antigeni strutturali, la risposta anticorpale indotta

dagli antigeni funzionali è scarsa e di breve durata. Quindi,

l’evidenziazione di un titolo anticorpale anti-antigene funzionale

è un utile strumento per la diagnosi di infezione attiva o recente

Dimensioni

Dimensioni estremamente variabili:

Deossiribovirus: da 18-26 nm

(Parvovirus) a 200x400 nm

(Poxvirus)

Ribovirus: da 28-30 nm

(Picornavirus) a oltre 300 nm

(Paramyxovirus)

Eccezion fatta per i Poxvirus, tutti i

virus hanno dimensioni tali da non

poter essere osservati al microscopio

ottico (invisibilità)

Classificazione dei virus

Natura dell’ospite parassitato– Virus dei batteri (batteriofagi o fagi)

– Virus dei vegetali

– Virus degli animali

• Virus degli artropodi

• Virus degli vertebrati

Tipologia ed organizzazione dell’acido nucleico

Simmetria del capsìde (elicoidale, icosaedrico)

Presenza/assenza del peplos

Strategia di replicazione

7th Report (2000) of the International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV): 56 Famiglie (-viridae), 9 Sottofamiglie (-virinae), 233 Generi (-virus), 1.550 Specie

HERPESVIRIDAE

HEPADNAVIRIDAE

PEPLOS +

PAPILLOMAVIRIDAE

POLYOMAVIRIDAE

(PAPOVAVIRIDAE)

CIRCOLARE

ADENOVIRIDAE

LINEARE

PEPLOS -

DOPPIA CATENA

PARVOVIRIDAE

SINGOLA CATENA COMPLESSO

DEOSSIRIBOVIRUS

Modificato da: Volk et al., Essentials of Medical Microbiology, 4th Ed. 1991

Tutti i Deossiribovirus hanno capsìde

icosaedrico, tranne i Poxviridae

PEPLOS + PEPLOS -

POXVIRIDAE

PEPLOS +

CATENA SINGOLA(positiva)

RIBOVIRUS

FLAVIVIRIDAETOGAVIRIDAE

RETROVIRIDAE

ICOSAEDRICO

CORONAVIRIDAE

REOVIRIDAE

ELICOIDALE

PEPLOS -

PICORNAVIRIDAECALICIVIRIDAE

ICOSAEDRICO

CATENA SINGOLA(negativa

)

CATENA DOPPIA

PEPLOS +

ELICOIDALE

ORTHOMYXOVIRIDAE

BUNYAVIRIDAE

ARENAVIRIDAE

PARAMYXOVIRIDAE

RHABDOVIRIDAEFILOVIRIDAE

PEPLOS -

ICOSAEDRICO

Modificato da: Volk et al., Essentials of Medical Microbiology, 4th Ed. 1991

Replicazione virale

1. Adsorbimento (attacco): adesione del virus

alla superficie cellulare mediata da recettore

2. Penetrazione: fusione, endocitosi o traslocazione

3. Uncoating (spoliazione): rilascio del genoma virale

4. Sintesi macromolecole virus-specifiche

5. Maturazione: assemblaggio del virione

6. Rilascio virioni “maturi”

Replicazione virale1. Adsorbimento (attacco)

Interazione virus-cellula

Casuale. Efficiente, se l’antirecettore

(virale) intercetta il recettore (cellulare) specifico

Richiede elevate concentrazioni ioniche

Processo passivo (no energia, temperatura-indipendente)

adsorbimento virale a recettori isolati, frammenti cellulari, cellule morte

La “sensibilità” di una cellula ad un’infezione virale è

definita dalla presenza di idonei recettori

Circa 100.000 recettori alla superficie cellulare

Omologia “fortuita” tra antirecettore virale e recettore

Tropismo virale: affinità del virus per determinati “tipi” cellulari

Transfezione: infezione di cellule non sensibili (ma permissive)

AdsorbimentoRecettore & Antirecettore

Recettore (cellulare)

Virus della rabbia (Rhabdoviridae) = recettori per acetilcolina

Virus vaccinico (Poxviridae) = recettori per Epidermal Growth Factor

Virus Epstein-Barr (Herpesviridae) = recettore per il Complemento

(CR2) alla superficie dei linfociti B

HIV-1 (Retroviridae) = ligandi intercellulari (CD4)

Antirecettore (virale)

Presenza di numerosi (e, talvolta, più di un tipo di) antirecettori alla

superficie virale

Virus “naked” (es. Picornaviridae) = proteine capsidiche

Virus con peplos (es. Ortho- Paramyxoviridae) = glicoproteine

pericapsidiche

Gli anticorpi diretti verso l’antirecettore sono protettivi, ossia

“neutralizzano” l’infettività virale

Teoria del “canyon”

Differenti “tipi antigenici” di virioni, differenziabili per essere neutralizzati da diversi sieri immuni, si ancorano in corrispondenza dello stesso recettore

Antirecettore sito sul fondo del

canyon, facilmente accessibile

dal recettore, ma inaccessibile

agli anticorpi.

