Virus: definizione, struttura e classificazione

Indice

• Struttura e classificazione
• Come funzionano?
• Come si trasmettono i virus?
• Diagnosi
• Trattamento
• Come proteggersi dai virus?

Domande e Risposte

Struttura e classificazione

Senza dubbio virus è la parola del momento. Ci siamo abituati a pensare quotidianamente ai virus, sappiamo che sono causa di malattie, febbre, raffreddore, influenza, tosse e mal di gola e che si trasmettono facilmente da un individuo all’altro. Ma qual è la definizione esatta?

I virus sono agenti infettivi di piccole dimensioni (da 0.02 μm fino ad un massimo di 1 μm). Non sono dei veri e propri organismi in quanto non sono in grado di vivere e riprodursi autonomamente, ma possono farlo soltanto all’interno di una cellula ospite, di cui utilizzano i meccanismi funzionali. La cellula infettata dal virus può essere di origine batterica, vegetale o animale.

I virus sono estremamente semplici dal punto di vista strutturale: sono costituiti da un involucro di proteine, il capside, che può essere ricoperto esternamente da una membrana, il pericapside, formata da un doppio strato fosfolipidico e da glicoproteine.  Il capside racchiude il genoma virale, costituito da DNA o RNA. 
In alcuni casi, all’interno del capside sono presenti anche proteine che servono nell’organizzazione del materiale genetico e nella sua replicazione all’interno della cellula ospite.
I virus sono classificati in base a: 

• Tipo di genoma e sua organizzazione: come abbiamo detto, ci sono virus a DNA, a RNA a singolo o doppio filamento, con genoma circolare, lineare oppure frammentato;
• Struttura e la simmetria del capside (elicoidale, sferica);
• Presenza di un pericapside;
• Dimensione;
• Sito di replicazione all’interno della cellula ospite (citoplasma, nucleo);
• Tipo di cellula infettata.

I coronavirus, ad esempio, sono virus a RNA a singolo filamento, che infettano cellule animali (compreso l’uomo), presentano un pericapside con delle caratteristiche proiezioni esterne costituite da una glicoproteina (la proteina spike), che ne determinano la caratteristica struttura a corona. Tali proiezioni servono al virus per riconoscere specifici recettori sulle cellule dell’ospite che ne permettono l’entrata e quindi l’infezione. 

La presenza del pericapside di natura fosfolipidica è il motivo per cui l’uso del sapone permette una efficace eliminazione del virus: il sapone, infatti, avendo caratteristiche “anfipatiche” (con una porzione affine all’acqua e una affine ai grassi, i lipidi), è in grado di intercalarsi nelle strutture lipidiche del pericapside e di allontanarle le une dalle altre, distruggendone così la struttura.

Come funzionano?

I virus al di fuori della cellula ospite sono chiamati virioni. Essi possono sopravvivere per un tempo variabile nell’ambiente esterno, tuttavia la loro capacità di infezione diminuisce drasticamente. 
Il meccanismo generale di funzionamento dei virus è piuttosto semplice: si legano alla membrana della cellula ospite attraverso dei recettori e penetrano, rilasciando il proprio genoma e le eventuali proteine necessarie alla replicazione. All’interno della cellula, il virus utilizza i sistemi di replicazione dell’ospite per moltiplicarsi, in un processo molto veloce.

• Nei virus a DNA, il materiale genetico viene trasportato all’interno del nucleo della cellula ospite, dove viene replicato e trascritto a RNA, ed in seguito vengono sintetizzate le proteine virali. 
• Nei virus a RNA il materiale genetico può essere direttamente replicato e le proteine sintetizzate all’interno del citoplasma della cellula, senza passare dal nucleo.

Dopo la replicazione e la sintesi di proteine, sia il genoma che le proteine virali sono presenti in numerose copie e si assemblano autonomamente con la formazione di una progenie virale che è identica dal punto di vista genetico, al virus iniziale.  
A questo punto la progenie virale viene rilasciata dalla cellula, in alcuni casi attraverso lisi e quindi morte della cellula stessa, e diffonde all’interno dell’organismo ospite verso nuove cellule, ripentendo il meccanismo di infezione e replicazione.

In alcuni casi, il virus va incontro a una fase di latenza: in questa fase il virus è presente nelle cellule dell’ospite ma non dà origine ad una progenie, fino a quando le funzioni virali non vengono riattivate in seguito a circostanze particolari, ad esempio in seguito a momenti di stress o debolezza (è il caso degli herpesvirus).

Come si trasmettono i virus?

Una peculiarità dei virus è che generalmente infettano un particolare tipo di cellula (es. i virus del raffreddore infettano solo le cellule della mucosa nasale e delle vie aeree superiori). solo alcuni infettano l’uomo, la maggior parte infatti sono specifici di piante e animali. Questo avviene perché le strutture del virus riconoscono determinati recettori presenti solo su un certo tipo di cellule e non su altre. 

