I Virus

1. I Virus Francesca Doniselli II H – L.G.S. C. Beccaria – Milano a.s. 2009/2010

2. I V I R U S Principali famiglie di virus animali I virus al microscopio Bibliografia Siti web - Testi I virus batterici Siti web - Foto Caratteristiche principali dei virus Lotta contro le infezioni virali Poliomielite I virus vegetali Approfondimento 1 I vaccini Struttura generale dei virus I virus animali Approfondimento 2 Tipi di vaccino Fasi della replicazione virale Approfondimento 3 Vaccinazione Esiti di una infezione virale Approfondimento 4 Trasmissione dei virus

3. . Il termine deriva dal latino virus, veleno Sono entità biologiche submicroscopiche strettamente . collegate alle cellule viventi e potenzialmente patogene . I V I R U S Sono visibili solo al microscopio elettronico . Sono responsabili di malattie in organismi appartenenti a tutti i regni biologici . Si suddividono in virus animali, virus vegetali e virus batterici (batteriofagi) Particelle virali del morbillo rilasciate da una cellula ingrandite più di 41.000 volte

4. I virus al microscopio I virioni sono troppo piccoli per essere visibili al microscopio ottico. In seguito alla scoperta del microscopio elettronico e all’introduzione di particolari tecniche di colorazione e di contrasto è stato possibile effettuare l’analisi morfologica dei virus Le dimensioni dei virus partono da circa 10 nm, i più grandi possono raggiungere i 450 nm e il mimivirus i 750-800 nm Virus dell’influenza H1N1 Mimivirus Virus di Epstein-Barr Virus della varicella

5. Virus Batterici I virus che attaccano i batteri sono chiamati batteriofagi Batteriofago T4 Un'alternativa agli antibiotici Sono in corso degli studi per utilizzare i batteriofagi, modificati con l’ingegneria genetica, per combattere le infezioni batteriche, sempre più spesso caratterizzate da resistenza agli antibiotici Il batteriofago T4 attacca un batterio di Escherichia coli Il batteriofago è costituito da una molecola di DNA avvolta in una struttura proteica. Le gambe del fago si flettono al contatto con la superficie cellulare. La coda è un bastoncino cavo avvolto in una guaina. Quando le gambe si flettono la coda fa una puntura nella membrana cellulare e il DNA virale, dalla testa del virus, viene iniettato dentro la cellula. Ciascun fago è alto 200 nm (0,0002 mm) Non esiste un gruppo di batteri coltivabili in cui non siano ancora stati scoperti batteriofagi.

6. Virus Vegetali I virus sono secondi soltanto ai funghi nel provocare malattie alle piante I virus vegetali possono arrestare la crescita delle piante o causare danni al raccolto Le malattie virali delle patate, fave, tabacco barbabietole, canna da zucchero, cacao e alberi da frutto rappresentano i problemi più importanti della patologia vegetale Le piante floreali ospitano molti tipi di virus La screziatura dei tulipani è dovuta ad un virus trasmesso dagli afidi Per molte malattie provocate dai virus vegetali non esiste cura. Grazie all’ingegneria genetica sono state ottenute varietà di zucchina, pomodoro, melone che risultano resistenti al virus del mosaico del tabacco che attacca un gran numero di piante da raccolto Virioni di virus del mosaico del tabacco I virus del mosaico del tabacco sono state le prime formazioni virali ad essere osservate dall'uomo nel 1892, ad opera dello scienziato russo Dmitrij Iosifovic Ivanovskij Struttura del virione del virus del mosaico del tabacco Modello al computer

