pc 24 febbraio - info: La minaccia dei coronavirus - Una spiegazione scientifica

di Simon Makin/Scientific American

Fotografia al microscopio elettronico del coronavirus che causa la SARS © Agf/Callista Images 

L'epidemia attualmente in corso è causata dal virus 2019-nCoV, appartenente alla famiglia dei coronavirus, che comprende ceppi all'origine sia del comune raffreddore sia della letale SARS. I ricercatori stanno cercando di capire come evolvono questi patogeni e che cosa rende leggere oppure gravi le malattie che provocano.

Il nuovo coronavirus del 2019 (2019-nCoV) responsabile dell'epidemia in corso – che l'Organizzazione mondiale della Sanità ha dichiarato emergenza sanitaria pubblica internazionale – prende il nome dalla famiglia di virus a cui appartiene. Il termine "coronavirus" poteva essere inizialmente sconosciuto a molti, ma la maggior parte di noi
ha incontrato forme più blande di questi virus: quattro ceppi causano circa un quinto dei comuni casi di raffreddore. Altri tipi causano malattie endemiche in alcune popolazioni animali. Ma fino a meno di due decenni fa, tutte le varietà umane conosciute causavano malattie così lievi che la ricerca sui coronavirus è rimasta un po’ indietro.

Tutto è cambiato nel 2003, quando l'agente patogeno dietro l'epidemia di SARS (sindrome respiratoria acuta grave) in Cina è stato identificato come un coronavirus. "Nell’ambiente siamo rimasti tutti sorpresi", dice la microbiologa Susan Weiss dell'Università della Pennsylvania. "E abbiamo iniziato a preoccuparci davvero di questo gruppo di virus". Si ritiene che quell'epidemia sia iniziata quando un coronavirus è passato dagli animali – molto probabilmente zibetti – agli esseri umani, dando luogo a un tipo di malattia chiamata zoonosi. La propensione di questi virus a tali salti è stata evidente nel 2012, quando un altro virus è passato dai cammelli all'uomo, causando la MERS (sindrome respiratoria del Medio Oriente), che finora ha ucciso 858 persone, soprattutto in Arabia Saudita, cioè circa il 34 per cento dei contagiati.

Quasi certamente, la SARS, la MERS e il nuovo coronavirus hanno avuto tutti origine nei pipistrelli. L'analisi più recente del genoma 2019-nCoV ha rilevato che condivide il 96 per cento del suo RNA con un coronavirus precedentemente identificato in una precisa specie di pipistrello in Cina. "Questi virus sono stati a lungo diffusi tra i pipistrelli" senza far ammalare gli animali, spiega Stanley Perlman microbiologo dell'Università dell'Iowa. Ma non c'erano pipistrelli in vendita al mercato animale di Wuhan, in Cina, dove si pensa che sia iniziata l'attuale epidemia, suggerendo che probabilmente era coinvolta una specie ospite intermedia. Questa situazione sembra essere una caratteristica comune a queste epidemie: gli ospiti intermedi possono aumentare la diversità genetica dei virus facilitando più o diverse mutazioni.

Ma cos'è un coronavirus? Qual è il fattore che determina se, quando e come passa agli esseri umani e quanto sarà contagioso? E cos'è che fa la differenza tra un caso di raffreddore e una malattia mortale? Negli anni trascorsi da quando questi virus sono emersi per la prima volta come una grave minaccia globale per la salute, i ricercatori hanno studiato la loro biologia molecolare nel tentativo di rispondere a queste domande.

Anatomia di un coronavirus
I coronavirus sono virus capsulati a RNA a singolo filamento: ciò significa che il loro genoma consiste di un filamento di RNA (invece che di DNA) e che ogni particella virale è avvolta in un "involucro" proteico. I virus fanno tutti fondamentalmente la stessa cosa: invadono una cellula e cooptano alcuni dei suoi componenti per fare molte copie di se stessi, che poi infettano altre cellule. Ma la replicazione dell'RNA manca tipicamente dei meccanismi di correzione degli errori che le cellule utilizzano quando copiano il DNA, quindi i virus a RNA sono affetti da errori durante la replicazione.

I coronavirus hanno il genoma più lungo di qualsiasi virus a RNA – consiste di 30.000 lettere o basi – e quanto più materiale viene copiato da un agente patogeno, tante più possibilità ci sono di commettere errori. Il risultato è che questi virus mutano molto rapidamente. Alcune di queste mutazioni possono conferire nuove proprietà, come la capacità di infettare nuovi tipi di cellule o persino nuove specie.

Una particella di coronavirus è costituita da quattro proteine strutturali: nucleocapside, pericapside, membrana e spicola. Il nucleocapside forma il nucleo genetico, incapsulato in una bolla formata dalle proteine del pericapside e della membrana. La proteina della spicola forma delle sporgenze a forma di clava che sporgono da tutta la bolla, facendo somigliare il tutto a una corona regale o alla corona del Sole, da cui il nome del virus. Queste protrusioni si legano ai recettori presenti sulle cellule ospiti, determinando i tipi di cellule – e quindi la gamma di specie – che il virus può infettare.

