I virus sono entità biologiche classificate come parassiti endocellulari obbligati. Differentemente da altri patogeni come funghi, batteri e parassiti i virus di fatto rappresentano un caso limite tra mondo vivente e non vivente.
Come gli organismi viventi, anche i virus si basano sulla chimica degli acidi nucleici (RNA e DNA) ma mancano di metabolismo e strutture cellulari vere e proprie.
Potremmo dire che occupano una sorta di zona grigia tra esseri viventi e inanimati, comportandosi come organismi viventi durante l’infezione e come entità inanimate fuori da un ospite.
In questo articolo parliamo di:
Che cos’è e come si origina una mutazione nel DNA?
A prescindere dai dibattiti sul loro status di esseri viventi, i virus seguono i principi della teoria evolutiva. L’evoluzione, un pilastro delle scienze biologiche, si basa sulla chimica del DNA, la molecola che contiene le istruzioni per tutti i processi biologici.
Il DNA è composto da quattro nucleotidi—adenina (A), guanina (G), timina (T) e citosina (C)—che formano i geni e regolano le funzioni biologiche.
Il DNA si auto-replica grazie alla presenza di enzimi chiamati polimerasi, tuttavia alcuni errori durante la replicazione possono portare all’insorgenza di mutazioni.
Quest’ultime possono derivare anche dall’influenza di fattori esterni come sostanze chimiche mutagene o radiazioni.
Le mutazioni di fatto sono la causa di introduzioni di variazioni nei geni, che possono ostacolare o migliorare la sopravvivenza di un organismo.
Le mutazioni benefiche possono fornire vantaggi evolutivi, permettendo agli organismi di prosperare e trasmettere questi vantaggi alle generazioni successive.
Come muta un virus?
I virus mutano seguendo i principi dell’evoluzione. Quando questi infettano le cellule dell’ospite, usano i macchinari molecolari della cellula, i quali effettuano degli errori con un certo tasso di probabilità.
L’introduzione di un errore durante la replicazione del DNA crea una mutazione.
Queste possono essere svantaggiose, senza alcun beneficio per la sopravvivenza del virus, o vantaggiose, rendendo il virus più contagioso o virulento.
L’acquisizione di mutazioni vantaggiose può portare alla selezione di nuovi ceppi o varianti in grado di diffondersi più rapidamente o addirittura capaci di sfuggire alle difese dell’ospite, vanificando eventualmente anche l’effetto delle vaccinazioni.
I principali meccanismi di mutazione virale sono due:
- Deriva antigenica (Antigenic Drift): questo è il principale meccanismo di comparsa delle mutazioni, caratterizzato dalla comparsa di errori nella duplicazione del DNA virale all’interno delle cellule infette, portando alla fissazione di geni modificati.Con questa strategia, il virus potrebbe sviluppare nuovi antigeni sulla sua superficie, eludendo più facilmente il sistema immunitario dell’ospite.
- Spostamento antigenico (Antigenic Shift): questo processo mutageno va oltre il concetto di mutazione dipendente dal DNA. Due ceppi virali diversi co-infettano una popolazione di una specie ospite. Durante la replicazione virale, pezzi di genoma provenienti dai due virus possono combinarsi, formando un nuovo virus ibrido con caratteristiche di entrambi i ceppi.Questo avviene con i virus dell’influenza, che ogni anno si rinnovano grazie a potenti mix tra ceppi diversi all’interno degli ospiti secondari della malattia, spesso uccelli migratori e mammiferi da allevamento come i suini.
Quali sono i vantaggi che un virus può ottenere dai fenomeni di mutazione?
Un virus muta perché come tutti gli esseri viventi deve sottostare alle leggi dell’evoluzione; pertanto, deve adattarsi ai continui mutamenti dell’ambiente e migliorarsi di pari passo.
Da un punto di vista evolutivo, essere migliori significa trasmettere più efficacemente le proprie informazioni genetiche alle generazioni successive e diventare più resistenti alle difficoltà ambientali.
L’espansione di un patogeno all’interno di una popolazione di organismi è il primo passo verso un obiettivo più ambizioso: restare permanentemente come ospite di quella specie, trasformandola in un suo serbatoio. Per fare questo, un virus ha bisogno di due caratteristiche, l’una opposta all’altra:
- Alta contagiosità: per diffondersi efficacemente da una persona all’altra.
- Bassa mortalità: per evitare che l’ospite muoia rapidamente, permettendo al virus di trasmettersi ulteriormente.
L’alta contagiosità può essere acquisita, ad esempio, grazie alla selezione di mutazioni in grado di permettere una maggiore resistenza sulle superfici, o una maggiore capacità di permanenza nelle goccioline di aerosol.
Al contempo possono verificarsi anche mutazioni in grado di rendere il virus più virulento e mortale, portando a un’inefficienza all’interno della catena del contagio.
In ultima analisi possiamo affermare che l’obiettivo di un virus è quello di accumulare mutazioni che aumentino la sua capacità di diffondersi senza renderlo troppo letale, rispettando una sorta di equilibrio tra contagiosità e mortalità.
Il virus del Covid-19, il Sars-Cov-2, durante la pandemia del 2020 e 2021 raggiunse un’ottima combinazione di questi due fattori.
Pur presentando un tasso di mortalità molto basso rispetto ad altri virus già celebri come Ebola, la sua elevata contagiosità gli ha permesso di trasmettersi molto rapidamente.
Un gruppo di ricerca italiano ha sviluppato un nuovo e originale sistema per la prevenzione di pandemie future, tramite uno studio approfondito dei genomi virali ricombinati.
I risultati dello studio sono stati pubblicati su Nature Communications.
Questo nuovo strumento, basato sull’interpretazione di dati complessi di natura genomica, è in grado di identificare molto precisamente i punti di rottura tipici di un genoma virale che sta per andare incontro a ricombinazione, il fenomeno alla base dell’evoluzione e dell’adattamento del virus.
La crisi sanitaria globale causata da Covid-19 ha portato vari gruppi a cimentarsi nello sviluppo di strumenti in grado di individuare i genomi ricombinanti del SARS-CoV-2.
Tuttavia, questi strumenti non sono stati in grado di eguagliare l’accuratezza delle analisi manuali svolte dagli esperti.
Questo nuovo strumento informatico si distingue per la sua elevata specificità e sensibilità, superando tutti i metodi precedenti e confermando con precisione i risultati ottenuti dagli specialisti.
Questo metodo è in grado di identificare anche i genomi ricombinanti della recente epidemia di vaiolo delle scimmie, con una concordanza elevata con le analisi manuali. Questo suggerisce che l’approccio è robusto e applicabile a qualsiasi virus epidemico o pandemico, rappresentando uno strumento essenziale per affrontare future pandemie.
Fonti
https://www.nature.com/articles/s41467-024-47464-5#citeas
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