7. Virus Animali Gli unici invertebrati in cui sono state rilevate, per ora, malattie virali sono gli insetti (baco da seta) Virus Ebola. Modello al computer Tra i vertebrati sono state messe in evidenza malattie dei pesci (linfocistosi, tumori infettivi) e negli anfibi (tumore renale della rana di origine virale), negli uccelli (malattia di Newcastle e la laringotracheite) Virus dell’Aids. Uscita per gemmazione del virione dalla cellula infetta I virus possono mutare dando origine a nuove malattie virali. Nei virus a RNA durante la replicazione dei genomi possono avvenire degli errori; i virus a DNA sono invece più stabili. I nuovi ceppi virali possono colpire anche individui che hanno già sviluppato anticorpi contro il virus originale (come i virus influenzali) L’HIV virus dell’AIDS è un Retrovirus. Nella cellula, usa il suo RNA come stampo per produrre DNA. Il nuovo DNA viene integrato nel genoma della cellula ospitante, dove può rimanere silente per periodi di tempo molto variabili Nei mammiferi le malattie virali colpiscono gli animali domestici e gli animali selvatici. Le malattie virali dell'uomo, come AIDS, febbre gialla, poliomielite, influenza, rosolia, rabbia, encefalite, rappresentano i più diffusi problemi epidemiologici La pelle dei mammiferi è impermeabile ai virus Nuove malattie virali emergono anche da virus che passano da una specie all’altra come l’influenza aviaria o l’i. suina Gli antibiotici non funzionano contro i virus: questi farmaci uccidono i batteri aggredendo le loro pareti cellulari, ma i virus non sono costituiti da cellule

8. Caratteristiche principali dei virus • I VIRUS SONO PRIVI DI ATTIVITA’ METABOLICA -sono incapaci di crescere e di riprodursi; - non possiedono un sistema per l’utilizzazione dell’energia; - i più semplici non hanno alcuna attività enzimatica • I VIRUS, PER MOLTIPLICARSI, NECESSITANO DI CELLULE VIVENTI sono considerati parassiti obbligati che a differenza degli altri parassiti, esplicano la loro attività a livello genetico. I virus differiscono dagli altri agenti patogeni per il fatto che non possono essere coltivati su terreni di coltura sintetici, ma richiedono per lo sviluppo e riproduzione, il contatto con cellule viventi sia in vitro (colture di tessuti o di cellule) sia in vivo (esseri viventi, uova embrionate di pollo). • I VIRUS TRASMETTONO IL PROPRIO CODICE GENETICO I virus contengono acido nucleico, DNA o RNA, che ne costituisce il genoma e che si replica all’interno della cellula ospite. Virus dell’influenza H1N1 Modello al computer

9. Struttura generale dei virus I componenti di tutte le particelle virali sono: l’acido nucleico e un rivestimento proteico detto capside: l’insieme costituisce il nucleocapside. Alcuni virioni hanno il nucleocapside racchiuso all’interno di un involucro membranoso (pericapside). Spesso dall’involucro membranoso sporgono delle protuberanze esterne (peplomeri). Acido nucleico: contiene una molecola di DNA o una o due molecole di RNA. Svolge la funzione di depositario del codice genetico del virus. Capside: è un involucro costituito da proteine (capsomeri), uguali o diverse tra loro, che formano una struttura atta a contenere e proteggere il materiale genetico e ad introdurlo nella cellula ospite. Pericapside: o envelope è una membrana lipoproteica. Peplomeri: protuberanze esterne a forma di bastoncinoo di fungo. Rappresentazione schematica di un virus dell’influenza

10. Fasi della replicazione virale Adsorbimento: attacco del virus alla membrana della cellula. Penetrazione: il virus entra nella cellula. Esposizionedell’acido nucleico: il virus viene privato del capside liberando quindi l’acido nucleico. Sintesidel genoma e delle proteine virali: - Trascrizione dell’informazione genica in RNA messaggero. - Traduzione dei messaggeri virali. - Replicazione del genoma virale. Assemblaggio: i nuovi genomi e le nuove proteine vengono assemblate per la formazione dei nuovi virioni. Liberazione dalla cellula ospite: - per lisi cellulare (morte della cellula ospite) per i virus privi di rivestimento; - per gemmazione per i virus con rivestimento: la cellula ospite non viene uccisa e continua a produrre virus per lungo tempo. Rappresentazione schematica di un virus a DNA e di un virus a RNA

