i virus: dal più piccolo al più grande

Al convegno di Salisburgo "DNA habitats and  its RNA inhabitants", detto anche "RNA Agents", si è parlato molto di virus.  Virus a DNA, ad RNA, a singolo filamento (filamento + e filamento copia), virus integrati nei genomi, virus silenti e virus che si replicano, elementi retrovirali e retrotrasposoni. Ci si è interrogati su cosi sia il virus, se un virus è un essere vivente  o no, come  un virus informatico. Virus che si replicano senza capside, oppure che sfruttano l'apparato genico dell'ospite per rivestirsi di proteine di membrana (envelope) e di condensazione e compattamento dell'acido nucleico. 

Ma quanto possono essere grandi i virus?

In microbiologia medica si studiano quelli di rilievo per la salute umana, il poxviridae, a cui appartiene il virus del vaiolo, hanno capsidi di 200 nm di diametro e 300 nm di lunghezza...

Il micrometro: 1 μm = 1 × 10^-6 m.

 

L'ordine Megavirales racchiude i più complessi virus conosciuti, hanno un dsDNA molto grande, di 2.5 Megabasi nel Pandoravirus, che contiene fino a 1000 geni. Il mimivirus o APMV, infesta l'Acanthoameba, e potrebbe essere la causa di alcune forme di polmonite. I capsidi hanno dimensioni di 0.5 micrometri. 

Il Marsigliavirus ha le dimensioni di 1.5 micrometri, contiene un DNA relativamente più piccolo, 600 kilobasi, ricco in adenine-timine (è stata proposta la definizione di virus nucleocitoplasmici a DNA grande (NCLDV)

Considerendo in paragone i Micoplasma, batteri Gram positivi, questi codificano per circa 500 geni, la metà dei Megavirales, e  in media un batterio possiede circa 5000 - 6000 geni

I retrovirus sono  virus che trascrivono l'RNA in DNA grazie alla trascrittasi inversa. Di questi si conoscono bene quelli coinvolti nelle infezioni come l'AIDS, l'HTLV, e nei tumori perchè alcuni oncogeni sono simili a geni virali come src del virus del sarcoma di Rous.  In genere nei tumori è stata misurata una elevata attività di trascrittasi inversa, e sequenze di origine virlae altamente ripetute, LINE-1, SINE, Alu, sono retrotrasposoni o elementi minimi di replicazione che dalle regioni ripetute ai loro bordi si riproducono tramite RNA piccoli e DNA copia delle stesse dimensioni. Mentre nelle cellule gametiche questi elementi sono fondamentali per iniziare la riprogrammazione epigenetica (metilazione del DNA, sintesi del  piwi-RNA,  nuovi marchi sugli istoni, ecc..) nei tumori questa sintesi deregolata è come un segnale di ripresa di una fase gametica o embrionale non richiesta). Farmaci a base di inibitori di trascrittasi inversa sono in grado di contenere la crescita tumorale e metastatica.
Un altro tipo di virus ad RNA a singolo filamento si trascrive il suo acido nucleico mediante una DNA polimerasi RNA dipendente, un esempio è dato dal virus che causa la febbre emorragica di Ebola
l'Ebolavirus appartiene ai Floriviridae, ragruppati nei Mononegavirales,

• Ebola virus (EBOV, formerly designated Zaire ebolavirus) is the sole member of the Zaire ebolavirus species, and the most dangerous of the five known viruses within the genus ebolavirus.^[1] Four of the five known ebolaviruses cause a severe and often fatal hemorrhagic feverin humans and other primates, known as ebola virus disease. 

I virus hanno varie localizzazioni intracellulari, si motliplicano per lo più nei nuclei usufruendo degli enzimi cellulari, o si spostano in organelli per svolgere specifiche funzionalità.

Sono capaci di deragliare la specificità di enzimi cellulari, rendendoli capaci di modificare la loro natura da enzimi che utilizzano DNA come substrato e stampo, ad utilizzare e copiare RNA.

Inducono malattie tramite interazione diretta con fattori intracellulari.

Hanno RNA con attività catalitica, come ribozimi, dipendente da ioni magnesio (similmente agli introni di tipo I, autosplicing). Hanno bisogno di DNA ligasi, che in questo caso si adatta a funzionare come RNA ligasi.

Quanto possono essere piccoli i virus, e le loro forme senza capside, i viroidi?

si sono ridotti al minimo, come

I più piccoli virodi sono elementi di RNA essenziali, contengo pochissime basi, da 3900 basi fino alle sole 246 basi del viroide dell'avocado a macchia di sole (Avocado sunblotch viroid)

il potato spindle tuber viroid è un RNA strutturato , a forcina per capelli, che isolato mediante centrifugazione differenziale, e trasferito sulle piante induce la malattia. 

 molti organismi adattati a vivere a spese di forme superiori, forme intracellulari obbligate, come la clamidia di dimensioni di 0.5 micrometri. 

Esistono molti retrovirus endogeni (ERV), che ormai sono stabili nel genoma e hanno acquisito funzioni specifiche, di rewiring del genoma, dando alle cellule staminali la capacità di moltiplicarsi, la possibilità di eventi casuali di mutazione e evoluzione genica, e in alcune specie animali, come le pecore, i betaretrovirus sono presenti in forme non patogeniche, che partecipano allo sviluppo e morfogenesi della placenta, a altri come JSRV che incide sulla formazione di tumori del polmone. 

Esistono poi virus che hanno acquisito dai loro ospiti geni per proteine che diventano funzionali alla moltiplicazione e diffusione del virus. Altri virus si sono evoluti da elementi non-genomici autopropaganti, come i plasmidi che trasmettono geni di resistenza agli antibiotici.

• The retrovirus HERVH is a long noncoding RNA required for human embryonic stem cell identity pp 423 - 425. Xinyi Lu et al. doi:10.1038/nsmb.2799
• Human endogenous retrovirus subfamily H (HERVH) is a class of  transposable elements expressed preferentially in human embryonic  stem cells (hESCs). A new study now shows that the long terminal repeats of HERVH function as enhancers and that HERVH is a nuclear  long noncoding RNA required to maintain hESC identity.
• Long terminal repeats (LTRs) of HERVH function as enhancers. HERVH is required to maintain hESC identity. Furthermore, HERVH is associated with OCT4, coactivators and Mediator subunits. Together, these results uncover a new role of species-specific transposable elements in hESCs.