Cultura Scentifica

Il Virus e la Pandemia

Cosa sono i virus?

I virus si potrebbero considerare come microrganismi  dal momento che posseggono  un proprio corredo genetico (DNA o RNA). Tuttavia, essi non sono in grado di riprodursi in maniera autonoma ma solamente all’interno di una cellula ospite e, al di fuori di essa, potrebbero sopravvivere solo per un lasso di tempo limitato. Sono pertanto definiti “parassiti obbligati intracellulari” proprio perché, vivendo da parassiti per  moltiplicarsi, devono entrare nella cellula ospite e utilizzare l’apparato biosintetico di questa. I virus di distinguono dai batteri, i quali sono microrganismi unicellulari procarioti, di dimensioni più grandi dotati di tutte le caratteristiche degli esseri viventi. 

Come possiamo suddividere i virus?

I virus possono essere suddivisi in due grandi categorie, a seconda dell’organismo che infettano; possiamo distinguere tra:

a) I virus batterici.                                                                                                       I virus dei batteri o batteriòfagi o fagi sono virus che infettano esclusivamente i batteri e sfruttano il loro apparato biosintetico per effettuare la replicazione virale. Lo studio dei virus batterici è stato determinante per lo sviluppo della biologia e della genetica molecolare, due rami della biologia che indagano i meccanismi che regolano la vita a livello molecolare e di informazione genetica. Esistono due tipi di virus specifici per lo stesso batterio:                                                                               

1) il tipo virulento, il quale una volta infettata la cellula ospite ne provoca la sua distruzione o lisi, con conseguente aumento delle particelle fagiche.                                      

2) il tipo temperato, il quale oltre ad agire, in determinate condizioni, come quello virulento, ha anche la capacità di stabilire rapporti simbiotici con specifici ceppi batterici. Può cioè integrarsi nel cromosoma dell’ospite e replicarsi con esso. In questo caso il fago viene definito “profago” mentre il batterio che lo ospita viene definito batterio “lisogeno”.                                                                                                  

Il fago temperato più studiato è quello scoperto da Lederberg nel 1951 dal ceppo batterico Escherichia coli K12, chiamato fago Lambda. Esso è costituito da un involucro proteico poliedrico detto “testa” racchiudente acido nucleico e da un’appendice sottile cilindrica detta “coda”

Nella “testa” è contenuta l’intera sequenza genetica (DNA) a doppia elica del fago Lambda.  Nello stato di infezione, il fago si aggancia con la coda in punti precisi del batterio ed inietta all’interno della cellula ospite il suo DNA mentre la “testa” proteica resta fuori. Il genoma (DNA) fagico una volta penetrato nel batterio può seguire due differenti corsi: assumere cioè lo stato vegetativo (come nel caso del virus tipo virulento), oppure lo stato cosiddetto profagico, durante il quale si integra nel genoma batterico e si replica con esso.

b) I virus animali.

Attraverso gli studi di Dmitri Ivanovsky nel 1892 e quelli di Martinus Beijerinck nel 1898 fu scoperto il primo virus che infetta un organismo superiore, il virus del mosaico del tabacco. Successivamente, la scoperta dei virus batterici nel 1915 e i loro studi successivi a livello genetico e molecolare, sono stati determinanti per l’individuazione e comprensione dei virus degli eucarioti (funghi, animali, piante). I virus, quando non si trovano all’interno di una cellula infetta o in procinto di infettarne una, si trovano sotto forma di particelle indipendenti e inattive. Queste particelle virali, note anche come “virioni”, sono costituite da due o tre parti: (I) il materiale genetico costituito da DNA o RNA, lunghe molecole che trasportano le informazioni genetiche; (II) un rivestimento proteico, chiamato capside, che circonda e protegge il materiale genetico; e in alcuni casi (III) una sacca di lipidi che circonda il rivestimento proteico quando sono fuori dalla cellula. 

I Coronavirus.