11. Trasmissione dei virus VERTICALE (da madre in figlio) ORIZZONTALE Transplacentare (in utero) Aids, Rosolia, Citomegalovirus DIRETTA INDIRETTA morsi (rabbia), contatto saliva (raffreddore, influenza) rapporti sessuali (Aids, Papillomavirus, Herpesvirus), trasfusioni e trapianti (Aids, Epatite b) VEICOLO INANIMATO oggetti contaminati (Aids), sostanze contaminate (epatite A) Perinatale (al parto) Herpesvirus, Aids, Epatite B Neonatale (allattamento) Aids, Epatite B VEICOLO ANIMATO punture di insetto (febbre gialla) Nello sfondo: virus dell’Aids

12. Esiti di una infezione virale Contatto tra virus e cellula ospite Infezione produttiva produzione di progenie virale Infezione non produttiva non è prodotta la progenie virale Infezione acuta la cellula muore; produzione di numerosi virioni; breve periodo di incubazione (es. influenza) Infezione cronica la cellula non muore produzione di un numero limitato di virioni Il genoma virale persiste nella cellula Perdita del genoma virale Infezione latente non si ha malattia conclamata, il virus non viene eradicato Trasformazione in cellule tumorali Infezioni virali lente la malattia si manifesta dopo lunghi periodi (es. PESS, malattia di Creutzfeldt-Jacob) Infezione latente occulta cicli di inattività e riattività di un’infezione (es. herpes simplex, herpes zoster) Infezione persistente (es. epatite B) Nello sfondo: virus della rabbia

13. Lotta contro le infezioni virali Bonifica dell’ambiente Immunoprofilassi attiva Immunoprofilassi passiva Somministrazione di farmaci antivirali Contaminazione fecale dell’ambiente: depurazione dei liquami Vaccinazione Somministrazione di immunoglobuline (anticorpi) Trattamento delle infezioni da: Virus influenzali, HIV,HBV (epatite b), Herpesvirus In caso di immunodeficienze o se il vaccino non è disponibile Presenza di insetti ematofagi: disinfestazione Durata della protezione: 1-2 mesi Zanzara femmina Aedes aegypti trasmette la febbre gialla Virus della Febbre gialla Virus dell’Epatite B

14. Lotta contro le infezioni virali L’unico modo per per prevenire e combattere le malattie virali è la vaccinazione I vaccini sono costituiti da antigeni privi di tossicità che vengono iniettati o ingeriti per stimolare le difese specifiche contro un particolare microrganismo I VACCINI Antigene: qualunque sostanza che, venendo a contatto con un organismo, è in grado di stimolare in questo la produzione di anticorpi specifici e di scatenare una risposta del sistema immunitario Il vaccino deve essere un preparato che non ha patogenicità ma che conserva gli antigenici che inducono protezione I vaccini contengono, oltre agli antigeni, anche sostanze aggiunte, additivi, per migliorare la stabilità e la conservazione (es. albumina, antibiotici, antisettici). Possono contenere altre sostanze aggiunte, adiuvanti, per rendere più valida la risposta immunitaria (es. idrossido d'alluminio, fosfato di alluminio Virus dell’Epatite B al microscopio elettronico. Le sfere più grandi sono le particelle virali complete Le sfere più piccole sono gli antigeni di superficie (HBsAg). L'HBsAg è contenuto nel vaccino HBV e induce una risposta anticorpale protettiva

