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Virus

Virus Osservati al Microscopio da uno Scenziato
Curatore scientifico
Dr.ssa Gloria Negri
Specialità del contenuto
Microbiologia e virologia

Che cosa sono i virus

I virus sono parassiti microscopici, le cui dimensioni variano dai 20 nm ai 250-300 nm (sono, per intendersi, molto più piccoli dei batteri). Proprio per questa loro natura, sono in grado di replicarsi esclusivamente all'interno delle cellule ospiti. I virus possono infettare tutte le forme di vita: dagli animali, alle piante, ai funghi, ai microrganismi, batteri ed archeobatteri compresi. 

La parola virus deriva dall'omografo latino vīrus, che significa "veleno". Tale nome si spiega alla luce del fatto che in passato non si era in grado di osservare al microscopio la struttura virale, pertanto tutto ciò che si sapeva era la loro letalità, al pari del veleno.

Attualmente si conoscono più di 6000 specie di virus dei milioni presenti nell'ambiente. Per la loro incapacità di vivere autonomamente, non vengono annoverati nei regni degli esseri viventi (monere, protisti, funghi, vegetali, animali).

Virus: dove si trovano

Ma esattamente, dove si trovano i virus? I virus si trovano in quasi tutti gli ecosistemi del nostro pianeta: anche nelle zone più impensabili perché inospitali come per esempio le aree ghiacciate o nelle profondità oceaniche. Lo studio dei virus prende il nome di virologia, una disciplina che fa parte della microbiologia che appartiene allo studio generale della biologia.

I virus rappresentano l'entità biologica maggiormente presente sul nostro pianeta, pertanto in natura si trova un numero elevatissimo di virus: se ne stimano milioni di tipi, tutti differenti tra loro, alcuni dei quali non ancora identificati né studiati. 

Come già accennato, i virus sono in grado di infettare qualsiasi tipologia cellulare nonché qualunque organismo vivente che siano funghi, microrganismi, batteri ma anche piante, animali ed esseri umani.

Per fare un esempio che riguarda gli animali domestici, il virus più noto che li può infettare è certamente la rabbia.

Non tutti i virus però causano patologie, alcuni infatti sono privi di potere patogeno, altri invece sono noti perché causano alcune tra le patologie più diffuse e conosciute, come il raffreddore, l'influenza e gli herpes.

Struttura dei virus

I virus sono formati da un acido nucleico (o DNA o RNA) che ne costituisce il materiale genetico, e da proteine con un ruolo strutturale o catalitico. Esse rappresentano le macromolecole biologiche chiave conservate dall’evoluzione.

Un virus è dunque un parassita che necessita per replicarsi di una cellula ospite: esso infatti non può infatti riprodursi al di fuori della cellula ospite, perché manca dell’intero apparato di sintesi proteica e delle strutture subcellulari funzionali che la cellula ospite possiede. Grazie all'inoculamento nella cellula ospite, però, il virus è in grado di esprimere le proteine, le cui informazioni per la sintesi sono contenute nel suo genoma virale, per sintetizzare le proteine necessarie per il suo assemblaggio.

Quando un virus è maturo, viene rilasciato dalla cellula ospite e in grado di infettare: prende ora il nome di virione.

La struttura di un virus, o virione, comprende:

  • Capside − Ossia un involucro esterno di proteine. I capsidi proteggono gli acidi nucleici virali, impedendo che vengano distrutti da speciali enzimi cellulari ospiti chiamati nucleasi. 
  • Involucro − Consiste in un secondo strato protettivo posseduto da alcune categorie di virus. Tale strato è di solito derivato dalla membrana cellulare della cellula ospite; piccoli pezzi sottratti alla ospite vengono quindi modificati e riutilizzati dal virus.
  • DNA o RNA − Ovvero il materiale genetico del virus. Può presentarsi a singolo filamento o a doppio filamento. Esso costituisce il genoma, ossia la molecola che contiene la somma totale delle informazioni genetiche di un virus. I genomi virali sono generalmente di piccole dimensioni, codificando solo per proteine essenziali come le proteine che formano il capside, enzimi e proteine necessarie per la replicazione del virus all'interno di una cellula ospite.

