Virus: definizione, struttura e classificazione

Virus: definizione, struttura e classificazione

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Domande e Risposte

Virus: struttura e classificazione

Immagine di virus al microscopio in viola e arancioneI virus sono entità microscopiche, fatti da un involucro di proteine che contiene il materiale genetico. Il virus non è un vero e proprio organismo vivente in quanto necessita di un altro organismo per svilupparsi e riprodursi. 
I virus sono causa di:
  • Malattie;
  • Febbre;
  • Raffreddore;
  • Tosse;
  • Mal di gola e che si trasmettono facilmente da un individuo all’altro.
I virus sono i vettori che possono causare una epidemia o una pandemia, come dimostrato dalla rapida diffusione del virus del COVID-19, il coronavirus.

I virus sono agenti infettivi parassiti di piccole dimensioni (da 0.02 μm fino ad un massimo di 1 μm), che possono riprodursi solo dopo aver infettato 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 caratteristicheanfipatiche” (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.
 

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Funzionamento: come si moltiplica un virus nell’organismo?

Un virus al di fuori della cellula ospite è chiamato virione. Può sopravvivere per un tempo variabile nell’ambiente esterno, tuttavia la sua capacità di infezione diminuisce drasticamente nel tempo. 
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.  

Dato il numero elevato di replicazioni a cui il virus va incontro per potersi diffondere, può capitare che si introducano spontaneamente delle mutazioni nel suo codice genetico. La variante del virus è una mutazione del genoma del virus, che viene mantenuta nella progenie che si diffonde dopo l’infezione.

Una volta prodotta, la progenie virale viene rilasciata dalla cellula, attraverso la 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).


 
Infografica che ritrae il meccanismo di riproduzione del virus nella cellula
 

Come si trasmettono i virus?

Immagine che ritrae la struttura di alcuni virus al microscopioUna 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).
Alcuni virus sono in grado di fare il salto di specie: il SARS-Cov-2, si è sviluppato in animali e si è trasferiti all’uomo quando l’animale infetto è venuto a contatto con un individuo suscettibile all’infezione.

Non tutti i virus sono pericolosi o causano un’infezione nell’uomo: a seguito del contatto tra il virus e il nostro organismo dopo un periodo d’incubazione più o meno lungo ci si può ammalare in modo grave o con sintomi leggeri, o rimanere asintomatici.

Una tipica infezione acuta si manifesta inizialmente con sintomi aspecifici (senso di malessere, febbre) e può poi sviluppare sintomi specifici in determinati organi.

Una tipica infezione acuta si manifesta inizialmente con sintomi aspecifici (senso di malessere, febbre) e può poi sviluppare sintomi specifici in determinati organi. Un esempio caratteristico è dato dall’infezione da virus intestinale, che causa dolori gastroenterici e spesso febbre, vomito e/o diarrea. Le infezioni intestinali sono frequenti nei bambini, a causa della ala capacità diffusione dei virus in questa popolazione e dal sistema immunitario ancora in via di sviluppo. Il sistema immunitario efficiente permette solitamente di contrastare l’infezione da virus intestinale e i bambini guariscono in pochi giorni. Nella maggior parte dei casi, infatti, 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).

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 può infettare un altro organismo.

Inoltre, i virus possono alterare la capacità di regolazione della cellula che infettano, come nel caso dei virus tumorali, che inducono un tumore. Il tumore può essere indotto attraverso l’espressione di proteine simili a quelle normalmente presenti, ma con mutazioni che le rendono insensibili a meccanismi di controllo delle modalità di crescita cellulare. Si stima che una percentuale tra il 12% e il 20% 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;
  • I virus dell’epatite B e C, che possono causare il carcinoma del fegato.