15. Lotta contro le infezioni virali Vaccini vivi attenuati resi meno virulenti crescendo in coltura o in animali da esperimento. Vaccini contro poliomielite, morbillo, parotite, rosolia. Vaccino antipolio Sabin Vaccini uccisi (inattivati) batteri e virus sono introdotti nell'organismo già uccisi, non più in grado di causare malattia ma ancora sufficienti a stimolare la produzione di anticorpi. Vaccino antipolio Salk Tipi di vaccino Vaccini batterici (tossoidi) si utilizzano le sostanze tossiche prodotte dai microrganismi che vengono inattivate prima dell'introduzione nell’organismo. Vaccino antitetanico e antidifterico Vaccini polisaccaridi si utilizzano componenti della superficie dei virus o della capsula esterna dei batteri. Vaccino contro la polmonite causata dal batterio Streptococcus pneumoniae; contro la meningite infantile causata dal batterio Haemophilus influenzae b.; contro la meningite da Neisseria meningitidis Vaccini contro le malattie batteriche: Difterite; Tetano; Pertosse; Haemophilus influenzae tipo B; Pneumococco; Meningococco C; Febbre tifoide Vaccini contro le malattie virali: Poliomielite; Morbillo, Rosolia, Varicella; Epatite A; Epatite B; Influenza; Rotavirus; Febbre gialla; Colera Vaccini DNA ricombinanti è la tecnica seguita per la produzione dei vaccini antiepatite B e antipertosse attualmente in uso

16. Lotta contro le infezioni virali VACCINAZIONE Problemi Obiettivo Sicurezza Efficacia Immunità verso una malattia Nei vaccini di virus vivi: possibile mutazione di ceppi di vaccino debolmente virulenti verso una maggiore virulenza Mancanza di corrispondenza tra livello di anticorpi e immunità Riduzione del numero di malati in una nazione Nei vaccini uccisi: accertare l’assenza di virus vivi dopo trattamenti inattivanti Eliminazione della malattia in una nazione Risposta immunitaria debole Possibile presenza di batteri e virus estranei Possibili effetti dannosi di alcune sostanze aggiunte ai vaccini, in particolare i conservanti a base di mercurio Eliminazione della malattia a livello mondiale (eradicazione es. il vaiolo) Effetti collaterali: febbre, infiammazioni, reazioni allergiche, shock anafilattico

17. La poliomielite è una malattia infettiva causata da poliovirus appartenenti al genere Enterovirus, famiglia Picornavirus  Approfondimento – 1Poliomielite dal greco πολιός, grigio e μυελός, midollo È causata da 3 tipi di poliovirus, 1, 2 e 3 Il poliovirus si trasmette da uomo a uomo, soprattutto per ingestione di cibo e acqua contaminati dal virus emesso con le feci delle persone infette. Il contagio può avvenire anche tramite la saliva nei primi giorni di infezione La circolazione del virus è notevole dove le condizioni igienico sanitarie sono scarse. Il periodo di incubazione varia da 5 a 35 giorni (in media bastano 7-14 giorni) Particelle di Poliovirus in basso: particella di Poliovirus modello al computer Nei casi più lievi si osservano febbre, mal di testa, mal di gola, mal di stomaco. I casi più gravi di polio causano dapprima forte dolore muscolare e successivamente paralisi con a volte l'immobilità di gambe o braccia o, peggio, della gabbia toracica con la conseguente impossibilità di respirare senza l'aiuto di una macchina. I virus penetrano nell'organismo per via orale, si moltiplicano nell'intestino, si diffondono nel sangue, si localizzano nel tessuto nervoso, in particolare nel midollo spinale, provocando delle paralisi irreversibili in vari distretti muscolari (arti, muscoli respiratori, ecc.) Sintomi iniziali della malattia sono febbre, stanchezza, vomito, irrigidimento del collo e dolori agli arti La maggior parte delle persone infettate non manifesta alcun sintomo (forma inapparente). Queste persone tuttavia diventano un veicolo di contagio importante in quanto eliminano i poliovirus attraverso le feci.

