Le fasi del ciclo replicativo virale

I batteriofagi sono stati per lungo tempo i modelli sui quali è stata basata la conoscenza della biologia dei virus. L'esperimento che ha permesso di capire la natura dei virus è stato quello di Ellis e Delbruck del 1939, che viene generalmente indicato come l'esperimento di “curva di crescita a ciclo unico”. Questo è stato il primo esperimento che ha mostrato che il ciclo replicativo virale si compone di tre fasi: 1) l'inizio dell'infezione; 2) la replicazione ed espressione del genoma; 3) il rilascio dei virioni maturi dalla cellula infetta. In questo esperimento i batteriofagi erano aggiunti a una coltura di batteri in fase di replicazione esponenziale, e dopo pochi minuti le cellule erano diluite, così da prevenire ulteriori interazioni tra fagi e le cellule. Questa semplice operazione di diluizione è fondamentale nell'esperimento, in quanto sincronizza l'infezione delle cellule e permette di analizzare le fasi successive della replicazione in una popolazione di cellule individuali e di particelle virali, come se fosse una singola interazione. A vari tempi venivano prelevate aliquote della coltura e veniva determinato il numero dei batteri e dei fagi. La concentrazione delle particelle fagiche in funzione del tempo aumenta a gradino; ciascun aumento rappresenta un ciclo replicativo del virus. Subito dopo la diluizione c'è un intervallo di 10-15 minuti durante i quali non si rileva alcuna particella fagica. Questa fase è conosciuta come periodo di eclissi. Essa rappresenta la fase in cui le particelle virali sono disassemblate nei loro componenti all'interno della cellula, con liberazione del genoma, e rappresenta un prerequisito per la replicazione. Il periodo di latenza è l'intervallo che intercorre fra l'infezione e la comparsa di nuove particelle virali extracellulari, ed è dell'ordine di 20-25 minuti per la maggior parte dei batteriofagi. Circa 40 minuti dopo che le cellule sono state infettate, la curva che rappresenta la conta totale dei virioni e quella dei virioni extracellulari si intersecano; ciò accade perché le cellule sono andate incontro a lisi e le particelle virali intracellulari sono state rilasciate nel mezzo. La resa (cioè il numero) di particelle virali prodotte per cellula infettata o per ml può essere calcolata sottraendo l'infettività residua durante il periodo di eclissi dal numero totale dei virioni infettivi prodotti e dividendo per il numero di cellule nella coltura iniziale. Bisogna ricordare che la differenza più grande tra i virus animali e i batteriofagi è il tempo più lungo richiesto per la replicazione, tempo che per i virus animali è di qualche ora e in taluni casi di qualche giorno. La differenza riflette il tempo di replicazione delle cellule eucariotiche, molto più lungo del tempo di replicazione dei batteri e, in parte, il fatto che la replicazione avviene in una cellula compartimentalizzata.
IL CICLO REPLICATIVO
La replicazione virale può essere suddivisa in otto fasi, assolutamente arbitrarie che vengono usate per convenienza al fine di spiegare il ciclo replicativo di un virus “ideale”, che di fatto non esiste:
1.Attacco (adsorbimento) del virione alla cellula ospite suscettibile (recettori specifici);
2.Penetrazione del virione o del suo genoma all'interno della cellula;
3.Uncoating (spoliazione) del genoma virale ed esposizione al macchinario genetico/biosintetico della cellula ospite (quindi verrà liberato il genoma);
4.Fasi replicative precoci del genoma virale, in cui il macchinario biosintetico della cellula ospite è modificato, come preludio alla sintesi di acidi nucleici virali. In questa fase vengono prodotti enzimi virus-specifici, prima ondata dei espressione del genoma virale;
5.Replicazione del genoma virale;
6.Sintesi delle componenti virioniche che includono le subunità proteiche del capside e le proteine associate all'involucro pericapsidico;
7.Assemblaggio delle subunità proteiche (e dei componenti di membrana per i virus rivestiti) e impacchettamento del genoma nelle nuove particelle virali;
8.Rilascio dei virioni maturi dalla cellula.