Le vie di trasmissione dei virus nell’uomo sono diverse. Si può essere infatti infettati per: 
Inalazione, quando un individuo infetto starnutisce o tossisce. Le particelle virali presenti su gocce del respiro (droplets) possono infatti essere inalate da un altro individuo nelle vicinanze;

• Ingestione, quando il cibo o le bevande introdotte sono contaminate;
• Punture di insetti (zanzare, mosche e zecche), come nel caso del virus Zika; 
• Scambio di fluidi corporei, come nel caso delle infezioni da HIV e epatite B;
• Trasmissione verticale, nel caso di infezione del bambino da parte della madre durante la gravidanza o il parto (possibile per determinati virus come HIV, rosolia, citomegalovirus).

I virus come il nuovo coronavirus si sono sviluppati in animali e si sono trasferiti all’uomo quando l’animale infetto è venuto a contatto con un individuo suscettibile all’infezione (salto di specie).

Non tutti i virus sono pericolosi o causano un’infezione nell’uomo: a seguito del contatto tra il virus e il nostro organismo si possono verificare, dopo un periodo d’incubazione più o meno lungo, situazioni diverse: malattia acuta, malattia asintomatica o con sintomi minori.
Una tipica infezione acuta si manifesta inizialmente con sintomi aspecifici (senso di malessere, febbre) e può poi sviluppare sintomi specifici in determinati organi.

Nella maggior parte dei casi, le infezioni virali sono controllate dal sistema immunitario che individua l’agente estraneo, lo attacca e lo elimina. In alcuni casi il virus persiste all’interno dell’organismo (come nel fenomeno della latenza) nonostante il sistema immunitario.
In altri casi, è lo stesso sistema immunitario a non essere in grado di eliminare i virus, e ciò causa l’instaurarsi di infezioni croniche, come nel caso dei virus dell’epatite B e C, o del virus HIV. In questi casi i virus continuano a produrre una progenie che può essere rilasciata e infettare un altro organismo.

Inoltre, i virus possono alterare la capacità di regolazione della cellula che infettano.
È il caso dei virus che inducono una trasformazione tumorale, mediante l’induzione di espressione di proteine simili a quelle normalmente presenti, ma con mutazioni che le rendono insensibili a meccanismi di controllo delle modalità di replicazione. Si stima che circa il 12% dei tumori nell’uomo sia causato da agenti virali, e tra questi, la maggior parte sia dovuto a tre virus: il papillomavirus, implicato nello sviluppo dei tumori della cervice uterina, del retto, della bocca, laringe e faringe, e i virus dell’epatite B e C, che possono causare il carcinoma del fegato (dati da International Agency for Research on Cancer).
 

Come funzionano il sangue e il sistema immunitario?

Diagnosi

La diagnosi delle malattie virali viene fatta a partire dalla visita medica a cui il medico può associare considerazioni di tipo epidemiologico, come nel caso dell’influenza durante i focolai epidemici stagionali o in caso di emergenze sanitarie, come nella recente pandemia di SARS-CoV-2. In quest’ultimo caso, e ogni qual volta si necessiti una identificazione specifica, si possono svolgere analisi di laboratorio di campioni prelevati dal paziente (come nel caso dei tamponi rino-faringei). 

Per alcune infezioni acute la carica virale (la quantità di virus in circolo nell’organismo) è variabile e il virus può essere rilevato solo in un certo intervallo di tempo dal momento della comparsa dei sintomi.
Solo per alcune infezioni si ritiene necessario effettuare indagini più approfondite come le analisi del sangue o delle urine (in caso di infezioni sistemiche, come il morbillo), o delle feci (in caso di virus enterici come il rotavirus). Gli esami di laboratorio hanno in genere due finalità: la ricerca diretta del microrganismo o di sue parti (antigeni) o la ricerca di anticorpi prodotti dal sistema immunitario umano contro il virus.

Nel primo caso un risultato positivo indica una infezione in corso (il virus è presente nell’organismo), mentre nel secondo caso la presenza di anticorpi indica un’infezione risolta (il virus non è più presente ma lo era in passato).
Il significato dei test sierologici per la ricerca di anticorpi specifici al virus è quindi quello di identificare chi è stato esposto al virus, senza magari aver sviluppato dei sintomi caratteristici (i cosiddetti asintomatici).


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Dove effettuare un Prelievo di sangue venoso?

Trattamento

Per la maggior parte delle infezioni virali non esiste un trattamento specifico. E’ tuttavia possibile intervenire con farmaci mirati a: 

• Alleviare la sintomatologia, intervenendo sui disturbi più frequenti associati all’infezione, come deidratazione, diarrea, febbre e dolori muscolari, nausea, rinorrea, mal di gola, rash cutanei;
• Interferire con la replicazione virale, attraverso l’uso di farmaci antivirali, come ad esempio quelli utilizzati per inibire la replicazione del virus HIV, di epatite B e C e Ebola. Vista la grande variabilità delle caratteristiche dei virus, ogni farmaco antivirale è adatto solo ad un determinato virus. Nel caso dell’emergenza recente di coronavirus, tuttavia, è stato proposto l’uso di farmaci esistenti per il trattamento dei casi più gravi, sempre tenendo al centro la salute e la sicurezza del paziente.