Come si trasmettono i virus

La principale funzione del virus è quella di riprodursi veicolando il suo genoma, a DNA o RNA, in una cellula ospite il cui macchinario biosintetico viene sfruttato dal parassita per produrre tutte le proteine necessarie all’assemblaggio di nuovi virioni maturi con eguale funzione. 

La trasmissione dei virus può avvenire in secondo svariate modalità:

  • Ingestione: sia riferita a tossinfezioni di tipo alimentare che trasmissione oro-fecale; è il caso di rotavirus, del virus della poliomielite ma anche dei virus dell’epatite A ed E;
  • Inalazione: tipica dei virus a trasmissione aerea che si diffondono attraverso droplets, ossia goccioline di saliva e altre secrezioni prodotte da starnuti e tosse di persone infette e poi trasportate dall’aria; è il caso dei virus dell’influenza e del raffreddore;
  • Trasmissione attraverso punture di insetti come le zanzare, alcune mosche ematofaghe o le zecche. In questo caso, gli insetti possono anche agire come "vettori" trasmettendo un virus da una cellula ospite all'altro.
  • Trasmissione attraverso i rapporti sessuali (malattie a trasmissione sessuale), come il virus HIV
  • Trasmissione durante trasfusioni di sangue contaminato come nel caso di HIV ed epatite B o C.
  • Trasmissione paraenterale come nel caso di epatite B o C o HIV.
Infine, alcuni virus si trasmettono verticalmente, come nel caso di infezione del feto a causa della malattia della madre durante il parto o la gravidanza: è questo il caso dei citomegalovirus e della rosolia.

Ma esattamente, come avviene la trasmissione di virus?

Anzitutto, i virus devono penetrare all'interno di una cellula ospite: a seconda del tropismo del virus, le vie respiratorie e le ferite aperte possono fungere da ingresso preferenziale per i virus.

A volte, sono gli insetti a fornire la modalità di ingresso. Alcuni virus risultano infatti contenuti nella saliva di un insetto e entrano nel corpo dell'ospite proprio in seguito alle punture di insetto, come per esempio il notissimo virus Zika.

Tali virus possono replicarsi sia all'interno delle cellule di insetti che di quelle ospiti, garantendo una transizione fluida da uno all'altro. Gli esempi includono i virus che causano la febbre gialla e la febbre dengue.

Dopodiché i virus si legano alle superfici delle cellule ospiti riconoscendo specifici recettori di superficie agendo come due pezzi di puzzle a incastro. Anche virus differenti possono legarsi allo stesso ricettore e un singolo virus può legarsi a ricettori differenti localizzati sulla superficie delle cellule. 

In seguito al legame di superficie tra il virus e la cellula ospite, il parassita può iniziare a muoversi attraverso il rivestimento esterno o la sua membrana e penetrare all’interno secondo diverse strategie: HIV, per esempio, si fonde con la membrana cellulare e vi passa attraverso mentre il virus influenzale viene avvolto e inghiottito dalla cellula ospite. Alcuni virus non invasivi, come il virus della poliomielite, creano, invece, un canale poroso d'ingresso “scavando” attraverso la membrana cellulare.

Una volta all'interno, il virus rilascia il suo genoma così che la cellula ospite produca le proteine virali necessarie per la sintesi e l’assemblaggio di nuovi virioni maturi, consentendogli così di diffondersi. Ad esempio, nel caso di un comune raffreddore, uno starnuto emette 20.000 goccioline contenenti particelle di rinovirus.

La peculiarità dei virus è possiedono ognuno un particolare tropismo, ossia la capacità di infettare un tipo specifico di cellula: per esempio i virus del raffreddore infettano le cellule delle vie respiratorie e della mucosa del naso non quelle dell’epidermide. Questo perché i virus riconoscono recettori presenti solo su alcuni tipi di cellule e non altri: ciò spiega anche il motivo per cui alcuni virus non infettino gli umani ma siano specifici di animali e piante.

