Covid-19: identikit di un virus

Nelle scorse settimane le nostre vite sono state profondamente sconvolte dalla pandemia Covid-19 (coronavirus disease 2019 - malattia da coronavirus), che è prepotentemente entrata nelle nostre vite, cambiando profondamente le nostre interazioni con famiglia e amici, le nostre abitudini, il nostro lavoro.

Covid-19. Che cos’è?

Covid-19 è una malattia da stress respiratorio acuto causata da un virus chiamato SARS-CoV2, membro della famiglia dei coronavirus. Esistono quattro tipi di coronavirus: alfa e beta, che solitamente infettano i mammiferi; gamma e delta che generalmente infettano gli uccelli. I coronavirus circolano negli esseri umani e gli animali da lungo tempo e sono anche gli agenti responsabili del comune raffreddore.

La famiglia dei Beta coronavirus include i. SARS-CoV, responsabile dell’epidemia di SARS nel 2002 che ha causato oltre 8.000 casi, oltre 700 morti, ed è terminata nel 2004; ii. MERS-CoV, che ha causato l’epidemia di MERS nel 2012, con oltre 2.500 casi, oltre 800 morti e periodicamente torna ancora a manifestarsi; iii. SARS-CoV2, responsabile dell’attuale pandemia Covid-19.

I beta coronavirus derivano da virus dei pipistrelli che hanno fatto il cosiddetto “salto di specie” (zoonosi) infettando gli esseri umani. Il salto di specie di SARS-CoV e MERS-CoV è avvenuto attraverso ospiti intermedi; ovvero, il virus che inizialmente circolava nei pipistrelli ha acquisito la capacità di infettare altri animali, quali lo zibetto e il dromedario per SARS-CoV e MERS-CoV rispettivamente e successivamente gli esseri umani. Per quanto riguarda SARS-CoV2, non è attualmente noto se SARS-CoV2 abbia un ospite intermedio o derivi direttamente dal pipistrello.

Ad oggi, oltre 500 coronavirus sono stati identificati nei pipistrelli, in Cina.

Diversamente dall’epidemia di SARS, il controllo della trasmissione della malattia durante la pandemia Covid-19 si è rivelato particolarmente difficile. Una delle ragioni principali è dovuta al fatto che, nella SARS, la malattia non veniva trasmessa fino a 24-36 ore dopo la comparsa dei sintomi. Ciò, insieme all’assenza di casi asintomatici, rendevano il tracciamento dei contatti estremamente efficiente. In contrasto, casi asintomatici o lievi sono numerosi nella Covid-19, prevenendo un efficiente controllo della diffusione della malattia.

Ad oggi (6 maggio 2020), il numero di casi confermati nel mondo sono 3.588.773 (Referenza: Situation Report, World Health Organization).

Aspetti molecolari del SARS-CoV2.

L’infezione da coronavirus procede attraverso quattro fasi principali: 1) entrata del virus nelle cellule umane; 2) replicazione ed espressione dei geni virali; 3) induzione di cambiamenti biologici nelle cellule infette; 4) reazione del sistema immunitario.

1) Entrata del virus nelle cellule umane. I coronavirus possiedono un genoma costituito da una molecola di RNA. RNA e proteine ad esso associato (proteine del nucleocapside) sono protette da un involucro lipidico.  Diverse proteine sono presenti sull’involucro lipidico; tra queste, le proteine spike, che conferiscono al virus il tipico aspetto “a corona”, e le proteine della matrice che connettono l’involucro lipidico del virus alle proteine del nucleocapside. Le proteine della matrice hanno un ruolo cruciale durante il processo di formazione del virus.

Le proteine spike sono costituite da una porzione superiore chiamata “dominio di legame al recettore” (RBD, dall’inglese Receptor Binding Domain) ed una inferiore “dominio di fusione” che media la fusione del virus con la membrana cellulare della cellula ospite durante l’infezione. Quando la proteina spike interagisce con il recettore ACE2 (Angiotensin-converting enzyme 2) espresso su diversi tipi di cellule umane (SARS-CoV e SARS-CoV2 utilizzano lo stesso recettore), la proteina TMPRSS2 taglia il dominio RBD dal dominio di fusione ed attiva il dominio di fusione. Il virus è ora in grado di fondersi con la membrane della cellula ospite e rilasciare la molecola di RNA nelle cellule umane. La cellula umana è infettata.

2) Replicazione ed espressione dei geni virali. La molecola di RNA che rappresenta il genoma dei beta coronavirus viene tradotta in una “poliproteina”, ovvero una singola proteina che viene successivamente tagliata in 27 proteine più piccole.

Una volta infettate le cellule umane, i coronavirus devono replicarsi per propagare l’infezione. La replicazione della molecola di RNA virale avviene grazie all’azione di una proteina chiamata RNA-polimerasi-RNA dipendente. La replicazione è un evento soggetto ad errori; le proteine Esonucleasi (ExoN) e la proteina Nsp10 correggono parzialmente questi errori, attraverso un processo di “correzione di bozze”. Tuttavia, mutanti SARS-CoV hanno l’abilità di adattarsi e prevenire mutazioni letali che potrebbero accumularsi durante la replicazione.

3) Induzione di cambiamenti biologici nelle cellule infette. In seguito all’infezione, il virus induce la formazione di strutture costituite da membrane interconnesse tra loro (vescicole) in cui avvengono processi fondamentali per la propagazione del virus. Diverse proteine sono associate alle vescicole, tra cui:

- La proteina Nsp1, un “fattore di patogenicità” che favorisce l’infezione virale limitando l’espressione genica della cellula ospite, down-regolando proteine chiave che consentono al virus di sfuggire all’azione del sistema immunitario.

- proteine strutturali

- proteine accessorie, che pur non essendo critiche per la replicazione del virus in vitro, sono critiche per l’interazione del virus con la cellule ospite. SARS-CoV e SARS-CoV2 hanno proteine accessorie simili.

Una volta che il virus ha replicato il suo genoma ed espresso le proteine necessarie, le nuove particelle virali vengono assemblate in organelli della cellula ospite dedicati alla sintesi, modificazione e smistamento delle proteine: il reticolo endoplasmatico ed il Golgi.

4) Reazione del sistema immunitario. Una risposta chiave del sistema immunitario all’infezione da coronavirus è l’attivazione di una signalling chiamata “risposta mediata da interferone”.

Sebbene attualmente non sia noto per SARS-CoV2, SARS-CoV e MERS-CoV inducono una minima riposta mediata da interferone, a causa dell’esistenza all’interno del loro genoma di molecole definite “antagonisti”, che rallentano l’attivazione di questa signalling. Il ritardo nell’attivazione della risposta mediata da interferone causa innanzi tutto un’iniziale significativa replicazione del virus. Inoltre, quando finalmente questa viene attivata, non è più in grado di contrastare la replicazione virale, ma stimola il reclutamento di cellule infiammatorie (monociti/macrofagi). La riposta immunitaria determina citotossicità: si verificano polmonite, danno polmonare acuto, e sindrome da distress respiratorio.

 

Una delle maggiori sfide nella ricerca sulla Covid-19 è rappresentata dal verificare la possibilità che gli anticorpi dei pazienti guariti vengano mantenuti, in grado proteggere da eventuali successive re-infezioni. Nella SARS, la presenza di anticorpi nei pazienti guariti è temporanea.

 

Referenza: Webinar by Britt Glaunsinger, Howard Hughes Medical Institute, University of California Berkeley.