Tecnici di laboratorio studiano campioni del nuovo coronavirus in un laboratorio in Thailandia, uno dei tanti impegnati nelle ricerche sul patogeno 

La differenza principale tra i coronavirus che causano un raffreddore e quelli che causano una grave malattia è che i primi infettano principalmente le vie aeree superiori (il naso e la gola), mentre i secondi prosperano nelle vie aeree inferiori (i polmoni) e possono portare alla polmonite. Il virus della SARS si lega ad un recettore chiamato ACE2, e la MERS si lega a un recettore chiamato DPP4: entrambi si trovano, tra l'altro, nelle cellule polmonari. Le differenze nella distribuzione di questi recettori nei tessuti e negli organi possono spiegare le differenze tra le due malattie, come il fatto che la MERS è più letale della SARS e presenta sintomi gastrointestinali più evidenti. La MERS non è molto contagiosa, però, il che potrebbe essere correlato ai recettori. "Il DPP4 è altamente espresso nei bronchi inferiori, le vie aeree che portano ai polmoni, quindi bisogna avere un gran numero di virus in entrata, perché le nostre vie aeree sono molto efficienti nel filtrare gli agenti patogeni", dice la virologa Christine Tait-Burkard dell'Università di Edimburgo. "È necessaria un'esposizione prolungata e intensa per raggiungere i polmoni, ed è per questo che vediamo ammalarsi persone che lavorano a stretto contatto con i cammelli".

Al contrario, poiché gli agenti patogeni possono entrare e uscire più facilmente dalle vie aeree superiori, i virus che si replicano lì sono più contagiosi. Inoltre, "la capacità di replicarsi a temperature diverse fa una grande differenza, perché le vie respiratorie superiori sono più fredde", dice Tait-Burkard. "Se il virus è più stabile a quelle temperature, non arriva alle vie aeree inferiori". Le vie aeree inferiori sono anche un ambiente più ostile dal punto di vista biochimico e immunologico, aggiunge. L'analisi del 2019-nCoV suggerisce che il nuovo virus, come la SARS, utilizzi l'ACE2 per entrare nelle cellule. Questo è coerente con il fatto che finora sembra essere meno letale della MERS (l'attuale tasso di mortalità stimato per il nuovo coronavirus sembra di circa il 2 per cento, ma la cifra potrebbe cambiare con l'evolversi dell'epidemia e l'aumento dei casi rilevati).

Il quadro però si complica rapidamente, perché i virus che utilizzano lo stesso recettore possono portare a malattie drasticamente diverse. Un coronavirus umano chiamato NL63 si lega allo stesso recettore della SARS, ma provoca solo infezioni delle vie respiratorie superiori, mentre la SARS infetta principalmente le vie respiratorie inferiori. "Non sappiamo perché", dice Perlman. Un'altra stranezza è che il recettore ACE2 è espresso prevalente nel cuore, ma la SARS non infetta le cellule del cuore. "Questa è una chiara indicazione che sono coinvolti anche altri recettori, o co-recettori", dice il biologo molecolare Burtram Fielding dell'University of Western Cape di Città del Capo, in Sudafrica.

Il virus che si lega a un recettore è solo il primo passo nel processo di ingresso delle cellule. Quando un virus si lega a una cellula ospite, i due iniziano a trasformarsi insieme, e altre proteine virali possono legarsi ad altri recettori. "A rendere efficiente l'ingresso non è solo l'unico recettore principale", dice Fielding. "Potrebbero essercene anche altri".

La corsa agli armamenti con il sistema immunitario
Un'altra importante caratteristica dei coronavirus sono le loro proteine "accessorie", che sembrano coinvolte nell'eludere la risposta immunitaria innata dell'ospite, la prima linea di difesa dell'organismo.

La risposta viene innescata quando una cellula rileva un invasore e rilascia proteine chiamate interferoni, che interferiscono con la replicazione del patogeno. Gli interferoni innescano cascate di attività antivirale, dall'arresto della sintesi proteica dell'ospite alla morte cellulare indotta. Purtroppo, la maggior parte di questi processi è anche negativa per l'ospite. "Gran parte della malattia è in realtà dovuta alla reazione immunitaria – l'infiammazione – e agli effetti distruttivi indotti dai virus", dice Weiss. "Questo determinerà anche quanto è virulento un virus: in che misura viene indotta una risposta immunitaria distruttiva invece di una semplice risposta protettiva?"

Questo aspetto è anche il motivo per cui le condizioni mediche esistenti sono così importanti. La maggior parte delle persone decedute a causa del nuovo coronavirus fino a oggi "aveva delle comorbilità, come malattie autoimmuni, o infezioni secondarie, che possono diventare molto più aggressive quando il nostro sistema immunitario innato è impegnato a combattere un virus", dice Tait-Burkard. "Ecco perché la cosa importante è curare le persone per le comorbilità e dare loro antibiotici per fermare le infezioni batteriche che prendono piede".

Naturalmente, lo scopo della risposta immunitaria è eliminare gli invasori, quindi i virus mettono in atto alcune contromisure. È questo il tratto che differisce maggiormente tra i vari coronavirus.