Infine, i virus come il nuovo coronavirus (SARS-CoV-2) si sono evoluti in specie differenti dall’uomo, per esempio in alcune specie animali, per poi effettuare il “salto di specie” trasferendosi all'uomo.

Scoperta dei virus

I virus sono molto più piccoli della maggior parte dei batteri: si parla di particelle di circa 220 nanometri di diametro. Il virus del morbillo, per esempio, è 8 volte più piccolo del batterio Escherichia Coli, quello dell’epatite 40 volte più piccolo. Di che grandezze stiamo parlando? Per fare un esempio citando una sostanza di uso quotidiano: il virus della poliomielite, con diametro di 30 nm, è 10.000 volte più piccolo di un chicco di sale!

La differenza di dimensione tra virus e batteri sono stati il primo indizio che ha fatto comprendere la diversa natura di queste entità biologiche. Già dalla fine del XIX secolo, era noto che i microrganismi come i batteri potessero causare patologie.

Nel 1879 Adolf Mayer, un chimico agrario tedesco che dirigeva un centro di biologia sperimentale a Wageninger in Olanda, studiando una malattia delle piante del tabacco, denominata “mosaico del tabacco” che causava la comparsa di chiazze colorate sulle foglie della pianta che provocava gravi danni alle colture, dimostrò che tale malattia era causata da un invisibile agente infettante che si trasmetteva per sfregamento delle foglie malate a quelle sane. Nel 1886 uscì l’articolo dal titolo Concerning the Mosaic Disease of Tobacco alla firma di Mayer il quale ipotizzava che la causa della malattia fosse di origine batterica, ma non era in grado di isolarne l’agente patogeno, né di individuarlo al microscopio, né era in grado, iniettando alcuni batteri noti nelle foglie delle piante, di ottenere lo stesso risultato patogeno.
 
Nel 1892, uno studente russo di nome Dmitri Ivanovsky ripeté gli esperimenti di Mayer ma con una novità. Secondo un articolo del 1972 pubblicato sulla rivista Bacteriological Reviews, Ivanovsky passò il succo dalle foglie infette attraverso un filtro di Chamberland, abbastanza fine da catturare batteri e altri microrganismi noti. Nonostante la setacciatura, il filtrato liquido rimase infettivo, suggerendo un nuovo indizio: ciò che causava la malattia era abbastanza piccolo da passare attraverso il filtro. Tuttavia, Ivanovsky concluse che la causa della malattia del mosaico del tabacco era batterica, suggerendo che il filtrato "conteneva batteri o una tossina solubile".

Solo nel 1898 fu effettivamente riconosciuta la presenza dei virus: infatti lo scienziato olandese Martinus Beijerinck, pur confermando i risultati di Ivanovsky, suggerì che la causa della malattia del tabacco non fosse batterica ma un "virus liquido vivente", riferendosi ad essa con il termine ormai obsoleto, "virus filtrabile."

Gli esperimenti di Ivanovsky, Beijerinck e altri che seguirono indicarono solo l'esistenza dei virus. Ci vollero alcuni decenni prima che si fosse in grado di osservarne davvero uno. Solo nel 1931, una volta sviluppato il microscopio elettronico, dagli scienziati tedeschi Ernst Ruska e Max Knoll, poterono visualizzarne uno grazie alla nuova tecnologia ad alta risoluzione e le immagini catturate da Ruska e colleghi nel 1939 furono proprio relative al virus del mosaico del tabacco!

Infezioni virali

I virus possono causare disturbi locali, quando infettano in modo specifico un determinato apparato, come quello digerente, respiratorio o genitale, oppure sistemici quando si diffondono nell'interno organismo.

