ARENAVIRUS - Sezione di Microbiologia

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O.E. Varnier
ARENAVIRUS
GENERALITÀ
Gli arenavirus sono stati scoperti recentemente, causano
infezioni croniche nei roditori e l’uomo si infetta venendo a
contatto con gli escrementi e presenta una forma grave di
febbre emorragica. Almeno sei arenavirus causano malattia
nell’uomo: Lassa, Junin, Machupo, Guanarito, Sabia e il virus
della coriomeningite linfocitaria (LCMV).
DISTRIBUZIONE GEOGRAFICA
Gli arenavirus sono classificati in due gruppi principali:
vecchio mondo e nuovo mondo.
Virus
LCMV
Lassa
Mopiea
Mobala
Ippy
Vecchio Mondo
Paese
Europa Asia Americhe
Africa Occidentale
Sud Africa
Africa centrale
Africa centrale
2. Goccioline. Ci sono poche evidenze che suppor-tano
quest’idea, ma è possibile che l’arenavirus nelle
goccioline, entrando in contatto con le membrane mucose,
sia infettivo.
3. Contatto con il sangue dei roditori. Il sangue può essere
un meccanismo di trasmissione più efficace dell’aerosol e
delle goccioline.
CORIOMENENGITE LINFOCITARIA
Il virus LCMV negli umani ha un’incubazione tra una e tre
settimane. Le infezioni includono uno spettro dall’asintomatico,
al mite o al moderatamente severo con manifestazioni del
SNC includendo la menengite asettica. La severità della
infezione dipende dalla dose e dalla direzione del virus, la
fatalità è rara. Inoltre, non è stato riportato nessun caso in cui
la trasmissione avvenisse tra persona e persona.
Un’infezione tipica inizia con febbre, malessere, debolezza e
forte mal di testa. L’anoressia, la nausea e lo stordimento sono
molto comuni. Circa il 50% dei pazienti possono esibire una
combinazione di mal di gola e vomito.
Junin
Machupo
Guanarito
Tacaribe
Amapari
Flexal
Pichinde
Latino
Parana
Tamiami
Nuovo Mondo
Argentina
Bolivia
Venezuela
Trinidad
Brasile
Brasile
Columbia
Bolivia, Brasile
Paraguay
Florida
MALATTIE E PATOGENESI
Infezione e Trasmissione. Una caratteristica degli arenavirus
è la loro abilità a causare infezioni persistenti e acute nei
loro naturali ospiti: i roditori.
La sintesi dei componenti virali avviene senza alterazioni delle
cellule essenziali dell’ospite; le macro-molecole e la crescita
del virione avviene senza nessun effetto citopatico, la
replicazione e il processo di assemblaggio degli arenavirus
sembra agevolare l’insediamento dell’infezione permanente. Si
crede che l’introduzione dell’infezione da parte di molti virus
avvenga sulla superficie delle cellule epiteliali come quelle che
rivestono il tratto respiratorio e gastro-intestinale. Non si sa se
l’ingresso e il rilascio dell’are-navirus dalle cellule epiteliali
avvenga o sulla superficie apicale o su quella basolaterale
della cellula. La modalità e il rilascio di questi virus in termini di
patogenesi dell’infezione virale non è ancora nota.
MECCANISMO DI TRASMISSIONE
Le modalità di trasmissione degli arenavirus all’uomo non sono
ben note, finora sono state esplorate tre possibilità:
1. Aerosol. Gli aerosol derivanti dall’emissione di urina
infetta da parte di roditori infettati sono considerati la via
più importante di trasmissione degli arenavirus.
Quest’ipotesi è supportata sia da evidenze dirette sia
indirette. Studi sull’infezione da arenavirus hanno
dimostrato che l’infezione può essere indotta esponendo
potenziali ospiti a particelle di aerosol. Alcune persone
sono state colpite dall’infezione entrando in stanze
contaminate .
