SARS-CoV2, STRUTTURA E REPLICAZIONE

I VIRUS
Un virus è un elemento biologico infettivo, costituito da materiale genetico e proteine, capace di replicarsi (cioè produrre copie di se stesso) solo se sfrutta il macchinario metabolico della cellula che ha infettato (è un parassita endocellulare obbligato).

Il virus è di difficile classificazione poiché ha caratteristiche proprie sia dei viventi che dei non-viventi, sebbene non sia generalmente considerato un organismo vivente.

Caratteristiche vitali del virus: 

• alto tasso di riproduzione, ma solo all’interno dell’ospite;  
• capacità di mutare.

Caratteristiche non vitali del virus: 

• è acellulare, ovvero non contiene citoplasma o organelli cellulari; 
• non cresce e non si divide, ovvero non ha metabolismo attivo e non può riprodursi da solo, ha bisogno per entrambi dell’ospite; 
• possiede o DNA o RNA, non entrambi (quasi sempre), mentre tutte le cellule possiedono entrambi.

I virus possono infettare: le cellule batteriche (procariotiche) oppure le cellule di funghi, piante e animali (eucariotiche), e persino altri virus.

Poiché i virus non sono cellule, la loro struttura è molto semplice:

• materiale genetico (o genoma), che può essere DNA o RNA, singolo o frammentato, lineare o circolare, e che contiene le istruzioni per la sintesi dei componenti virali e gli enzimi necessari alla replicazione;
• capside, una protezione proteica che avvolge il genoma, composta da subunità di proteine identiche (capsomeri), che ne permette l’entrata nella cellula ospite;
• talvolta da un envelope, un ulteriore involucro formato da lipidi (grassi) e proteine.

In base ai componenti strutturali, i virus si differenziano in virus «nudi» e virus «rivestiti» o «con envelope» (Fig.1).

Fig.1 – A) Virus nudo. Formato solo da genoma e capside, che insieme sono chiamati nucleocapside. B) Virus con envelope. Formato da nucleocapside ed envelope

SARS-CoV2

SARS-CoV2 (Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2) è un nuovo virus in grado di infettare la specie umana, identificato a dicembre 2019 a Whuan (in Cina).

Appartiene al genere Coronavirus (CoV), del quale fanno parte diversi altri virus in grado di causare sindromi respiratorie di lieve entità (come il comune raffreddore) oppure, più raramente, sindromi respiratorie severe. Il nuovo virus produce la malattia denominata Coronavirus Disease 2019, COVID-19 [1-4] - "CO" sta per corona, "VI" per virus, "D" per disease (termine inglese per «malattia») e "19" l'anno in cui si è manifestata.

SARS-CoV2 ha forma sferica, diametro di circa 125 nanometri (nm) e, dall’interno all’esterno, è costituito da:

❑     nucleocapside, formato a sua volta da:

▪     materiale genetico, ovvero un singolo filamento positivo di RNA;

▪     proteina N, che si trova associata all’RNA per renderlo più stabile;

❑     envelope, a sua volta formato da:

▪    un doppio strato lipidico (ovvero grassi);

▪ le glicoproteine S (Spike), proteine associate a zuccheri, che fuoriescono dall’envelope e attraverso le quali avviene l’attacco alla cellula ospite;

▪    le proteine emoagglutinina-esterasi, che favoriscono l’adesione e l’ingresso del virus nella cellula ospite;

▪   le proteine M, la cui funzione è di interagire con il nucleocapside e consentire l’assemblaggio delle componenti del virus prodotte all’interno della cellula ospite;

▪  le proteine E, partecipano con le proteine M all’assemblaggio del virus ma svolgono anche altre funzioni, tra cui partecipare al rilascio del virus dalla cellula [3].

(i diversi componenti molecolari in elenco sono scritti con gli stessi colori con cui sono rappresentati in Fig.2).