I Coronavirus sono una vasta famiglia di virus animali contenenti materiale genetico costituito da RNA e  conosciuti per causare malattie che vanno dal comune raffreddore a malattie più gravi come la Sindrome respiratoria mediorientale (MERS) e la Sindrome respiratoria acuta grave (SARS). I Coronavirus sono stati identificati a metà degli anni ’60 e sono noti per infettare l’uomo e alcuni animali (inclusi uccelli e mammiferi). Le cellule bersaglio primarie sono quelle epiteliali del tratto respiratorio e gastrointestinale. La struttura del Coronavirus  è organizzata  all’interno  da un filamento di RNA, una molecola simile al DNA, che costituisce  il genoma. Intorno c’è un involucro proteico, il capside, circondato da due strati di molecole chiamate lipidi. Questa membrana esterna è cosparsa di proteine, alcune delle quali si presentano come gli aculei di un riccio di mare chiamate “spike” (aculeo) che si possono definire come delle ancore usate dal virus per agganciarsi a una proteina presente sulla superficie della cellula. Dopo l’aggancio il virus inietta il proprio materiale genetico, l’RNA, all’interno della cellula e inizia a riprodursi a spese della cellula stessa che viene poi distrutta. Dopo la distruzione (lisi) della cellula le nuove particelle virali sono pronte per infettare altre cellule.

La pandemia da virus

Si definisce pandemia una forma particolare di epidemia che, entro breve tempo, a causa del suo grado di contagiosità, si espande in vaste aree geografiche su scala planetaria, colpendo di conseguenza gran parte della popolazione mondiale. Diverse pandemie sono causate da virus che provocano malattie infettive che si trasmettono dagli animali agli uomini definite “zoonosi” attraverso il cosiddetto “salto di specie” o “spillover zoonotico”. I principali agenti virali responsabili di patologie nell’uomo sono:

  • I virus a DNA (Herpesvirus, Papillomavirus, Poxvirus, Adenovirus, Parvovirus, Hepadnavirus);
  • i virus a RNA (Enterovirus, Calicivirus, Flavivirus, Rinovirus, Paramyxovirus, Ortomyxovirus);
  •  i Retrovirus (HIV);
  •  i virus delle epatiti;
  • I virus oncogeni.
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Tra le più importanti Epidemie e Pandemie causate da virus possiamo ricordare: il Vaiolo, la Poliomielite, il  Morbillo, la Rosolia, l’Ebola, l’Influenza, la Sars, la Mers e la Sars-Cov-2 causa del Covid-19.

La pandemia Covid-19 del 2019.

In ogni evento calamitoso spesso, paradossalmente, i danni maggiori sono quelli prodotti da chi trasmette notizie, spesso inesatte o non vere, influenzando in tal modo la popolazione attraverso i media ed i social.

Conoscere la causa dell’evento calamitoso può aiutare a creare meno panico, in quanto si può avere una previsione della durata e della fine dell’evento stesso. Nel caso della pandemia causata dal Coronavirus, denominata Covid-19, si brancola nel buio sia per la mancanza di una adeguata organizzazione del sistema sanitario, in particolare in Italia, sia per la scarsa conoscenza della Biologia del Coronavirus o della Biologia dei virus in generale, sia per le informazioni allarmistiche divulgate dai giornali, in maniera spesso approssimativa o poco competente.

Nel caso delle epidemie o delle pandemie il rapido diffondersi della malattia, che spesso può causare anche la morte, può essere contrastato attivando una terapia farmacologica adeguata sui pazienti e cercando di isolare ed acquisire quante più informazioni possibili sull’agente infettante.

I moderni mezzi tecnologici, ed il livello avanzato della ricerca nel campo biochimico e in quello dell’ingegneria genetica, permettono ai nostri giorni di avere conoscenza con rapidità dell’agente infettante, sia esso un virus o un batterio.

Così è stato anche per l’attuale pandemia Covid-19, nel corso della quale è stato possibile isolare in breve tempo il virus denominato SARS-CoV-2, osservarlo al microscopio elettronico e conoscerne anche la sequenza nucleotidica (la sequenza dell’RNA). Al momento gli scienziati stanno cercando di identificare la fonte dell’infezione. Ad oggi, l’origine di SARS-CoV-2, il Coronavirus che provoca Covid-19, resta sconosciuta e molte sono state le comunicazioni giornalistiche, trasmesse in Italia, e anche provenienti dall’estero, che hanno ipotizzato l’origine del coronavirus da un animale, in particolare dal pipistrello in Cina oppure da un “costrutto ricombinante” costruito in laboratorio mediante la tecnica dell’ingegneria genetica. Nell’ipotesi dell’origine animale del virus, il Coronavirus che ha provocato la pandemia sarebbe un ceppo mutato spontaneamente del Coronavirus che ha acquisito un’alta capacità infettiva. Queste mutazioni durante la crescita del Coronavirus, come quelle che provocano l’influenza, sono frequenti in quanto durante la replicazione possono perdere oppure acquistare nucleotidi, ovvero gli anelli  che vanno a formare la catena del DNA o dell’ RNA.