Fig. 1 Epidemiologia degli arenavirus nel mondo
FEBBRE DI LASSA
Il virus della febbre di Lassa normalmente infetta le vie mucose
umane, i tagli e le abrasioni. Un’incubazione da 1 a 3
settimane precede l’infezione. La manifesta-zione
dell’infezione virale è caratterizzata da sintomi generalizzati
includenti febbre alta, dolore alle artico-lazioni, dolore alla
schiena e mal di testa acuto. All’ammissione in ospedale, i casi
più gravi progredi-scono con vomito e diarrea. Alcuni pazienti
sviluppano gravi edemi polmonari, la sindrome da stress
respira-torio nell’adulto e lo shock ipodermico. Le manifestazioni
neurologiche acute hanno un range compreso tra la
sordità e l’encefalopatia moderata o severa. Altre
manifestazioni neurologiche includono confusione lieve e
tremori o coma. Il 15-20% dei pazienti esibiscono gravi
emorragie manifestate con gengive sangui-nolente, emorragie
gastrointestinali e congiuntivite emorragica. I casi di morte in
pazienti ricoverati in ospedale sono pari al 16%.
FEBBRE EMORRAGICA ARGENTINA E BOLIVIANA
A seguito di un’incubazione di 20 giorni si sviluppa una
malattia non specifica consistente di malessere, febbre alta,
dolore lombare e debolezza addominale. In casi gravi
l’interessamento del SN e gastrointestinale è manifestato con
nausea, vomito, tremori e convulsioni. Infatti il 50% dei pazienti
ha sintomi neurologici acuti come tremori alle mani e alla
lingua. In contrasto con la febbre di Lassa, la febbre
emorragica è frequente. C’è il 15% di morte in AHF e il 60% in
BHF. I casi di morte dimostrano collassi vascolari e shock
ipotensivo.
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ha attività polimerasica. Poichè le estremità 5’ di entrambi i
segmenti L ed S contengono RNA+, sono considerati virus ad
RNA con polarità bi-valente, tuttavia non hanno attività di
traduzioneproteica, in quanto le estremità 5’ sono strettamente
legate alla proteina N e non hanno il Cap. Le sequenze
codificanti presenti in queste rregioni sono espresse da RNAm
trascritti dall’estremità 3’ del filamento complemen-tare, che è
un intermedio replicativo. Mentre le sequenze codificanti delle
regioni senso sono espresse da RNAm trascritti direttamente
dalla estremità 3’ del genoma.
Fig.2 Schema di un arenavirus
MORFOLOGIA
I virioni sono provvisti di pericap-side ed hanno forme
pleiomorfe frequentemente sferiche, con diametri di 50-300
nm. Le spine, che sono costituite da 2 glicoproteine (G1 e G2),
sono irregolari nella forma e nella distibuzione. All’interno si
osservano due strutture circolari (nucleocapsidi) di dimensioni
diverse e contenenti una singola molecola di RNA.
Caratteristica è la presenza di ribosomi, inglobati nel virione
durante la maturazione, che conferiscono un aspetto
sabbioso (dal latino arenaceus = sabbioso).
Le principali proteine maggiori del nucleocapside, che sono
simili nella forma e nella funzione in tutti gli arenavirus, sono
tre: la nucleoproteina N costituisce circa il 70% delle proteine
totali, possiede diversi determinati antigenici ed ha una attività
protein-chinasica nel LCMV. Il virione contiene il 20% di lipidi e
il 2% di acidi nucleici.
Fig 4. Genoma degli arenavirus
NUCLEOCAPSIDE
Il Nucleocapside è costituito da due strutture circolari chiuse di
diverse dimensioni (640-1300 nm). Ognuna di queste classi a
sua volta corrisponde ad una diversa classe dimensionale del
genoma ad RNA. I nucleo-capsidi sono di 3 o 4 nm di diametro
e mostrano un aspetto a filo di perle che suggerisce la
presenza di una serie di subunità globulari
Fig. 3. Virione al microscopio elettronico
GENOMA.