Infezioni virali respiratorie

Le infezioni virali respiratorie colpiscono sia le alte vie respiratorie come naso o gola, oppure anche le medie e profonde come bronchi o polmoni. Questi virus hanno una modalità di trasmissione aerea e si diffondono tramite droplets contenenti particelle di virus. Ne sono alcuni esempi:

  • Rinovirus −Il rinovirus è il virus che più spesso causa il raffreddore comune ma esistono più di 200 diversi virus che possono causare una sintomatologia comparabile al raffreddore. Manifestazioni cliniche come tosse, starnuti, lieve mal di testa e mal di gola in genere durano fino a 2 settimane.
  • Influenza stagionale − Si tratta di una malattia che colpisce circa il 5-20% della popolazione negli Stati Uniti ogni anno. Più di 200.000 persone all'anno vengono ricoverate annualmente negli Stati Uniti a causa di complicazioni dell'influenza. I sintomi di influenza sono più gravi dei sintomi freddi e spesso includono mialgia ed affaticamento. L'influenza tende anche ad svilupparsi in modo più improvviso rispetto al raffreddore.
  • Virus respiratorio siniciziale − Il virus respiratorio siniciziale è un'infezione che può causare sia infezioni respiratorie superiori (come raffreddore) e infezioni respiratorie inferiori (come polmonite e bronchite). Può essere molto grave nei neonati, nei bambini piccoli e negli adulti anziani.
  • SARS-COV-2 − Si tratta di un coronavirus respiratorio che causa l'infezione da Covid-19, la nota patologia che ha causato una pandemia globale nel 2020, e che risulta ancora in corso. Tale virus ha infettato milioni di persone e ucciso oltre 1 milione di individui in tutto il mondo. I sintomi includono tosse, febbre, mancanza di gusto e olfatto, mancanza di respiro e polmonite interstiziale bilaterale. 
Lavarsi spesso le mani, coprire il naso e la bocca quando tossisce o starnutisce ed evitare il contatto con individui infetti può ridurre la diffusione delle infezioni respiratorie. Disinfettare superfici dure e non toccare occhi, naso e bocca possono anch’esse aiutare a ridurre la trasmissione.

Infine, indossare una mascherina quando si va fuori casa e praticare distanziamento sociale, rimanendo almeno a 2 metri di distanza dagli altri, può diminuire le probabilità di ammalarsi di queste infezioni virali, soprattutto nel caso di SARS-CoV-2.

Infezioni virali della pelle

Le infezioni virali della pelle possono variare da lieve a grave e spesso producono un rash cutaneo. Esempi di infezioni virali della pelle includono:

  • Mollusco contagioso − Il mollusco contagioso provoca piccoli rilievi color carne molto frequenti nei bambini da 1 a 10 anni; tuttavia, le persone di qualsiasi età possono infettarsi con questo virus. I rilievi di solito scompaiono senza trattamento, di solito in 6-12 mesi.
  • Herpes simplex virus-1 − L'herpes simplex è un virus che provoca herpes labiale. Esso viene trasmesso attraverso la saliva, oppure tramite la condivisione di cibo o bevande con un individuo infetto. A volte, causa l'herpes genitale. 
  • Varicella La varicella causa prurito, vesciche stillanti, stanchezza e febbre alta. Il vaccino contro la varicella è efficace al 98% nel prevenire manifestazioni cliniche gravi. Le persone che hanno avuto la varicella sono a rischio di sviluppare l'herpes zoster, una malattia causata dallo stesso virus che si riattiva dai neuroni dei gangli spinali dove è in uno stato di quiescenza. L'herpes zoster può manifestarsi a qualsiasi età, ma più spesso in persone di 60 o più anni.
Il modo migliore per evitare infezioni virali della cute o delle mucose è quello di evitare il contatto pelle-pelle, in particolare le aree che hanno un rash cutaneo o piaghe, con un individuo infetto. Alcune infezioni cutanee virali, come il virus varicella-zoster, sono anche trasmesse per via aerea. Docce comuni, piscine e asciugamani contaminati possono potenzialmente ospitare i virus.