Diagnosi delle malattie virali

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. Gli esami di laboratorio hanno in genere due finalità: la ricerca diretta del microrganismo o di sue parti (antigeni), come nel caso dei tamponi rino-faringei per il COVID-19, 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 tampone rino-faringeo è un metodo diagnostico diventato ormai consuetudine durante l’emergenza COVID-19. 
Per la diagnosi di COVID-19 si identificano tipo diversi di test a seconda della metodica utilizzata per il prelievo di materiale biologico e al tipo di informazione sul virus che ci forniscono:
  • Test molecolare: il materiale prelevato dalle vie respiratorie attraverso il tampone viene sottoposto ad analisi per la ricerca di RNA virale, attraverso la metodica della Real time RT-PCR (Reverse Transcription-Polymerase Chain Reaction). La positività a questo test indica la presenza di materiale genetico del virus nel soggetto in quel momento, quindi indica la positività all’infezione;
  • Test antigenico: è un test rapido (15-30 minuti) che ricerca la presenza delle proteine superficiali del virus e non il materiale genetico. La positività ad un tampone antigenico deve essere confermata da un test molecolare;
  • Test sierologico non si basa sul prelievo di materiale presente nelle vie respiratorie, ma sull’analisi del sangue. Si può effettuare un’analisi rapida (poche gocce di sangue dopo puntura del dito) oppure un’analisi più approfondita in seguito a un prelevo di sangue. Il test sierologico dà informazioni riguardo alla risposta del sistema immunitario alla eventuale esposizione al coronavirus. La presenza di anticorpi specifici verso il virus indica una avvenuta infezione;
  • Test molecolare o antigenico salivare: con una circolare emanata il 14 Maggio 2021, il Ministero Della Salute conferma che il test sulla saliva può essere un’alternativa valida al tampone nasofaringeo, sia per il test di individui sintomatici che in situazioni particolari (screening di individui asintomatici per esigenze lavorative, test su anziani, disabili e bambini, in carenza di tamponi orofaringei classici)

Per alcune infezioni acute la carica virale (cioè 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). 

Trattamento dei virus

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.


Immagine che mostra le diverse tipologie di virus (Ebola, influenza, Coronavirus, herpes...)
 

Come proteggersi dai virus?

La prevenzione può essere fatta attraverso:
  • Misure generali di comportamento e di igiene;
  • Vaccinazione;
  • Immunoglobuline.
Fotografia che ritrae una vaccinazione al braccio di un adultoPer 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;
  • La produzione del vaccino contro il coronavirus rappresenta una conquista storica per diversi motivi:
    1. Per la tecnica con cui agisce (alcuni sono vaccini a RNA, molecola che contiene l’informazione per la sintesi della proteina spike del coronavirus);
    2. Per la rapidità con cui sono stati prodotti, studiati e ne è stata certificata l’efficacia e la sicurezza.

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. Uno studio appena concluso (studio TSUNAMI), promosso dall’Istituto Superiore di Sanità e da AIFA (Agenzia Italiana del Farmaco) non ha tuttavia evidenziato nessun beneficio nell’uso del plasma iperimmune in termini di riduzione del rischio di peggioramento respiratorio o morte nei primi trenta giorni in individui con COVID-19.


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Centri specializzati in Papilloma virus
 
RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI
 

Domande e risposte

Come è fatto un virus?

Un virus è costituito da un nucleo di materiale genetico, DNA o RNA, circondato da un involucro protettivo chiamato capside costituito da proteine. A volte il capside è circondato da uno strato più esterno composto da lipidi e glicoproteine, chiamato pericapside, che conferisce virulenza.
I virus sono in grado di sopravvivere solo entrando nelle cellule ospiti.

Come si eliminano i virus?

I virus possono essere uccisi dal trattamento con detergenti (sapone, alcol) quando presenti sulle mani o sulla pelle. Per eliminarli dalle superfici si possono usare prodotti contenenti alcol o a base di cloro (candeggina). 
Una volta entrati nell’organismo, i virus possono essere eliminati da farmaci antivirali e dal sistema immunitario, che può essere stimolato con la vaccinazione.

Quali sono alcune malattie virali comuni?