Il genoma degli arenavirus è ad RNA a polarità negativa,
presente in due segmenti subgenomici designati L (large
2,4x10 bp) e S (small 1,3x10 bp). Ogni segmento è composto
da due moduli di lettura non-sovrapposti di diversa polarità.
L’estremità 5’ del segmento S codifica il precursore della
glicoproteina, mentre quella di L la proteina Z. L’estremità 3’ di
S codifica la proteina N, mentre quella di L la proteina L, che
Fig 5. Schema della trascrizione e traduzione degli
arenavirus.
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RIBOSOMI
Una caratteristica distintiva degli arenavirus è la presenza di
strutture interne di tipo granulare di 20-25 nm di diametro. Da
questo aspetto granulare deriva il nome del virus. Si ritiene che
questi componenti interni siano ribosomi derivati da cellule
ospiti. I ribosomi virali sono indistinguibili da quelli delle cellule
non infettate, contengono le subunità ribosomiali 60, 40, 28 e
18S e sono capaci di effettuare la sintesi proteica. Non sono
un componente essenziale delle particelle infettive. Si ritiene
che i ribosomi possano essere incorporati nei virioni durante il
processo di replicazione come il risultato di una mancanza di
specificità nel processo di assemblaggio.
REPLICAZIONE
Gli arenavirus producono progenie virale con una minima
perturbazione della cellula ospite. Il ciclo di replicazione è
lento e spesso sono necessari 2/3 giorni per avere la massima
produzione del virus. La bassa velocità di replicazione e
l’incapacità di utilizzare parte delle sintesi macromolecolari
dell’ospite (in genere non danno effetto citopatico) hanno
ostacolato la compren-sione dei dettagli molecolari della
riproduzione. L’adsorbimento alla cellula ospite avviene
probabil-mente tra una glicoproteina del pericapside ed un
recettore cellulare, ma non è noto quale glicoproteina del virus
sia coinvolta nei fenomeni di fusione delle membrane. Sono
stati ipotizzati due possibili mecca-nismi tramite i quali avviene
l’ingresso della ribonu-cleoproteina nel citoplasma, che sono:
1. la fusione del pericapside virale con la membrana
plasmatica, fenomeno mediato da una glicoproteina virale.
2. fagocitosi del virione seguita dalle fusioni delle membrane
del pericapside virale e del fago-soma.
La trascrizione inizia al terminale 3’ dei due RNA (S e L), che
sono a polarità negativa, e si ottengono rispettivamente le
proteine N e L, previa formazione di mRNA corrispondenti
(trascrizione primaria). Tali proteine determinano aumentati
livelli di trascrizione dell’RNA. Quindi sono trascritti e tradotti i
geni delle glicoproteine (RNA S) e del gene S (RNA L).
Utilizzan-do i filamenti positivi quali stampi si formano gli RNA
negativi, insieme alle proteine strutturali, ed il tutto viene
assemblato nel virione. La latenza tra assorbi-mento e
penetrazione e la produzione di una progenie virale è di 3/8
ore, il tempo di massima produzione virale dipende dalla
temperatura (36°C) e dalla quanti-tà infettante (molteplicità
d’infezione), con un picco dopo 36 ore dall’infezione.
In esperimenti condotti con inibitori della sintesi proteica, solo
l’mRNA per la nucleoproteina è stato trovato acumulato nella
cellula infetta. Si è visto che per molti arenavirus studiati, la
sintesi delle glicopro-teine non è necessaria all’inizio
dell’infezione, quando vengono sintetizzate le proteine N e L.
La sintesi dell’mRNA per le glicoproteine avviene usando
come stampo l’intermedio replicativo dell’RNA (RNA+).
Nell’instaurarsi di una infezione persistente pare importante un
rallentamento o addirittura un arresto della sintesi delle
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glicoproteine e dei loro mRNA. In vitro è stato osservato che le
cellule con infezione persistente presentano scarse
glicoproteine e una bassa produzione di particelle virali, ma
una elevata quantità di nucleocapsidi nel plasma
.