L’ipotesi di un Coronavirus costruito in laboratorio deriva principalmente da un lavoro pubblicato sulla rivista Nature Medicine nel 2015, a cui hanno partecipato sei laboratori in USA, un laboratorio in Svizzera e un laboratorio in Cina (a Wuhan), nel quale si riportava la costruzione di un Coronavirus geneticamente modificato in laboratorio, nel DNA del quale erano state inserite sequenze di DNA dell’HIV, cioè il virus dell’AIDS.

Per contro, un recente lavoro datato 17 Marzo 2020 e pubblicato sulla stessa rivista Nature Medicine, ha messo in comparazione le sequenze di RNA di genomi di ceppi Coronavirus SARS-CoV spontanei con le sequenze dell’RNA del genoma del ceppo coronavirus SARS-CoV-2, arrivando alla conclusione che il ceppo SARS-CoV-2 non è il prodotto di una manipolazione genetica ma probabilmente il risultato della selezione naturale.

Tuttavia, al di là dell’analisi di comparazione delle sequenze di RNA, la certezza che il SARS-CoV-2 sia il frutto di una manipolazione genetica o meno, potrebbe derivare dall’uso di quelle tecniche biochimiche che permetterebbero di individuare nel Coronavirus SARS-CoV-2 isolato nei pazienti Covid-19 la presenza o meno della sequenza di RNA HIV inserite nell’RNA genomico del Coronavirus SARS-CoV presente in natura.  

Come difendersi dalle pandemie da virus?

Per difendersi da una pandemia o da un’epidemia causata dal virus è necessario seguire due strade:

1) Acquisire un’approfondita conoscenza delle pandemie del passato.

2) Studiare la Biologia del virus causa della pandemia.

Per quanto riguarda il primo aspetto, è noto da studi epidemiologici che l’evento pandemico segue un ciclo di tre fasi:

– la prima fase è quella dell’inizio del contagio della popolazione da parte di un nuovo virus;

– nella seconda fase si assiste al raggiungimento del “picco” (il momento di massima diffusione dell’infezione);

– nella terza fase la curva dei contagi comincia progressivamente a decrescere.

Per fare fronte ad una epidemia o pandemia sono necessari: l’intervento di esperti epidemiologi; un’idonea ed efficiente assistenza sanitaria; l’intervento di medici capaci di mettere a punto una strategia di studio dei fattori riguardanti: (a) l’eziologia, la prevenzione e il controllo delle malattie; (b) l’allocazione efficiente delle risorse per promuovere e mantenere uno stato di salute nelle popolazioni umane.

I responsabili del Governo di un Paese devono pertanto avvalersi di esperti nei due suddetti campi medici per potere difendersi dall’evento pandemico. In verità è quanto sta avvenendo in Italia e in altri Paesi del mondo dove i Governi attuali stanno gestendo la pandemia Covid-19 in stretta collaborazione con gli esperti appartenenti ai due suddetti campi.

Per quanto concerne il secondo aspetto, conoscere la Biologia del virus attraverso lo studio evolutivo può contribuire a rispondere alla domanda “da dove nasce il virus”. Alla luce delle conoscenze scientifiche nel campo biologico, è possibile ipotizzare che i virus siano nati dal DNA del sistema genetico della cellula degli organismi eucarioti (funghi, animali, piante).

Attraverso gli studi di genetica e di biologia molecolare è stato possibile apprendere che sia nella cellula batterica che nella cellula degli eucarioti, oltre al DNA nucleare esiste anche un DNA esterno al cromosoma indicato come DNA extranucleare. I più noti elementi genetici presenti nella cellula in aggiunta al cromosoma sono i plasmidi, i trasposoni e i retrotrasposoni. E’ probabile che i virus, durante l’evoluzione si siano originati come questi elementi genetici, i quali possono stabilirsi all’interno del sistema genetico che li generano, come nel caso succitato del profago Lambda nei batteri lisogeni, oppure vagare all’interno della cellula o trasferirsi in un’altra cellula. Pertanto è verosimile che il virus nasca dagli stessi esseri viventi, divenendone poi parassita obbligato. 

Lo studio della biologia del virus è fondamentale in quanto consente di conoscere il meccanismo della sua riproduzione e di trovare gli adatti farmaci molecolari che ne possano bloccare la moltiplicazione, salvaguardando così la vita delle popolazioni dalle epidemie e dalle pandemie.

 

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