Family Pox Herpes Adeno Papova Parvo Hepadna

Genome <---------------------------------------dsDNA--------------------------------------> ssDNA Partial dsDNA

Capsidsymmetry

Complex <---------------------------------------------Icosahedral-------------------------------------------------->

Envelope <-----------------Yes------------------> <-----------------------------No------------------------------> Yes

e.g. Vaccinia virus Herpes simplexvirus 2

Humanadenovirus

Papilloma Hepatitis BAdeno-Associated

Animal virus classification: DNA Viruses

Poxviridae•I Poxvirus sono noti da secoli •Prendono il nome dalle caratteristiche vescicole (“poxs”) prodotte dal virus del vaiolo (Smallpox)•Il faraone Ramses V mori’ di vaiolo nel 1157 b.c.

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POXVIRIDAE

La famiglia Poxviridae contiene 2 sottofamiglie in una sola esistono virus capaci di infettare l’ uomo

la maggior parte infettano solo specie diverse dall’uomo

( dagli insetti agli elefanti )

FAMIGLIA POXVIRIDAEFAMIGLIA POXVIRIDAESottofamiglia Genere SpecieChordopoxvirinaeChordopoxvirinae (vertebrate hosts)

Orthopoxvirus Vaccinia virus Parapoxvirus Orf virus Avipoxvirus Fowlpox virus Capripoxvirus Sheeppox virus Leporipoxvirus Myxoma virus Suipoxvirus Swinepox virus Molluscipoxvirus Molluscum contagiosumYatapoxvirus Yaba monkey tumor virus

EntomopoxvirinaeEntomopoxvirinae (insect hosts) Entomopoxvirus AEntomopoxvirus BEntomopoxvirus C

POXVIRIDAE

Non sono né icosaedrici, né elicoidali, si definiscono a struttura complessa. dsDNA 108 Mw capace di codificare per oltre 200 proteine

MorfologiaOvale o a forma di “mattone” lunghi dai 200 ai 400 nm possono essere visualizzati dai migliori microscopi ottici, ma si usa sempre il ME

Le particelle sono estremamente complesse e contengono OLTRE 100 proteine, tra cui almeno 10 enzimi

Le forme extra cellulari hanno 2 membrane, le forme intracellulari hanno solo una membrana interna

Corpi laterali: funzione ignota

Copyright ©2004 by the National Academy of Sciences

Fig. 1. Vaccinia virus, a representative poxvirus: virion structure (A)

GenomaDoppio filamento di DNA lineare di 130-300 kbp con le estremità legate.

La maggior parte dei geni essenziali sono localizzate nella porzione piùcentrale del genoma, mentre quelli non essenziali sono alle estremità.

Sono complessivamente presenti circa 250 geni.

Recettori: probabilmente più di uno per ogni tipo cellulare. Uno di questi (utile per il virus vaccinico) èprobabilmente l’ EGF (fattore di crescita epidermica)

CCR5 e CxCR4 per myxoma (CD4 coinvolto?)

Penetrazione complessa e coinvolge più di un meccanismo. La rimozione della membrana avviene in due fasi: eliminazione della membrana esterna quando il virus penetra ; rimozione della membrana interna per il definitivo passaggio del core nel citoplasma

Espressione Genica è regolata forse esclusivamente da enzimi virali associati con il core ed è divisa in due fasi:

GENI PRECOCI: ~ 50 % del genoma, espresso prima dellareplicazione del genoma

GENI TARDIVI: espressi dopo la replicazione del genoma; i promoter tardivi sono dipendenti dalla duplicazione del DNA per agire

ReplicazioneREPLICAZIONE CITOPLASMATICA

Ci sono alcuni contributi da parte del nucleo cellulare ma non è ancora ben chiaro a quale livello, ciò che si sa è che l’espressione genica e la replicazione in cellule denucleate avviene, ma la maturazione è bloccata.