L’attività neutralizzante risiede

negli anticorpi che reagiscono

con gli epitopi al bordo del

canyon, impedendo, di fatto,

l’accesso del recettore

Ingresso nella cellula (penetrazione) e

separazione fisica (uncoating) tra genoma

virale e componenti strutturali esterni del virione,

con perdita dell’infettività del virus parentale

Processo “attivo” (richiede energia)

Avviene solo a T ottimali per la cellula

Virus “naked”

Traslocazione trans-membrana

Trasferimento per endocitosi

Virus con pericapsìde

Fusione tra peplos e la membrana cellulare

Herpesvirus, Paramyxovirus

Formazione vescicola endocitica e successiva fusione del

pericapsìde con la membrana endocitica (Ortho-, Togavirus)

Replicazione virale2-3. Penetrazione+uncoating

Uncoating (fase di “spoliazione”)

La fusione del pericapsìde con la membrana cellulare od

endosomale richiede l’intervento di proteine “fusogene”

presenti nel pericapsìde

Fusione tra pericapsìde e membrana cellulare

Proteine “fusogene”, attive a pH neutro, sono attivate da

modificazioni conformazionali indotte nell’antirecettore in seguito ad

interazione con il recettore cellulare

Fusione tra pericapsìde e membrana endocitica

Proteine “fusogene” attivate dall’acidificazione endosomale

modulata attivamente dal virione attraverso canali ionici per H+

La degradazione del capsìde è mediata da enzimi cellulari,

tranne che per i Poxvirus:

Attivazione di una RNA-polimerasi DNA-dipendente virale

all’interno del core con produzione di diversi mRNA

Traslocazione degli mRNA nel citosol e traduzione in proteine

che degradano il capsìde, liberando il genoma nel citosol

Virus con envelope:

penetrazione per endocitosi

from: Schaechter et al, Mechanisms of Microbial Disease, 3rd ed, 1998

Acido nucleico e proteine strutturali sono i

soli materiali che debbono essere

sintetizzati ex novo per garantire la replicazione virale

Tuttavia, durante la replicazione vengono sintetizzate anche proteine

non strutturali (che rendono possibile la replicazione del genoma ed

inibiscono le sintesi macromolecolari cellulari)

Nel caso dei Deossiribovirus (Papovaviridae, Herpesviridae,

Adenoviridae), ma soprattutto nei fagi, le proteine vengono sintetizzate

in una sequenza temporale:

Proteine precoci (codificate dal genoma parentale): consentono la

replicazione dell’acido nucleico ed inibiscono le sintesi macromolecolari

cellulari

Proteine tardive (codificate da copie dell’acido nucleico parentale): proteine

strutturali e proteine inibenti la sintesi delle proteine precoci

Replicazione virale4. Sintesi delle macromolecole

virus-specifiche

La sintesi dei capsìdi icosaedrici precede l’inserimento dell’acido nucleico (capsìde vuoto o procapsìde), mentre quelli elicoidali si possono formare solo in presenza dell’acido nucleico (RNA)

Accumulo dei virioni naked assemblati in formazioni cristallinee liberazione previa lisi cellulare

In presenza di eccesso di componenti virali, la maturazione virale può rivelarsi un processo inefficace:

formazione di corpi inclusi intracellulari, a localizzazione nucleare (herpesvirus) o citoplasmatica (poxvirus) od entrambe (morbillo)

la presenza di corpi inclusi può avere un rilevante significato diagnostico: i corpi di Negri (cellule nervose) a significato patognomonico per la diagnosi di rabbia; i corpi del Torres (febbre gialla); i corpi del Guarnieri (Poxvirus)

Replicazione virale5. Maturazione (assemblaggio)

Corpi di inclusione

Corpi del Negri in cellula

nervosa (Rhabdovirus)

Inclusioni ad «occhio di gufo»

(CMV)

Azione patogena dei virus

La capacità di produrre malattia in vivo deve

essere valutata in base a due eventi

ugualmente importanti e caratterizzanti:

– realizzazione dell’infezione

– produzione ed estrinsecazione delle lesioni

Ambedue gli eventi sono condizionati in larga

parte non solo dalle caratteristiche del virus

ma anche dalle caratteristiche e dalle

modalità di risposta (immune) dell’ospite

Azione patogena dei virusL’infezione: penetrazione e replicazione

rhabdovirus,

HIV, HBV,

togavirus

poliovirus,

reovirus

orthomyxovirus,

rotavirus

virus esantematici

poliovirus

liberi (enterovirus),

veicolati (herpesvirus,

morbillivirus)