18. Approfondimento – 2 Poliomielite Non esistono cure per la poliomielite. La terapia è solo sintomatica. Nelle forme non paralitiche è necessario solo riposo a letto per diversi giorni e possono essere eventualmente utilizzati dei farmaci analgesici e antipiretici Il virus può colpire a tutte le età, ma i più esposti sono i bambini sotto i 5 anni Esistono nel mondo due tipi di vaccino antipolio: il "Sabin" e il "Salk", dal nome degli studiosi che li hanno messi a punto L’unica possibilità per evitare la malattia è rappresentata dalla prevenzione attraverso la vaccinazione Il vaccino Sabin (OPV) è costituito da virus vivi, modificati in modo da non provocare la malattia, ma capaci di stimolare la produzione di anticorpi. Viene somministrato per bocca. Raramente, può provocare la polio post-vaccino alla prima dose Il vaccino Salk (IPV) contiene il virus ucciso e viene somministrato attraverso un'iniezione per via intramuscolare o sottocutanea. Non dà effetti collaterali gravi Scultura egizia del tempio di Astarte a Menfi, risalente al 1500 a.C. documenta un probabile caso di poliomielite Dal 2002 in Italia viene usato il vaccino Salk in tutte e quattro le dosi previste dal calendario di vaccinazione infantile: tre dosi di vaccino, da praticare entro il primo anno di vita del bambino e la quarta dose di richiamo negli anni successivi

19. Approfondimento – 3 Poliomielite In Italia la vaccinazione è obbligatoria dal 1966 L’ultimo caso si è registrato nel 1982 Attualmente la malattia è scomparsa Dal 2002 l'Europa è stata dichiarata dall’OMS libera da polio La poliomielite rimane, ancora oggi, presente in alcuni paesi del mondo (Nigeria, India, Pakistan, Afghanistan) La poliomielite è una malattia eradicabile perché non esistono vettori animali o portatori cronici che possano perpetuare i virus selvaggi Eradicazione: eliminazione dei casi clinici ed eliminazione degli agenti patogeni che causano una malattia Particelle di Poliovirus Lanciata nel 1988, l’Iniziativa Mondiale per l‘Eradicazione della Poliomielite è guidata da Oms, Rotary International, Cdc, Unicef. Nei primi vent’anni di attività, il numero di casi di poliomielite è diminuito di oltre il 99%. Nel 2007, sono stati vaccinati oltre 400 milioni di bambini in 27 differenti Paesi Gli obiettivi del programma per l’eradicazione mondiale della poliomielite prevedono: alti livelli di immunizzazione della popolazione; programmazione di giornate di immunizzazione di massa, interventi vaccinali specifici in zone con focolai epidemici; sorveglianza della paralisi flaccida Global Polio Eradication Initiative - www.polioeradication.org

20. Approfondimento – 4 Poliomielite Incidenza della poliomielite in Italia Casi Casi Decessi 1936 - 2000 Migliaia 1957/ 58 cominciano le prime campagne di vaccinazione con IPV 1959 raccomandazioni per l’offerta universale della vaccinazione antipolio alle persone da 0 a 20 anni 1964 OPV sostituisce IPV; continuano le campagne vaccinali di massa rivolte alla popolazione da 0 a 20 anni 1966 la vaccinazione antipolio diviene obbligatoria (L. n. 51/66) 1983/84 raccomandazioni per l’uso di IPV negli immuno- compromessi ed in altre persone a rischio 1999 introduzione della schedula vaccinale seq.le IPV-OPV 2002 passaggio a vaccinazione con solo IPV Anni

