Microbiologia

I tentativi di ricerca per scoprire gli agenti causali di malattie precedentemente non indagate hanno portato alla scoperta di agenti di malattia non viventi molto diversi dai virus. Questi includono particelle composte solo da RNA o solo da proteine che, tuttavia, sono in grado di auto-propagarsi a spese di un ospite – una somiglianza chiave con i virus che permette loro di causare condizioni di malattia. Ad oggi, queste scoperte includono viroidi, virusoidi e i prioni proteici.

Viroidi

Figura 1. Queste patate sono state infettate dal viroide dell’affusolamento dei tuberi di patata (PSTV), che si diffonde tipicamente quando coltelli infetti vengono usati per tagliare patate sane, che vengono poi piantate. (credit: Pamela Roberts, University of Florida Institute of Food and Agricultural Sciences, USDA ARS)

Nel 1971, Theodor Diener, un patologo che lavorava all’Agriculture Research Service, scoprì una particella acellulare che chiamò viroide, che significa “simile al virus”. I viroidi consistono solo in un breve filamento di RNA circolare capace di autoreplicarsi. Il primo viroide scoperto è stato trovato per causare la malattia del fuso del tubero di patata, che causa un germogliamento più lento e varie deformità nelle piante di patata (vedi Figura 1). Come i virus, i viroidi dell’affusolamento dei tuberi di patata (PSTV) prendono il controllo del macchinario dell’ospite per replicare il loro genoma RNA. A differenza dei virus, i viroidi non hanno un mantello proteico per proteggere le loro informazioni genetiche.

I viroidi possono provocare perdite devastanti di colture agricole alimentari commercialmente importanti coltivate nei campi e nei frutteti. Dalla scoperta del PSTV, sono stati scoperti altri viroidi che causano malattie nelle piante. Il viroide del pomodoro planta macho (TPMVd) infetta le piante di pomodoro, che causa perdita di clorofilla, foglie sfigurate e fragili, e pomodori molto piccoli, con conseguente perdita di produttività in questa coltura di campo. Il viroide Avocado Sunblotch (ASBVd) provoca rendimenti inferiori e frutti di scarsa qualità. ASBVd è il più piccolo viroide scoperto finora che infetta le piante. Il viroide del mosaico latente del pesco (PLMVd) può causare la necrosi dei boccioli di fiori e dei rami, e la ferita della frutta matura, che porta alla crescita di funghi e batteri nella frutta. Il PLMVd può anche causare simili cambiamenti patologici in prugne, nettarine, albicocche e ciliegie, con conseguente diminuzione della produttività anche in questi frutteti. I viroidi, in generale, possono essere dispersi meccanicamente durante la manutenzione o la raccolta delle colture, la riproduzione vegetativa ed eventualmente attraverso i semi e gli insetti, provocando un grave calo della disponibilità di cibo e conseguenze economiche devastanti.

Virusoidi

Un secondo tipo di RNA patogeno che può infettare colture agricole di importanza commerciale sono i virusoidi, che sono particelle subvirali meglio descritte come ssRNA non autoreplicanti. La replicazione dell’RNA dei virusoidi è simile a quella dei viroidi ma, a differenza dei viroidi, i virusoidi richiedono che la cellula sia anche infettata da uno specifico virus “helper”. Attualmente ci sono solo cinque tipi descritti di virusoidi e i loro virus aiutanti associati. I virus aiutanti sono tutti della famiglia dei Sobemovirus. Un esempio di virus aiutante è il virus del trifoglio sotterraneo, che ha un virusoide associato impacchettato all’interno del capside virale. Una volta che il virus aiutante entra nella cellula ospite, i virusoidi vengono rilasciati e possono essere trovati liberi nel citoplasma delle cellule vegetali, dove possiedono attività ribozimatica. Il virus aiutante subisce la tipica replicazione virale indipendente dall’attività del virusoide. I genomi dei virusoidi sono piccoli, lunghi solo da 220 a 388 nucleotidi. Un genoma virusoide non codifica per nessuna proteina, ma serve solo per replicare l’RNA virusoide.

