La parola Virus, dal latino virus, significa “tossina, veleno”. Queste entità biologiche sono altamente diffuse sulla Terra: se ne contano più di 2000 specie, molte delle quali in grado di infettare sia gli animali che gli esseri umani.
I virus sono circa 100 volte più piccoli di una cellula, avendo un diametro variabile fra 18 e 600 nanometri. Essi hanno una struttura formata da una capsula proteica esterna (capside) avvolta o meno in una membrana lipidica, contenente il genoma del virus che è rappresentato da DNA (acido desossiribonucleico) o da RNA (acido ribonucleico).
Il Coronavirus
I coronavirus sono noti da molto tempo come patogeni di animali e dell’uomo. Essi sono virus zoonotici, cioè si trasmettono dall’animale all’uomo. Nell’ambito medico tale patogeno era considerato responsabile di patologie di scarso rilievo clinico, ma, in realtà, la popolazione mondiale ha vissuto epidemie causate da coronavirus.
Classificazione
La famiglia Coronaviridae include due generi Coronavirus e Torovirus che presentano differenze sia morfologiche che genetiche.
I Torovirus sono virus a trasmissione oro-fecale, frequentemente causa di gastroenterite in bovini ed equini.
I Coronavirus umani, conosciuti ad oggi e comuni in tutto il mondo, sono sette, alcuni identificati nella prima metà degli anni Sessanta, altri identificati nel nuovo millennio:
Coronavirus umani emergenti
5) SARS-CoV (betacoronavirus causa della Severe Acute Respiratory Syndrome)
6) MERS-CoV (betacoronavirus causa della Middle East Respiratory Syndrome)
7) SARS-CoV-2 (betacoronavirus causa della COVID-19)
Tali virus sono molto più diffusi e infettano, oltre l’uomo, molte specie animali: polli, tacchini, pipistrelli e altre specie aviarie selvatiche, roditori, felini, cani, bovini, equini, suini. In taluni animali i Coronavirus si associano a sindromi respiratorie (alte e basse vie aeree), sindromi enteriche (gastroenteriti), epatite, encefalite e, nei casi più gravi, sindrome multiorgano (infezione respiratoria-enterica più pleurite, pancreatite, peritonite, miocardite, nefrite ed encefalite).
Nel 2003 vennero identificati nella Cina centro-meridionale casi di sindrome respiratoria acuta severa (Severe Acute Respiratory Syndrome; SARS). Inizialmente l’agente eziologico era ignoto, anche se venne immediatamente sospettata una causa virale. Quando si osservò che l’epidemia si stava allargando sia ai Paesi confinanti con la Cina sia a nazioni lontane come il Canada, l’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) coordinò il lavoro di molti centri di virologia per identificare l’agente infettante che venne riconosciuto in un Coronavirus precedentemente sconosciuto (SARS Coronavirus; SARS-CoV). Complessivamente nel 2003 si sono registrati 8.096 casi virologicamente accertati di SARS in un totale di 27 Paesi, con 774 decessi (mortalità di poco inferiore al 10%).
Nel giugno 2012 in Arabia Saudita, a distanza di 10 anni dall’insorgenza dell’epidemia di SARS, un uomo morì a seguito di una grave patologia respiratoria acuta ed insufficienza renale. Dal liquido di lavaggio bronco-alveolare è stato isolato un nuovo Coronavirus, diverso da SARS-CoV, che venne denominato Middle East Respiratory Syndrome (MERS) Coronavirus (MERS-CoV). Nuovi casi sono stati registrati nel 2014 e nel 2015 e l’infezione si diffuse successivamente anche a Paesi lontani, attraverso viaggi di soggetti infetti. Nel 2015 in Corea del Sud una singola persona, di ritorno dall’Arabia Saudita, generò un’epidemia con 186 casi complessivi. Fino all’aprile 2016 si sono registrati 1.728 casi accertati di MERS con 624 decessi (mortalità 35% circa).
Diversi Studi hanno dimostrato che la Sars-Cov è stata trasmessa dallo zimbetto all’uomo e che la Mers-Cov dai dromedari all’uomo.
Struttura del Coronavirus
I Coronavirus appaiono rotondeggianti, di 100-150 nanometri di diametro.