Data la ridotta attività metabolica dei virus e al fatto che essi utilizzino i sistemi molecolari della cellula ospite, è difficile da un punto di vista farmacologico, indentificare dei target esclusivamente specifici per i virus. 
Molto spesso l’uso di farmaci antivirali è limitato dalla loro tossicità verso le cellule ospiti e dal fatto che i virus possono sviluppare una resistenza al trattamento in seguito a mutazione del loro genoma.

Gli antibiotici non sono efficaci in caso di infezioni virali, in quanto la loro azione è diretta specificamente a meccanismi batterici. Solo in caso di una doppia infezione, virale e batterica, l’uso di antibiotici può essere consigliato.


 

Come proteggersi dai virus?

La prevenzione può essere fatta attraverso:

• Misure generali di comportamento e di igiene;
• Vaccinazione;
• Immunoglobuline.

Per prevenire un’infezione virale e l’insorgenza di malattie, è necessario innanzi tutto adottare semplici comportamenti mirati ad interferire con le vie di trasmissione dei virus discusse in precedenza (inalazione, ingestione, punture di insetti, scambio di liquidi corporei). 
E’ necessario quindi lavare bene le mani con il sapone, evitare di toccarsi la faccia prima di lavarsi le mani, disinfettare le superfici, consumare bevande e alimenti controllati. Inoltre, è importante evitare di frequentare persone e luoghi affollati se si manifestano già sintomi, e tossire e starnutire nell’incavo del gomito o in fazzoletti di carta da eliminare subito dopo l’uso, per diminuire la dispersione di goccioline.

Evitare il contatto e le punture di insetti e adottare pratiche per il sesso sicuro completano il quadro dei buoni comportamenti di prevenzione per le malattie infettive. 

La vaccinazione è il modo più efficace e sicuro per la prevenzione di malattie infettive. I vaccini stimolano la risposta del sistema immunitario mimando le caratteristiche dell’agente infettivo, senza causare l’infezione vera e propria. In questo modo, il sistema immunitario viene “istruito” e preparato a rispondere in modo veloce ed efficace in caso di incontro con l’agente infettivo.
La vaccinazione diventa più efficace se un numero elevato di persone la effettua.
In questo caso si parla di immunità di gregge: la malattia non riesce a diffondersi perché trova sulla sua strada un numero elevato di individui “resistenti” all’infezione.

• Sono disponibili vaccini per le malattie virali più comuni quali: epatite A e B, papillomavirus umano, morbillo, parotite, rosolia, varicella, poliomielite, rabbia, rotavirus, encefalite da zecca, febbre gialla e influenza;
• Il vaccino contro il vaiolo è disponibile ma non più somministrato, dato che la malattia è considerata eradicata;
• Il vaccino per la febbre Dengue è stato recentemente approvato (2019) sia dalla FDA (Food and Drug Administration, USA) che dall’EMA (European Medicines Agency, Europa), gli organismi internazionali deputati all’approvazione dei nuovi farmaci e vaccini, ed è disponibile solo nelle zone endemiche;
• Anche il vaccino per il virus Ebola è di recente approvazione (Dicembre 2019), anche se la durata della protezione non è attualmente conosciuta.

Le immunoglobuline sono soluzioni sterili di anticorpi che vengono isolate da individui sani che sono guariti dall’infezione. Si tratta di una forma di immunizzazione passiva disponibile solo per determinate malattie infettive (epatite B, rabbia, varicella), che viene somministrata prima o subito dopo l’esposizione al virus per cercare di impedire all’infezione di svilupparsi o per ridurne la gravità.
In questa categoria ricade la procedura sperimentale corrente di uso di plasma prelevato da soggetti guariti per pazienti infettati dal coronavirus.

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Centri specializzati in Papilloma virus

• Modrow S., Falke D., Truyen U., Schätzl H. (2013) Viruses: Definition, Structure, Classification. In: Molecular Virology. Springer, Berlin, Heidelberg
• Modrow S., Falke D., Truyen U., Schätzl H. (2013) Viral Proliferation and Replication. In: Molecular Virology. Springer, Berlin, Heidelberg
• Modrow S., Falke D., Truyen U., Schätzl H. (2013) Pathogenesis. In: Molecular Virology. Springer, Berlin, Heidelberg
• Pretorius M., Venter M. (2017) Diagnosis of Viral Infections. In: Green R. (eds) Viral Infections in Children, Volume I. Springer, Cham
• AA.VV., The Merck Manual of Diagnosis and Therapy, 20ed, 2018, Merck Editor.
• https://www.fda.gov/
• https://www.ema.europa.eu/en