Infezioni virali da avvelenamento alimentare

I virus sono una delle cause più comuni di intossicazione alimentare. I sintomi di queste infezioni variano a seconda del virus coinvolto, che può includere:

  • Epatite A − L'epatite A è un virus che colpisce il fegato per un paio di settimane fino a diversi mesi. I sintomi possono includere pelle gialla, nausea, diarrea e vomito. 
  • Norovirus − Il Norovirus è stato segnalato per essere responsabile di focolai di gravi malattie gastrointestinali che si verificano sulle navi da crociera, ma provoca malattie in molte situazioni e luoghi. 
  • Rotavirus − Esso causa grave diarrea acquosa che può portare alla disidratazione. Chiunque può contrarre rotavirus, ma la malattia si verifica più spesso nei neonati e bambini piccoli.
In generale, i rotavirus ed i norovirus sono responsabili di molti casi di gastroenterite virale, provocano infiammazione dello stomaco e dell'intestino con anche nausea, vomito, diarrea e dolore addominale.

Non è piacevole pensarci, ma le malattie virali di origine alimentare si trasmettono attraverso la via oro-fecale. Ciò significa che una persona si infetta ingerendo particelle di virus presenti nelle feci di una persona infetta: per esempio non lavandosi le mani dopo aver utilizzato il bagno, stringendo le mani, preparando il cibo; anche l'acqua contaminata è un'altra potenziale fonte di infezione.

Infezioni virali e malattie sessualmente trasmissibili

Le infezioni virali a trasmissione sessuale si diffondono attraverso il contatto con i fluidi corporei. Alcune infezioni sessualmente trasmissibili possono anche essere trasmesse attraverso il sangue.

  • Papillomavirus umano (HPV) − Si tratta dell’infezione sessualmente trasmissibile più diffusa in assoluto. Ci sono molti tipi differenti di HPV. Alcuni causano le verruche genitali mentre altri aumentano il rischio di cancro cervicale. La vaccinazione può proteggere contro i genotipi cancerogeni dell'HPV, ovvero il 16 ed il 18.
  • Epatite B − L'epatite B è un virus che provoca infiammazione epatica. Tale virus viene trasmesso attraverso sangue contaminato e fluidi corporei. Alcune persone con il virus non hanno alcun sintomo, mentre accusano sintomi simil-influenzali. Il vaccino contro l'epatite B è efficace più del 90% nel prevenire manifestazioni cliniche gravi.
  • Herpes genitale − L'herpes genitale è una infezione sessualmente trasmissibile comune causata dal virus herpes simplex (HSV-2). L'Herpes simplex virus-1 (HSV-1), il virus responsabile di herpes labiale, può talvolta causare anche l'herpes genitale. Non c'è cura per l'herpes genitale. 
  • Virus dell'immunodeficienza umana (HIV) − Si tratta di un virus che colpisce alcuni tipi di cellule T del sistema immunitario. La progressione dell'infezione diminuisce la capacità del corpo di combattere malattie e infezioni, portando alla sindrome da immunodeficienza acquisita (AIDS). L'HIV si trasmette contattando sangue o fluidi corporei di una persona infetta.
Le persone possono ridurre il rischio di contrarre un'infezione virale a trasmissione sessuale praticando sesso protetto.
 
Altre infezioni virali 

  • Virus Epstein-Barr (EBV) − Il virus Epstein-Barr è un tipo di herpes virus che è associato a febbre, affaticamento, gonfiore dei linfonodi ed ingrossamento della milza. EBV è un virus molto comune che causa mononucleosi. Più del 90% degli adulti sono stati infettati da questa "malattia del bacio" che si diffonde principalmente attraverso la saliva.usa mononucleosi ("mono"). Più del 90% degli adulti sono stati infettati da questa "malattia del bacio" che si diffonde principalmente attraverso la saliva.
  • Virus del Nilo Occidentale −Il West Nile virus viene comunemente trasmesso da zanzare infette. La maggior parte della persone infettate da questo virus non ha alcun sintomi mentre altri sviluppano febbre, emicrania ed altri sintomi. Meno dell'1% delle persone sviluppa infiammazione del cervello (encefalite) o infiammazione del tessuto che circonda il cervello e il midollo spinale (meningite).
  • Meningite− La meningite è un'infiammazione del rivestimento del cervello e del midollo spinale che causa mal di testa, febbre, torcicollo e altri sintomi. Molti virus possono causare la meningite virale, ma un gruppo di virus chiamati enterovirus è la causa più frequente.