Tale virus deve il suo nome alla caratteristica forma a corona che gli è conferita dalle proteine presenti sull’involucro esterno, note come spikes (spine).
I coronavirus sono virus pleiomorfi, provvisti di envelope, chiamato pericapside.
Il Pericapside: è un involucro fosfolipidico con proiezioni distanziate (aculei o peplomeri) a forma di clava o di petalo (aspetto a “corona solare”) e contiene la glicoproteina transmembrana M, la glicoproteina S (spike) e la proteina E (envelope):
- la glicoproteina transmembrana M (E1, 20-30 kDa) è incastonata nel doppio strato fosfolipidico dell’involucro;
- la glicoproteina S (spike) (E2,180-200 kDa) forma peplomeri;
- la proteina E è unapiccola proteina dell’envelope (9-12KDa).
La membrana pericapsidica ricopre un nucleocapside flessibile che contiene il menoma + monomeri di proteina N Il nucleocaspide appare elicoidale con un diametro pari a 9-10 nanometri. Al suo interno la proteina N(50-60 KDa) è una fosfoproteina nucleocapsidicafosforilata che stabilizza l’RNA.
I coronavirus contengono una molecola di RNA a singolo filamento, a polarità positiva, provvista di un cap all’estremità 5′, di taglia variabile tra 26 e 32 kb.
- – È il più lungo di tutti gli RNA virali
- – Replica con elevata frequenza di ricombinazioni (Alta Variabilità Genetica)
L’RNA virale include almeno 6 ORFs (open reading frames); il primo ORF (ORF a/b) occupa circa 2/3 dell’intero genoma e codifica proteine coinvolte nel processo replicativo. Ciò avviene attraverso la traduzione di una singola poliproteina che viene processata sia da una proteasi virale (detta main protease) sia da una o due (dipende dai tipi di coronavirus) papain-like proteases. Il risultato è la disponibilità di 15 o 16 proteine non strutturali (non-structural proteins, NSP).
La rimanente parte del genoma codifica quattro proteine strutturali: la proteina S (spyke), proteina E (envelope), proteina M (membrana), proteina N (nucleocapside) (fig. 53.2). Tra queste proteine vi sono da 1 a 8 geni codificanti proteine accessorie diverse, in relazione al ceppo virale.
La proteina N è importante per l’incapsidazione dell’RNA virale e agisce da antagonista dell’interferone (IFN).
La proteina E è una piccola proteina con ruoli nella morfogenesi, nell’assemblaggio e nella gemmazione virale. In assenza di proteina E il rilascio del virus è inibito totalmente o parzialmente. Questa proteina, inoltre, possiede attività di canale ionico, richiesta per l’ottimale replicazione del virus.
La proteina S è coinvolta nell’interazione con il recettore cellulare nella fase di entry del virus.
La replicazione dei Coronavirus si sviluppa in particolari vescicole del reticolo endoplasmatico (double membrane vesicles; DMVs) alla formazione delle quali contribuiscono alcune proteine non strutturali del virus. La replicazione è molto lenta se confrontata con altri tipi di virus: 24 ore: il triplo del tempo dell’influenza che è pari a 6-8 ore.
Le spikes del Coronavirus permettono al virus di infettare le cellule umane, in quanto dotate di una sorta di uncino molecolare (RBD=Receptor Binding Domain), con cui si legano al recettore Ace2. È questo un importante regolatore della pressione arteriosa che è espresso in maggior misura a livello polmonare ed anche sulle cellule epiteliali dell’intestino tenue. Ciò potrebbe spiegare la possibile trasmissione oro-fecale del virus oltre a quella respiratoria.
Per penetrare nelle cellule il virus sfrutta anche il recettore dell’acido sialico che è presente nei tessuti delle alte vie respiratorie.
Letture consigliate
- Virologia. Dulbecco R., Ginsberg H.S. Piccin, 1985: 1352-55.
- Microbiologia Medica. Coronoviridae. Clementi M. CEA, 2017: Cap.53: 224-233.
- Coronavirus CoVId-19. Aspetti epidemiologici e Clinici. Belli R. LILT Ed.2020.
ICONOGRAFIA
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