Fig.2 – Struttura di SARS-CoV2. Tratta e adattata da: https://www.scientificanimations.com/wp-content/uploads/2020/01/3D-medical-animation-coronavirus-structure.jpg

CICLO REPLICATIVO DEI CORONAVIRUS

I cicli replicativi dei diversi tipi di virus esistenti constano delle stesse fasi, che differiscono però per i meccanismi con cui avvengono. Tali differenze sono dovute alla presenza o assenza dell’envelope e al tipo di genoma. Nella figura sottostante sono indicati i diversi tipi di materiale genetico virale.

I Coronavirus sono virus con envelope e genoma a ssRNA+. In Fig.3 è riportato il loro ciclo replicativo, che consta delle seguenti fasi:

Assorbimento nell’ospite

Sulla superficie esterna del virus, le glicoproteine S riconoscono e legano i recettori di membrana presenti sulla cellula ospite, mentre le proteine emoagglutinina-esterasi del virus aiutano l’attacco.

Penetrazione cellulare

Non è ancora chiaro quale sia il meccanismo con il quale SARS-CoV2 penetra nella cellula ospite. Infatti, i virus con envelope posso andare incontro a:

1. fusione dell'envelope con la membrana dell'ospite e rilascio al suo interno del nucleocapside;
2. endocitosi: penetrazione del virus tramite invaginazione della membrana dell'ospite che crea una "bolla" interna contenente il virione (vescicola).

Una volta nella cellula, il genoma virale si libera dalla particella infettiva.

Replicazione del genoma e sintesi delle proteine

Il genoma virale dirige i macchinari cellulari dell’ospite per sintetizzare i propri  enzimi e le sue diverse parti. Il primo passo è la replicazione del genoma virale in un gran numero di copie per mezzo delll’enzima virale RNApolimerasi RNA-dipendente, che copia l’ssRNA + del virus producendo un ssRNA - e poi da questo produce il genoma virale ssRNA +.

Nella fase successiva, usando il filamento ssRNA + creato e i ribosomi della cellula, si producono le proteine virali strutturali (capsomeri più proteine dell’envelope) e gli enzimi responsabili della maturazione dei virus in virioni. Le proteine virali vengono poi indirizzate verso il materiale genetico virale in attiva replicazione e in alcune zone della membrana plasmatica dell’ospite dove si preparerà l’envelope.

Assemblaggio e rilascio del virus

Terminata la produzione dei componenti virali, si assemblano i nucleocapsidi che vengono infine rilasciati per esocitosi dalla cellula, pronti ad infettare altre cellule.

Fig.3 – A) Ciclo replicativo virale. B) Replicazione del genoma e sintesi delle proteine

REFERENZE

1. Zhou P, Yang XL, Wang XG, Hu B, Zhang L, Zhang W, Si HR, Zhu Y, Li B, Huang CL, Chen HD, Chen J, Luo Y, Guo H, Jiang RD, Liu MQ, Chen Y, Shen XR, Wang X, Zheng XS, Zhao K, Chen QJ, Deng F, Liu LL, Yan B, Zhan FX, Wang YY, Xiao GF, Shi ZL. A pneumonia outbreakassociated with a new coronavirus of probablebatorigin. Nature. 2020; 579(7798):270-273. doi: 10.1038/s41586-020-2012-7.
2. Liu Z, Xiao X, Wei X, Li J, Yang J, Tan H, Zhu J, Zhang Q, Wu J, Liu L. Composition and divergence of coronavirus spikeproteins and host ACE2 receptors predictpotential intermediate hosts of SARS-CoV-2. J MedVirol. 2020.
3. Ashour HM, Elkhatib WF, Rahman MM, Elshabrawy HA. Insights into the Recent 2019 Novel Coronavirus (SARS-CoV-2) in Light of Past Human Coronavirus Outbreaks. Pathogens. 2020; 4;9(3). pii:E186.
4. Fisher D, Heymann D. Q&A: The novel coronavirus outbreakcausing COVID-19. BMC Med. 2020;18(1):57.