RIPRODUZIONE DEI VIRUS: FASI E CARATTERISTICHE - BIOLOGIA - 2025

La riproduzione di virus o replicazione virale è l'evento mediante il quale una particella virale si moltiplica per diversi ordini di grandezza, dirottando il meccanismo enzimatico della cellula ospite. Poiché i virus non sono costituiti da cellule, non possono riprodursi in modo indipendente, richiedendo rigorosamente a un ospite cellulare di farlo.

Esistono due alternative generali con cui un virus può riprodursi: il ciclo litico o il ciclo lisogenico. Entrambi i processi sono stati ampiamente studiati nei virus che infettano batteri o batteriofagi.

Ciclo riproduttivo dei virus.
1-Fixation
2-Penetration
3-Unfolding
4-Synthesis (4a-Trascrizione, 4b-Translation, 4c-Genome Replication)
5-Assembly
6-Release
Fonte: Franciscosp2

Il ciclo litico culmina nella rottura della cellula ospite, mentre nel ciclo lisogenico la cellula continua a convivere con il materiale genetico del virus al suo interno.

Nel caso della via litica, il virus trova la potenziale cellula che infetterà e si attacca ad essa attraverso i recettori che riconosce sulla superficie cellulare. Quindi inietta il suo DNA nel citoplasma, dove inizierà la produzione di componenti strutturali. Questi pezzi di acidi nucleici e proteine ​​vengono assemblati e rilasciati, dopodiché possono infettare nuovi ospiti.

Il ciclo lisogenico inizia in modo simile, con l'eccezione che il DNA del virus subirà un processo di ricombinazione e sarà integrato nel cromosoma del suo ospite. Il virus rimane latente all'interno della cellula, fino a quando l'azione di qualche luce chimica o UV innesca il ciclo litico.

Cos'è un virus?

Prima di spiegare in cosa consiste la riproduzione dei virus, dobbiamo essere chiari su diversi aspetti legati alla biologia di queste entità. I virus non sono cellule, ma piuttosto semplici strutture costituite da acidi nucleici e alcune proteine.

L'insieme completo e sviluppato della particella del virus infettivo è noto come virione.

A differenza degli esseri organici composti da cellule, i virus non hanno metabolismo né scambiano sostanze in modo controllato con l'ambiente esterno. Ma quello che possono fare è riprodursi all'interno di sistemi biologici che presentano queste funzioni: cioè nelle cellule viventi.

Per questo motivo i virus sono considerati parassiti cellulari obbligati, in quanto non possono completare la loro riproduzione senza la cellula vivente. I suoi ospiti possono essere vertebrati, invertebrati, piante, protisti, batteri, ecc., A seconda del virus studiato.

Per la riproduzione, i virus devono dirottare il meccanismo enzimatico del loro ospite. Questo aspetto ha delle conseguenze quando si sviluppano farmaci per fermare l'infezione virale, poiché influenzando la riproduzione del virus può interferire con la riproduzione delle cellule dell'ospite. Esploreremo come avviene questo processo di seguito.

Come si moltiplicano i virus?

Come abbiamo accennato, i virus sono particelle biologiche di natura molto semplice. Pertanto, l'acido nucleico (DNA o RNA) che possiedono contiene le informazioni per la produzione di poche proteine ​​ed enzimi per costruire il virione.

In una singola cellula ospite, un virione può produrre migliaia di particelle virali simili a quella iniziale, utilizzando il meccanismo metabolico del suo ospite.

Nonostante il fatto che i virus e i loro ospiti siano molto variabili, il ciclo di riproduzione è simile in tutto. Di seguito generalizzeremo il processo e descriveremo passo dopo passo la riproduzione dei batteriofagi, virus che infettano i batteri. Quindi menzioneremo alcune delle peculiarità dei virus che infettano gli animali.

Moltiplicazione di batteri virus (batteriofagi)

I batteriofagi possono riprodursi in due modi alternativi: il ciclo litico o il ciclo lisogenico. Come suggerisce il nome, l'ultimo passaggio del litico coinvolge la lisi (e quindi la morte) della cellula ospite. Al contrario, il ciclo lisogenico coinvolge la riproduzione virale con la cellula vivente.

-Ciclo litico

Il processo litico nei batteriofagi T (T2, T4 e T6) nel famoso batterio E. coli è noto in modo molto dettagliato. I processi che descriveremo di seguito si basano su questi modelli di studio.

Si verifica in cinque fasi distinte: fissazione, penetrazione, biosintesi, maturazione e rilascio.

Fissazione

Questo passaggio è noto anche come adsorbimento del virus. La prima cosa che deve accadere perché un virus si moltiplichi è l'incontro tra la particella del virus e la cellula ospite. Questa collisione avviene in modo casuale.

Il virus si lega a qualche recettore complementare che riconosce sulla superficie cellulare; in questo caso, nella parete cellulare batterica. Questo legame è un'interazione chimica in cui si verificano legami deboli tra il virus e il recettore.