Le malattie virali comuni sono il raffreddore, diversi tipi di influenza, gastroenteriti virali, l’herpes labiale, le verruche, la varicella, il morbillo, la parotite, la rosolia, l’epatite e il fuoco di Sant'Antonio.

Qual è il virus più letale al mondo?

È difficile dare una valutazione assoluta della pericolosità di un virus. In termini di mortalità registrata (proporzione dei casi di decessi sui casi totali di infezione), uno dei virus più pericolosi è il virus Marburg, dal nome di una cittadina sul fiume Lahn, in Germania. La malattia da virus Marburg è anche nota come febbre emorragica di Marburg. Non si tratta di una malattia frequente, ma è stato riscontrato un tasso di mortalità tra il 25 e l’80% degli infettati.  
Come il virus Ebola, la cui mortalità stimata è del 50%, il virus Marburg provoca convulsioni e sanguinamento delle mucose, della pelle e degli organi.

L'infezione virale è contagiosa?

Le infezioni virali sono contagiose. Possono diffondersi da persona a persona in molti modi, tra cui: inalazione di goccioline di respiro, contatto di fluidi corporei, ingestione di cibo e bevande contaminate, contatto con superfici o materiale contaminato, puntura di insetto, o, per alcuni virus, da madre a figlio durante la gravidanza o il parto

Cos’è una variante?

La variante di un virus è una forma alternativa del virus stesso che differisce da quello originale per una o più mutazioni del codice genetico. Le mutazioni possono lasciare inalterate le funzionalità del virus o modificarle, rendendolo più o meno capace di riconoscere le cellule da infettare o più o meno resistente ai meccanismi di prevenzione, a seconda della zona del codice genetico interessata dalla mutazione.

Come funzionano le mascherine?

Le mascherine facciali hanno un ruolo fondamentale nella protezione dall’infezione dai virus che si diffondono con goccioline –droplets– quindi anche per il coronavirus. Le diverse mascherine in commercio proteggono le vie respiratorie e hanno caratteristiche diverse: 

  • Le mascherine chirurgiche sono costituite da una serie di strati di tessuto, non aderiscono perfettamente al viso ma bloccano il diffondersi delle goccioline liberate con la respirazione, la tosse e gli starnuti; 
  • Le mascherine con filtro (FFP2 e FFP3) aderiscono in modo più omogeneo al viso e possiedono un filtro con maglie di dimensioni tali da bloccare l’entrata del virus. Le mascherine FFP2 filtrano più del 95% delle particelle con diametro di 2,5 micron, mentre le FFP3 filtrano più del 98% delle particelle di 2,5 micron.
Le mascherine chirurgiche sono monouso, mentre quelle FFP2 e FFP3 hanno ciclo di durata di diverse ore. È tuttavia sconsigliato utilizzarle troppo a lungo, per non mettere a rischio la propria salute.

Le informazioni presenti in Doveecomemicuro.it hanno scopo divulgativo e informativo. Non costituiscono in alcun modo un mezzo di autodiagnosi e automedicazione. Per qualsiasi dubbio sull'uso di un farmaco, rivolgersi al proprio medico.

In collaborazione con

Barbara Bartolini

Barbara Bartolini

Biologa, ricercatrice per più di 10 anni nel campo della Biochimica e della Biologia Molecolare e Cellulare. Ho lavorato in laboratori internazionali di ricerca in Italia, Gran Bretagna, Svezia e Austria studiando la glicobiologia, l'aterosclerosi, l'immunologia e il cancro. Ho conseguito un Dottorato di Ricerca in Scienze Fisiologiche presso l'Università di Pavia e un master in Approccio Multidisciplinare ai Disturbi dell'Alimentazione e della Nutrizione presso lo stesso ateneo. Dal 2019 mi occupo attivamente di comunicazione ed educazione scientifica, supportando la stesura di articoli scientifici, di divulgazione e di materiale per insegnamento universitario. Faccio parte di Freelance Network Italia e dal 2020 collaboro con il portale Doveecomemicuro.it.

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