21. PRINCIPALI FAMIGLIE DI VIRUS ANIMALI ED ESEMPI DI MALATTIE

22. BIBLIOGRAFIA Grande Enciclopedia, Istituto Geografico Agostini Novara Polsinelli; de Felice; Galizzi; Galli; Mastromei; Mazza; Viale, Microbiologia, Bollati Boringhieri Editore, Torino, 1993 Dulbecco, Renato; Ginsberg, Harold S., Virologia, Zanichelli Editore, Bologna, 1993 Claybourne, Anna, Introduzione a Geni e DNA, Edizioni Usborne, Londra, 2003 Rogers, Kristeen, Guida completa al microscopio, Edizioni Usborne, Londra, 2007 Slyers, Abigail A.; Whitt, Dixie D., Microbiologia, Zanichelli Editore, Bologna, 2002 Campbell, Neil A.;Reece, Jane B.; Simon, Eric J., L’essenziale di biologia, Pearson Paravia Brumo Mondadori Editore, 2008 Luria, Salvator E.; Darnell, James E. Jr., Virologia Generale, Nicola Zanichelli SpA, Bologna, 1970 SITI WEB • - Articolo batteriofago, http://www.molecularlab.it/news/view.asp?n=1458 • - Vaccini, http://www.epicentro.iss.it/problemi/vaccinazioni/vaccinazioni.asp • Sicurezza vaccinazioni nei bambini, http://www.ministerosalute.it/dettaglio/phPrimoPiano.jsp?id=66 • Poliomielite, http://www.saninforma.it/Sezione.jsp?idSezione=10626&idSezioneRif=523 • Poliomielite, http://www.mammaepapa.it/salute/p.asp?nfile=sf_vacc_polio • Poliomielite, http://www.epicentro.iss.it/problemi/polio/epid.asp • Mimivirus, http://scienze.zanichelli.it/notizie/2009/05/23/mimivirus-il-gigante-dei-virus • Mimivirus, http://it.wikipedia.org/wiki/Mimivirus • Virus Ebola, http://it.wikipedia.org/wiki/Ebola

23. SITI WEB - FOTO • -Foto virus (Biologia), http://it.encarta.msn.com/encyclopedia_761575740_2/Virus_%28biologia%29.html • -Foto virus H1N1, http://www.donnamoderna.com/starbene/articolo/starbene/il-virus-a-h1n1-in-tempo-reale.html • -Foto virus H1N1 (i virus al microscopio), • http://www.100bimbi.it/index.php?/categories/1-Salute-e-Benessere • -Foto poliovirus (approfondimento 1), • http://www.pforster.ch/CSAPics/PicsInfectSpl/polio_viruses_SPL.jpg • -Foto poliovirus (modello al computer), http://www.sciencephoto.com/images/imagePopUpDetails.html?pop=1&id=770501248&pviewid=&country=205&search=poliovirus&matchtype=EXACT • -Foto Poliovirus (approfondimento 3), • http://www.sciencephoto.com/images/imagePopUpDetails.html?pop=1&id=770501139&pviewid=&country=205&search=poliovirus&matchtype=EXACT • -Zanzara Febbre gialla, http://www.sciencephoto.com/images/imagePopUpDetails.html?pop=1&id=903410053&pviewid=&country=205&search=yellow+AND+fever&matchtype=EXACT • -Scultura egizia poliomielite, • http://www.sciencephoto.com/images/imagePopUpDetails.html?pop=1&id=785320015&pviewid=&country=205&search=poliovirus&matchtype=EXACT • Stop polio, http://www.who.int/vaccines-polio/img/stoppolio.gif • Foto Epstein.Barr, http://www.sciencephoto.com/images/imagePopUpDetails.html?pop=1&id=770500500&pviewid=&country=205&search=virus&matchtype=EXACT • Epatite B e antigeni, http://www.sciencephoto.com/images/imagePopUpDetails.html?pop=1&id=770560078&pviewid=&country=205&search=virus&matchtype=EXACT • -Virus del tabacco • http://www.sciencephoto.com/images/imagePopUpDetails.html?pop=1&id=770800084&pviewid=&country=205&search=mosaic+AND+virus&matchtype=EXACT • -Struttura virus del tabacco • http://www.sciencephoto.com/images/imagePopUpDetails.html?pop=1&id=770800163&pviewid=&country=205&search=mosaic+AND+virus&matchtype=EXACT • Batteriofago T4 • http://www.sciencephoto.com/images/imagePopUpDetails.html?pop=1&id=770900075&pviewid=&country=205&search=bacteriophage&matchtype=EXACT • -Aids (gemmazione) • http://www.sciencephoto.com/images/imagePopUpDetails.html?pop=1&id=770500903&pviewid=&country=205&search=virus&matchtype=EXACT • -Virus Ebola • http://www.sciencephoto.com/images/imagePopUpDetails.html?pop=1&id=770501134&pviewid=&country=205&search=virus&matchtype=EXACT • Mimivirus • http://lescienze.espresso.repubblica.it/articolo/Analizzata_la_struttura_del_mimivirus/1313325