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Sezione B La cellula: l’unità del vivente Questioni aperte Nuove frontiere I virus, sospesi tra vita e non vita Il pulviscolo atmosferico illuminato da un raggio di sole in una stanza buia rivela un universo impalpabile di particelle solide e di microscopiche gocce che il nostro occhio fatica a osservare. Ci troviamo infatti al limite del potere risolutivo dell’occhio umano, che si aggira intorno ai 50 micrometri: le dimensioni di una capocchia di spillo. Cosa si nasconde sotto la soglia della visibilità? Un mondo ricchissimo, fatto di granuli di polline, di cellule animali e vegetali (grandi 10-30 micrometri), batteri (grandi 1 micrometro circa), e, ancora più sotto, di virus (intorno agli 0,1 micrometri) e vari tipi di molecole (0,01 – 0,05 micrometri). Di tutto ciò l’uomo ha saputo poco o nulla fino all’avvento del microscopio. Sono duecento anni che conosciamo i batteri, solo cento che conosciamo i virus e un paio di decenni solamente che conosciamo i prioni, semplici molecole proteiche in grado di autoriprodursi. Quali caratteristiche possiedono gli abitanti di questo mondo microscopico? Consideriamo per esempio i virus (fig. 1). Sono responsabili di circa il 60% delle malattie infettive oggi note: dalle più banali, come il raffreddore, alle più gravi come l’AIDS, le patologie emorragiche indotte da virus emergenti come Ebola o le influenze aviarie che periodicamente minacciano di trasformarsi in pericolose pandemie. Sono inoltre coinvolti in alcune forme di cancro. Fig. 1 Nella figura a fianco, micrografia elettronica del virus H5N1 dell’influenza aviaria, responsabile di episodi epidemici a partire dal 1996 e, a destra, virus dell’influenza suina, un tipo di influenza identificata nel corso del 2009. 92 & involucro lipidico molecola di RNA proteine dell’involucro I virus sono talmente piccoli che riescono a passare attraverso i filtri di porcellana usati in laboratorio per eliminare i batteri dai liquidi. Per questa ragione furono chiamati inizialmente filtrabili. Hanno dimensioni che si aggirano intorno a 18- 20 nm, anche se i più grandi possono raggiungere i 450 nm e sovrapporsi così ai batteri più piccoli. Ma cosa sono i virus? Gli scienziati non hanno ancora dato una risposta definitiva a questa domanda. Nel corso di tutto il ‘900 li hanno definiti in molti modi diversi. Inizialmente li hanno ritenuti dei veleni, come risulta ancora dal nome (dal latino virus, veleno). Successivamente li hanno considerati batteri piccolissimi. Al pari dei batteri, infatti, i virus sono all’origine di molte malattie e si trasmettono con facilità da un individuo all’altro. Nel 1935 si giunse per la prima volta a cristallizzarne uno, il virus del mosaico del tabacco: da allora questi piccolissimi agenti patogeni cominciarono a essere considerati sostanze chimiche di natura biologica. Studi successivi hanno chiarito che i virus sono costituiti da materiale ereditario racchiuso in un involucro proteico, ma che risultano del tutto privi delle strutture necessarie per svolgere le molte attività metaboliche tipiche di una cellula. Più che organismi viventi, i virus apparivano dunque aggregati di molecole chimiche.
Dunque il virus si colloca sotto la soglia della vita? Non proprio. La sua particolarità consiste nel fatto che, a seconda del contesto in cui si trova, manifesta caratteristiche e comportamenti diversi. Quando entra nella cellula ospite, abbandona la staticità chimica e manifesta un’attività notevole. Dopo essersi liberato dell’involucro integra il proprio acido nucleico con quello della cellula alla quale si fissa. In questo modo sfrutta i meccanismi riproduttivi dell’ospite per replicare il proprio materiale ereditario e sintetizzare le proteine del proprio involucro. Dall’assemblaggio del nuovo materiale ereditario e delle nuove proteine prodotte scaturiscono così nuovi virus che potranno a loro volta infettare altre cellule, propagando l’infezione. Ecco perché oggi diversi studiosi tendono a collocare i virus in una sorta di limbo tra vita e non vita. Perché allora non li consideriamo organismi viventi? Perché in fase di “riposo”, per esempio quando si trovano negli aggregati cristallini, essi si presentano come delle inerti sostanze minerali. Tuttavia dispongono degli stessi acidi nucleici e delle stesse proteine presenti nelle cellule, e all’interno di queste si comportano come esseri viventi, riproducendosi a migliaia. Qualche scienziato li considera gruppi di geni di cellule ospiti riusciti, non si sa ben come, a uscire dalla cellula stessa acquisendo in qualche modo un involucro proteico. Secondo questa ipotesi, i virus sarebbero dei “fuggiaschi” degenerati in parassiti. Il passato dibattito sul loro collocamento rispetto al confine “vita/non vita” ha posto comunque in secondo piano un aspetto cui oggi si tende a dare una grande importanza e cioè la funzione da essi svolta nel corso dell’evoluzione. apitolo 4 La cellula: struttura e funzioni C Fig. 2 La propagazione del prione a livello cellulare: al contatto con il prione patogeno, la forma normale della proteina è “costretta” ad assumere una configurazione di tipo patogeno. forma patogena della proteina forma normale soggetta a modificazione forma non patogena della proteina Quale ruolo giocano i virus sul piano evolutivo? Per quel che ci riguarda, essi ci hanno selezionati attraverso le malattie con cui ci affliggono da sempre. Hanno così favorito la sopravvivenza degli individui meno sensibili o resistenti ai loro attacchi. Essi presentano caratteristiche che li rendono un’importante fonte di innovazione genetica. Infatti, possiedono materiale ereditario facilmente modificabile; sono capaci di colonizzare l’ospite, talvolta dopo lunghi periodi di quiescenza, inserendovi il loro acido nucleico; possono viaggiare da un organismo all’altro. Non è ancora chiaro tuttavia se i virus rappresentino un “incidente di percorso” nel corso dell’evoluzione o se siano stati prodotti dalle cellule stesse per la messa a punto di schemi genetici vincenti. Esiste un’altra forma difficilmente classificabile, nel mondo microscopico? Sì, il prione (25 nm), responsabile del cosiddetto morbo della mucca pazza o malattia di Creutzfeldt-Jakob. Questo agente patogeno, a differenza del virus, è costituito solo da una proteina, dunque è privo anche di acido nucleico. Come fa allora il prione a riprodursi? Più che riprodursi il prione anomalo “contagia” e modifica la proteina “sana” (fig. 2). Nel nostro organismo è infatti fisiologicamente presente una forma non infettiva del prione, che svolge una funzione legata al sistema nervoso. Questa forma normale, quando entra in contatto con quella patogena, da cui differisce solo per la configurazione spaziale, assume una struttura del tipo patogeno. I prioni così modificati si legano poi in fibrille non degradabili che si accumulano nel cervello dell’organismo infettato e lo danneggiano in modo irreparabile. 93
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