Azione patogena dei virusProduzione ed estrinsecazione delle lesioni

Realizzatasi l’infezione, negli organi “bersaglio” vengono a determinarsi delle lesioni anatomo-funzionali in seguito a: azione diretta sulle cellule (effetto citopatogeno)

Induzione (esaltazione) della risposta immune (con possibile modificazione della tipologia di rapporto instaurato dal virus con la cellula)

depressione della riposta immune

Tali meccanismi patogenetici possono intervenire singolarmente od in associazione nel determinismo della malattia

Produzione ed estrinsecazione delle lesioni

Effetto citopatogeno: A) Infezioni citocide

Infezioni produttive, caratterizzate cioè dal rilascio di una nuova progenie virale infettante in seguito a danno irreversibile cellulare (morte cellulare per nécrosi od apoptosi)

Malattie generalmente acute, con breve periodo di incubazione (influenza, poliomelite, encefalite da togavirus ed erpetiche, enterite)

A livello cellulare, le lesioni degenerative possono instaurarsi precocemente alla fase di attacco, ma più comunemente si manifestano in fasi successive del ciclo replicativo, o si amplificano durante la sua progressione

Produzione ed estrinsecazione delle lesioni

Effetto citopatogeno: A) Infezioni citocide

In vitro

Lesioni degenerative ingravescenti col progredire del ciclo di replicazione virale, che raggiungono la massima intensità nel rilascio della progenie virale in seguito a lisi cellulare (virus con capsìde isometrico e sprovvisti di peplos)

Formazione di sincizi o policariociti, in seguito a fusione di cellule infette e successiva comparsa di lesioni degenerative (virus con envelope: Paramyxovirus, alcuni Herpesvirus e Poxvirus)

Lesioni degenerative che compaiono tardivamente rispetto alla liberazione della progenie virale (virus con envelope non sinciziogeni: Orthomyxovirus)

In vivo

Degenerazioni citoplasmatiche (ballonizzazione, poichilocitosi, vacuolizzazione), nucleari (picnosi, marginazione ed aggregazione cromatinica) o fusione cellulare (cellule “giganti”)

Sia in vitro che in vivo, formazione di inclusioni cellulari

Effetti citopatici dell’infezione virale

CMV. Citomegalia

Virus del morbillo. Sincizi

Produzione ed estrinsecazione delle lesioni

Effetto citopatogeno: A) Infezioni citocide

Le infezioni citocide sono dovute principalmente a: Inibizione dell’attività biosintetica macromolecolare della cellula

ospite, ad opera di proteine “precoci” virali

Modificazioni della membrana cellulare: alterata (aumentata) fluidità, depolarizzazione transitoria, alterazione

del trasporto trans-membrana di metaboliti e ioni con uscita di K+ ed ingresso di Na+, (Poliovirus, Na+ favorisce la traduzione virale), ma anche di colina e deossi-glucoso

Alterazioni lisosomiali: proteine “tardive” virali causano lesioni (dapprima reversibili, quindi

irreversibili) dei lisosomi con rilascio degli enzimi idrolitici nel citosol e conseguente danno cellulare In presenza di rosso neutro:

formazione di placche rosse (danno reversibile)

formazione di placche chiare (danno irreversibile)

Produzione ed estrinsecazione delle lesioni

Effetto citopatogeno: B) Infezioni latenti

Realizzazione di un parassitismo “controllato” che non

determina la morte cellulare:

Integrazione del genoma virale in quello dell’ospite (o si mantiene,

circolarizzato, in forma episomiale). Si replica ad ogni ciclo

cellulare conferendo nuovi caratteri o rimanendo silente senza

produzione di antigeni virali e di progenie virale

Infezioni asintomatiche in vivo (Herpesvirus, Retrovirus) con

possibilità di recidive (riattivazioni – erpete labiale, malattia

citomegalica) in presenza di condizioni predisponenti

Produzione ed estrinsecazione delle lesioni

Effetto citopatogeno: C) Infezioni persistenti

Realizzazione di un parassitismo “controllato” che non determina la morte cellulare:

Continua produzione di antigeni virali e, spesso, di progenie virale (a differenza delle infezioni latenti)

Lesioni cellulari dovute alla continua esposizione all’azione della risposta immune, piuttosto che all’azione diretta del virus

Malattie cronicamente evolutive (epatite cronica attiva di tipo B) o malattie “lente” caratterizzate da lunghi periodi di incubazione (panencefalite subacuta sclerosante da virus del morbillo)

Possibile “disinpegno” (inibizione) della cellula nella sintesi di molecole “di lusso” (non essenziali: ormoni, mielina), con conseguente patologie disfunzionali (disendocrinopatie in topi infettati con virus della corio-meningite linfocitaria)