Penetrazione

Una volta che il virus riconosce il ricevente, procede a iniettare il suo materiale genetico. Il batteriofago rilascia un enzima che danneggia una porzione della parete cellulare. In questo contesto, la particella virale funziona come una siringa ipodermica incaricata di iniettare il DNA.

biosintesi

Quando il DNA ha raggiunto il citoplasma cellulare dell'ospite, inizia la biosintesi del materiale genetico e delle proteine ​​dell'organismo in questione. La sintesi della proteina ospite viene interrotta da una serie di passaggi orchestrati dal virus.

L'invasore riesce a sequestrare sia i nucleotidi liberi dell'ospite, ribosomi e aminoacidi, sia gli enzimi necessari per copiare il DNA del virus.

Maturazione

Quando tutti gli elementi costitutivi dei virus vengono sintetizzati, inizia il processo di assemblaggio o maturazione. L'assemblaggio dei componenti delle particelle virali avviene spontaneamente, eliminando la necessità di altri geni per assistere il processo.

pubblicazione

Alla fine del processo di assemblaggio, i virus devono essere rilasciati nell'ambiente extracellulare. Mentre stiamo spiegando il ciclo litico, questo passaggio finale coinvolge la lisi della cellula che ha assistito l'intero processo.

La lisi comporta la rottura della membrana plasmatica e della parete cellulare. La degradazione di quest'ultimo componente avviene per azione dell'enzima lisozima, che viene sintetizzato all'interno della cellula durante il processo descritto.

In questo modo, vengono rilasciate le particelle virali appena sintetizzate. Questi possono infettare le cellule vicine e ripetere nuovamente il ciclo.

-Ciclo lisogenico

Non tutti i virus penetrano nelle cellule ospiti e le distruggono a costo della loro stessa riproduzione. Una modalità alternativa di moltiplicazione è chiamata ciclo lisogenico. I virus in grado di riprodursi in questo modo sono noti come temperati.

Sebbene alcuni virus possano riprodursi attraverso la via litica descritta nella sezione precedente, possono anche riprodursi senza distruggere la cellula e rimanere latenti o inattivi al suo interno.

Per descriverlo utilizzeremo come organismo modello il batteriofago lambda (λ), un batteriofago lisogenico che è stato studiato a fondo.

Le fasi in cui si verifica il ciclo lisogenico sono: penetrazione nell'ospite, formazione di un DNA circolare dalla molecola di DNA lineare e ricombinazione con il DNA dell'ospite.

Integrazione del DNA virale nel DNA ospite

Le fasi iniziali si verificano in modo molto simile al ciclo precedente, con l'eccezione che il DNA del virus viene integrato nel DNA della cellula ospite, mediante un processo di ricombinazione.

In questo stato, il virus è latente nella cellula e il DNA virale si replica insieme al DNA dell'ospite.

Alternanza tra ciclo litico e lisogenico

D'altra parte, una varietà di eventi stocastici può portare al passaggio dal ciclo lisogenico a quello litico. Tra questi eventi vi sono l'esposizione alla radiazione UV o ad alcune sostanze chimiche che portano all'asportazione del DNA fagico e all'inizio della lisi.

Conseguenze della lisogenia

Ci sono importanti conseguenze della lisogenia, vale a dire: (i) le cellule lisogeniche sono immuni a successive infezioni dallo stesso batteriofago, ma non a un virus diverso; (ii) le cellule possono acquisire nuove caratteristiche integrando il materiale genetico del fago, come la produzione di alcune tossine e (iii) è consentito il processo di trasduzione specializzato.

Moltiplicazione dei virus animali

In generale, i virus animali seguono un modello di moltiplicazione abbastanza simile a quello descritto nei virus che infettano i batteri. Tuttavia, ci sono alcune differenze sorprendenti in entrambi i processi.

Il più ovvio è il meccanismo di ingresso cellulare, a causa delle differenze che esistono a livello strutturale tra cellule eucariotiche e procariotiche. Nelle cellule animali, i recettori sono costituiti da proteine ​​e glicoproteine ​​ancorate nella membrana plasmatica.

Un esempio di questo è il virus HIV. Per entrare nella cellula, il virus riconosce un recettore chiamato CCR5. Alcuni individui hanno una delezione (cioè, mancano porzioni di DNA) di 32 coppie di basi nel gene che codifica per il recettore cellulare che distrugge la proteina e conferisce resistenza al temuto virus al suo proprietario.

Molti invasori sfruttano i recettori che mediano il processo di endocitosi per ottenere l'ingresso nella cellula, attraverso la formazione di vescicole. I virus coperti da una membrana possono entrare nella cellula fondendo le membrane lipidiche.

Una volta che il virus è penetrato, la sintesi delle particelle virali è alquanto variabile. Le cellule animali hanno un meccanismo enzimatico diverso da quello che troviamo nei batteri.

Riferimenti

1. Forbes, BA, Sahm, DF e Weissfeld, AS (2007). Microbiologia diagnostica. Mosby.
2. Freeman, S. (2017). Biologia. Pearson Education.
3. Murray, PR, Rosenthal, KS e Pfaller, MA (2015). Microbiologia medica. Elsevier Health Sciences.
4. Reece, JB, Urry, LA, Cain, ML, Wasserman, SA, Minorsky, PV e Jackson, RB (2014). Biologia di Campbell. Educazione Pearson.
5. Tortora, GJ, Funke, BR e Case, CL (2016). Microbiologia. Un introduzione. Pearson.