NH 2 ------------GPC---------------COOH
CLIVAGGIO
NH 2 ---G1---COOH NH 2 -----G2----COOH
In vivo invece questo non è confermato. La mancata sintesi di
glicoproteine può essere un meccanismo per eludere il
sistema immunitario, tuttavia la proteina N è espressa sulla
superficie delle cellule ed è antigenica. La massima
produzione di nucleoproteine si ha 48-72 ore dopo l’infezione
mentre la massima produzione di glicoproteine si ha 60 ore
dopo, dopodichè la produzione inizia a declinare.
Viene prodotto un unico polipeptide (la glicoproteina GPC),
successivamente clivato per dare origine alle glicoproteine G1
e G2, entrambe espresse sulla superficie del virione maturo.
G1 e G2 derivano rispettivamente dalla porzione
amminoterminale e da quella carbossiterminale di GPC.
Non è noto cosa induca il passaggio dalla trascrizione primaria
(cioè produzione di mRNA, N e L) alla trascrizione secondaria
(produzione di RNA negativo e delle glicoproteine). Gli inibitori
della sintesi del DNA non hanno effetto sulla replicazione
virale. L’actinomicina e l’alfa-amantina sembrano impedire le
fasi finali dello assemblaggio, ma non la sintesi proteica virale.
È noto che il virus gemma attraverso la membrana plasmatica
ma nulla è noto su tali processi maturativi.
DIAGNOSI
Diagnosi precoce. Una diagnosi precoce è essenziale per il
trat-tamento di malattie come la Febbre di Lassa perchè prima
inizia il trattamento dopo l’infezione, migliori sono le probabilità
di sopravvivenza. Uno studio del 1986 sul trattamento della
febbre di Lassa con ribavirina mostrò che se il livello di AST
nel siero del paziente era oltre un valore soglia e/o se c’era
viremia, il paziente aveva maggiori probabilità di decesso. È
pure importante la diagnosi conclusiva, poichè i primi sintomi
di febbre emorragica possono coincidere con quelli della
malaria, tifo e influen-za, per le quali le cure differiscono
totalmente. I metodi tradizio-nali di diagnosi sono:
1. Isolamento del virus: è il modo diretto per la
determinazione del virus. Viene prelevato un campione di
siero, probabilmente conte-nente il virus che viene fatto
crescere in coltura. Vengono impiegati anticorpi fluorescenti
per l’identificazione del virus. Poichè
frequentemente i virus isolati sono letali, le prove di
isolamento virale devono essere effettuate in laboratori
attrezzati in quanto è elevato il rischio di di infezioni
accidentali. Esso richiede circa una settimana per il
completamento.
2. Rilevamento di anticorpi specifici: Si ricerca la presenza
di anticorpi specifici per il virus mediante prove di
immunofluorescenza o di neutralizzazione.
PREVENZIONE E TRATTAMENTO
Due sono le vie seguite:
A. Controllo dei roditori: gli ospiti naturali della maggior
parte degli arenavirus sono i roditori (ratti, topi, ecc.).
Infatti in una epidemia più del 30% dei roditori può essere
infettato da arenavirus. Una volta infettati i roditori, che
diffondono l’infezione tramite le urine. Il meto-do migliore
per porre limitare la diffusione della infezione da
arenavirus, è di eliminare la presenza di roditori nelle
abitazioni.
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Fig. 7 Ciclo vitale degli arenavirus
B) Vaccinazione: produrre vaccini in grado di attenuare la
virulenza degli arenavirus o di proteggere dall’infezione è
attualmente quasi impossibile. La biologia molecolare
degli are-navirus è poco nota ed inoltre solo in alcuni
laboratori sono attrezzati con livelli di sicurez-za tali da
consentire di effettuare esperimenti. Un potenziale
vaccino, preparato con il virus vaccinico modificato per
esprimere il gene codificante la glicoprot eina del virus di
Lassa, ha indotto protezione nelle cavie e nelle scimmie.
TERAPIA
Il farmaco di scelta è la ribavirina, che ha una maggior
efficacia se somministrato precocemente.
Aggiornato il 7 gennaio 2007
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