Produzione ed estrinsecazione delle lesioni

Effetto citopatogeno: D) Trasformazione

Virus oncògeni (DNA-virus: polyoma, herpes, papilloma, hepatovirus, adenovirus; RNA-virus: retrovirus): in grado di alterare l’omeostasi celllulare sovvertendo, direttamente od indirettamente, il controllo del ritmo proliferativo cellulare in vitro

La proliferazione cellulare rende più probabile l’accadimento di eventi genetici (mutazioni nel DNA) che si accumulano, causando così la trasformazione neoplastica della cellula

Proprietà di cellule trasformate da virus: Immortalizzazione, assenza inibizione da contatto (formazione di colonie su agar),

morfologia irregolare, diminuita necessità di fattori di crescita e siero

Anomalie cromosomiche strutturali (delezioni, traslocazioni) e numeriche (aneuploidia)

Elevata attività glicolitica, proteasica e DNA-sintetasica

Comparsa di nuovi caratteri antigeni (rigetto in seguito a trapianti in animali immunocompetenti consanguinei)

Genoma virale, o parte di esso, integrato nel genoma cellulare o libero (episoma); m-RNA e antigeni virus-specifici

L’equivalente in vivo della trasformazione è la oncogenesi virale Comparsa di tumori in seguito ad inoculazione di cellule trasformate in animali

neonati od immunosoppressi

Difese antivirali non dipendenti dalla

risposta immune

La produzione di Interferon

Meccanismi di difesa non immuni aspecifici

Barriere anatomiche (cute, mucose) Integrità di cute (continuità dello strato corneo) e mucose

Cute: essiccamento, acidi grassi cutanei, sostanze inibenti prodotte da batteri commensali

Mucose alimentari: muco (acido nello stomaco, alcalino nell’intestino), fagociti, sostanze inibenti (sali biliari, enzimi proteolitici)

Mucose respiratorie: attività muco-ciliare, lisozima, fagociti

Inibitori (non anticorpali) sierici e tessutali Glicoproteine/lipoproteine in grado di inibire l’adsorbimento

virale per analogia strutturale con i recettori cellulari per il virus

Fagocitosi Ha un suo ruolo sebbene non importante come nelle infezioni

batteriche; più attiva nei macrofagi che nei leucociti

Meccanismi di difesa non immuni specifici

Febbre La replicazione virale richiede un optimum termico

Variazioni termiche interferiscono con il ciclo di replicazione virale; maggiore sensibilità ai rialzi termici (a 39°C numerosi virus diventano incapaci di replicarsi)

Risposta infiammatoria Alterazioni del microcircolo

edema ed accumulo leucocitario

aumento temperatura locale

ristagno della circolazione con iperemia passiva, riduzione tensione O2, caduta ATP, abbassamento pH

Sistema dell’Interferon Strumento più importante per il controllo intracellulare della

replicazione virale

Possibili applicazioni terapeutiche

Interferon

“Interferenza virale”: cellule infettate da un virus risultano resistenti ad un’infezione successiva o concomitante

1957, Isaacs and Lindenmann

Infettarono frammenti di membrana corion-allantoidea di pollo con virus influenzale A termoinattivato

I frammenti non solo esibivano resistenza a superfinfezioni con lo stesso virus, ma rilasciavano in soluzione una proteina capace di trasferire lo stato di resistenza antivirale ad altri frammenti coltivati in assenza di virus

A questa sostanza, che interferiva con la replicazione virale, venne dato il nome di interferon

Interferon – tipologie e caratteristiche

Famiglia di proteine sempre (, ) o talvolta () glicosilate che - seppur differiscano per struttura molecolare, origine cellulare e stimolo inducente –sono accomunate dalle seguenti caratteristiche: vengono indotte da vari stimoli, in particolar modo da

un’infezione virale

non posseggono attività antivirale diretta, ma agiscono mediante proteine effettrici

la loro azione non è specifica per il virus inducente, essendo capaci di inibire la replicazione di altri virus

sono dotate di specie-specificità, essendo capaci di agire in cellule della stessa specie, o di specie tassonomicamente vicine a quelle in cui sono state prodotte

a persistenza limitata (poche ore o giorni), sebbene lo stato antivirale indotto permanga per 48 h dalla loro eliminazione

InterferonMeccanismo di azione

Gli interferoni vengono prodotti da

linfociti B (), cellule fibro-epiteliali ()

e linfociti T (), in presenza di cellule

estranee: tumorali, batteriche,

infettate da virus (); acidi nucleici

estranei (); antigeni presentati da

macrofagi od altre APC ().

Quando una cellula è infettata da un

virus, produce e rilascia interferon che

si lega ai recettori di superficie di

cellule viciniore. Queste vengono

indotte alla produzione di proteine

effettrici che prevengono la sintesi

delle proteine virali, bloccando così la

diffusione dell’infezione.

Interferonmeccanismo di azione