I virusoidi appartengono a un gruppo più grande di agenti infettivi chiamati RNA satellite, che sono RNA patogeni simili che si trovano negli animali. A differenza dei virusoidi delle piante, gli RNA satelliti possono codificare proteine; tuttavia, come i virusoidi delle piante, gli RNA satelliti devono coinfettarsi con un virus helper per replicarsi. Un RNA satellite che infetta gli esseri umani e che è stato descritto da alcuni scienziati come un virusoide è il virus dell’epatite delta (HDV), che, da alcuni rapporti, è anche chiamato epatite delta virusoide. Molto più grande di un virusoide vegetale, HDV ha un genoma circolare, ssRNA di 1.700 nucleotidi e può dirigere la biosintesi delle proteine associate a HDV. Il virus helper dell’HDV è il virus dell’epatite B (HBV). La coinfezione con HBV e HDV provoca cambiamenti patologici più gravi nel fegato durante l’infezione, ed è così che l’HDV è stato scoperto per la prima volta.

Prioni

Un tempo, gli scienziati credevano che ogni particella infettiva dovesse contenere DNA o RNA. Poi, nel 1982, Stanley Prusiner, un medico che studiava la scrapie (una malattia fatale e degenerativa nelle pecore) ha scoperto che la malattia era causata da particelle infettive proteiche, o prioni. Poiché le proteine sono acellulari e non contengono DNA o RNA, le scoperte di Prusiner furono inizialmente accolte con resistenza e scetticismo; tuttavia, la sua ricerca fu alla fine convalidata, e ricevette il premio Nobel per la fisiologia o la medicina nel 1997.

Un prione è una forma mal piegata di una normale proteina (PrPc) presente nella cellula. Questa proteina prionica canaglia (PrPsc), che può essere causata da una mutazione genetica o verificarsi spontaneamente, può essere infettiva, stimolando altre proteine normali endogene a diventare mal ripiegate, formando placche (vedi Figura 2). Oggi, i prioni sono noti per causare varie forme di encefalopatia spongiforme trasmissibile (TSE) nell’uomo e negli animali.

Figura 2. La proteina prionica normale endogena (PrPc) è convertita nella forma che causa la malattia (PrPsc) quando incontra questa forma variante della proteina. La PrPsc può sorgere spontaneamente nel tessuto cerebrale, specialmente se è presente una forma mutante della proteina, o può provenire da prioni malformati consumati nel cibo che alla fine trovano la loro strada nel tessuto cerebrale. (credito b: modifica del lavoro di USDA)

TSE è una rara malattia degenerativa che colpisce il cervello e il sistema nervoso. L’accumulo di proteine canaglia fa sì che il tessuto cerebrale diventi simile a una spugna, uccidendo le cellule cerebrali e formando buchi nel tessuto, portando a danni cerebrali, perdita di coordinazione motoria e demenza (vedi Figura 3). Gli individui infetti sono mentalmente compromessi e diventano incapaci di muoversi o parlare. Non esiste una cura, e la malattia progredisce rapidamente, portando infine alla morte in pochi mesi o anni.

Figura 3. La malattia di Creutzfeldt-Jakob (CJD) è una malattia mortale che causa la degenerazione del tessuto neurale. (a) Queste scansioni cerebrali confrontano un cervello normale con uno con CJD. (b) Rispetto a un cervello normale, il tessuto cerebrale di un paziente CJD è pieno di lesioni simili a spugne, che risultano da formazioni anomale della proteina prionica. (credito a (a destra): modifica del lavoro del Dr. Laughlin Dawes; credito b (in alto): modifica del lavoro di Suzanne Wakim; credito b (in basso): modifica del lavoro dei Centers for Disease Control and Prevention)

Le TSE nell’uomo includono il kuru, l’insonnia familiare fatale, la malattia di Gerstmann-Straussler-Scheinker e la malattia di Creutzfeldt-Jakob (vedi Figura 3). Le TSE negli animali includono la malattia della mucca pazza, la scrapie (in pecore e capre), e la malattia del deperimento cronico (in alci e cervi). Le TSE possono essere trasmesse tra gli animali e dagli animali agli esseri umani mangiando carne o mangime contaminati. La trasmissione tra gli esseri umani può avvenire attraverso l’ereditarietà (come è spesso il caso della GSS e della CJD) o attraverso il contatto con tessuti contaminati, come potrebbe avvenire durante una trasfusione di sangue o un trapianto di organi. Non ci sono prove di trasmissione attraverso il contatto casuale con una persona infetta. La tabella 1 elenca le TSE che colpiscono gli esseri umani e le loro modalità di trasmissione.

I prioni sono estremamente difficili da distruggere perché sono resistenti al calore, ai prodotti chimici e alle radiazioni. Anche le procedure standard di sterilizzazione non garantiscono la distruzione di queste particelle. Attualmente, non esiste un trattamento o una cura per la malattia TSE, e le carni contaminate o gli animali infetti devono essere trattati secondo le linee guida federali per prevenire la trasmissione.