Quale differenza tra batteri e virus

A livello biologico, la principale differenza tra virus e batteri è che i batteri sono cellule procariote che appartengono al regno protisti, che possono vivere in modo autonomo all'interno o all'esterno di un ospite, mentre i virus sono un’entità non vivente di molecole che necessitano di una cellula ospite per sopravvivere, sono dei parassiti obbligati.

Sia i batteri che i virus sono invisibili a occhio nudo e alcuni di loro sono gli agenti eziologici di patologie di varia natura. Molti batteri ci sono infatti d'aiuto: vivono nel nostro intestino aiutando l'assorbimento del cibo, o fissando azoto e materiali organici in decomposizione nel suolo o producendo vitamine. I batteri termofili, per esempio, fissano lo zolfo per produrre solfuro ed energia per la fotosintesi in sedimenti acquatici. Allo stesso modo, non tutti i virus sono patogeni, esistono infatti anche virus benefici nel nostro intestino, pelle e sangue che possono uccidere i batteri indesiderati: sono i batteriofagi.

È importante conoscere la differenza tra virus e batteri per quanto riguarda il trattamento di eventuali infezioni: i virus infatti non possono essere trattati con gli antibiotici, né i batteri con farmaci antivirali!

Parimenti, è importante conoscere la differenza tra un'infezione virale e una batterica in modo che i medici possano trattare adeguatamente la malattia, e gli antibiotici non vengano utilizzati inutilmente, contribuendo all'aumento dell'antibiotico resistenza.

Questo è anche il motivo per cui non ci si dovrebbe aspettare che il medico prescriva antibiotici se si soffre di un'infezione virale come un raffreddore. I batteri e virus che devono preoccupare sono dunque quelli patogeni, un sottoinsieme di microrganismi che possono causare malattie. L'1% della popolazione microbica mondiale è nota per essere patogena per l'uomo, e ciò include circa 1400 specie.

Virus a DNA e virus a RNA

Risulta molto importante distinguere i virus a RNA e i virus a DNA ossia classificare i virus sulla base della molecola che forma il loro materiale genetico: ovvero l’acido ribonucleico (RNA), che identifica i virus ad RNA, o l’acido desossiribonucleico che, invece, è caratteristico dei virus a DNA.

L'RNA è infatti una molecola molto meno stabile del DNA, tale da consentire ai virus di mutare con molta più facilità, e dunque a sviluppare varianti con velocità molto superiore rispetto a quelli a DNA. Lo si è visto soprattutto in questo periodo, con la circolazione di molteplici varianti di SARS-CoV-2, un virus a RNA  che riesce infatti ad eludere molto più facilmente le difese immunitarie e rende molto più difficoltosa la messa a punto di terapie vaccinali e non.

Anche i virus a DNA mostrano una capacità di produrre differenti varianti, limitatamente a siti specifici detti hot spot. Oltre alle mutazioni avvengono anche le ricombinazioni, cioè lo scambio di materiale di tipo genetico tra virus differenti che si trovano nella medesima cellula, nonché riassortinento.

La classificazione dei virus a DNA, chiamati desossiribovirus, comprende:

  • Virus a DNA a doppia elica lineare
  • Virus a DNA a doppia elica circolare (per esempio, papovavirus)
  • Virus a DNA a singola elica (per esempio, parvovirus).
Tra i virus a DNA si ricordano:

La classificazione di virus a RNA, detti ribovirus, comprende:

  • Virus a RNA a singola elica lineare
  • Virus a RNA a doppia elica
  • Virus a RNA frammentato (es. ortomixovirus).
Tra i virus a RNA si annoverano: 

  • Virus della parotite
  • Virus del morbillo
  • Virus respiratorio sinciziale
  • Virus dell'influenza
  • Virus della rabbia
  • Virus dell'epatite A
  • HIV
  • Virus della SARS
  • Virus dell'ebola
  • Virus della poliomielite
  • Virus del raffreddore
  • Virus della rosolia
  • West Nile Virus.
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