La replicazione è piuttosto rapida: 12 ore

Copyright ©2004 by the National Academy of Sciences

Harrison, Stephen C. et al. (2004) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 101, 11178-11192

Fig. 2. The single-cell reproductive cycle of vaccinia virus

• Liberazione virioni per LISI CELLULARE

• Tropismo: Predilezione per le cellule epidermiche

FAMIGLIA POXVIRIDAE 8 GENERI

Poxvirus che infettano l’uomo:

genere virus ospite primario caratt. cliniche nell’uomo

Orthopox virus del uomo vaiolo vaiolo umano

virus del vaiolo bovini, felidi, lesioni sulle mani bovino roditori

virus del vaiolo scimmie e delle scimmie scoiattoli

Parapox virus bovini lesioni nodulari localizzate paravaccinico (noduli dei “mungitori” )

virus della ovini, caprini lesioni vescicolo- dermatite granulomatose pustolare localizzate contagiosa ( orf )

? virus del tanapox scimmie lesioni cutanee vescicolari e malattia febbrile Molluscipox

virus del mollusco uomo noduli cutanei piccoli multipli contagioso

INFEZIONI UMANE DA POXVIRUS

• Vaiolo

• Mollusco contagioso

• Vaiolo delle scimmie

• Vaiolo bovino e pseudo vaiolo bovino

Virus del Vaiolo:

Poxviruses•Il faraone Ramses V mori’ di vaiolo nel 1157 b.c.•La malattia raggiunse l’Europa nel 710 e trasferita in America nel 1520•Nel 18° secolo in Europa il vaiolo èstato una piaga di dimensione enormi•È altamente infettivo

Il virus del vaiolo è stato eradicato nel 1980.

VAIOLO

Infezione esclusiva della specie umana, eradicata in tutto il mondo

Trasmissione: contatto diretto con uomini malati ( cute / via respiratoria )

Evoluzione:

replicazione sito invasione circolo captato da di penetrazione linfonodi ( viremia macrofagi cute satelliti breve ) cell. ret./end. vie respiratorie

replicazione milza e fegato

vescicole cute replicazione circolo nell’endotelio (viremia

dei capillari massiccia) e delle venule pustole

• Trasmissione: contatto diretto o indiretto con uomini malati (via respiratoria, cute)

• Incubazione 7 -17 giorni.• Sintomi iniziali:f ebbre mal di testa e schiena• Eruzione dopo 2-4 giorni - Progressione caratteristica• Le croste cadono dopo 3-4 settimane• Mortalità: circa il 30%

FEVE

RRA

SH

Pre-eruption Papules-Vesicles Pustules Scabs

Onset of rash

Days – 4 – 3 – 2 – 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 21

Uno degli ultimi casi di vaiolo in Somalia

La densità delle lesioni è maggiore in viso

che sul tronco

Pocks are usually present on the palms of the hands and on the soles of the feet.

In vitro: si replica in colture cellulari umane o di altri primati (inclusioni citoplasmatiche eosinofile presenti anche in viv

CORPI DEL GUARNIERI ) Diagnosi: clinica facile isolamento del virus ormai non più necessaria emoagglutinazione

Sierologia: (emoagglutinina, quindi inibizione dell’ emoag.)

Profilassi: 1° vaccinazione: Jenner (virus bovino)

VACCINAZIONE

- scarificazione cutanea di virus vaccinico 3-4 giorni papula vescicola ombelicata febbre reazione linfo-ghiandolare

inizia 10° giorno CROSTA l’immunità

1 settimana distacco cicatrice permanente

Clinical Features of Poxvirus Infection

Smallpox Vaccine History• 1796 - Edward Jenner demonstrated that skin inoculation of

cowpox virus provided protection against smallpox infection• 1805 - Italy, first use of smallpox vaccine manufactured on calf

flank• 1864 - Widespread recognition of utility of calf flank smallpox

vaccine• 1940’s - Development of commercial process for freeze-dried

vaccine production (Collier)• 1950 - Pan American Sanitary Organization initiated

hemisphere-wide eradication program• 1967 - Following USSR proposal (1958) WHO initiated Global

Eradication Program• 1977 - Oct. 26, 1977 last known naturally occurring smallpox

case recorded in Somalia• 1980 - WHO announced world-wide eradication

L’eradicazione del vaiolo è stata possibile per 3 ragioni:

1) Non ci sono altri serbatoi se non l’uomo

2) Questi virus causano infezioni acute (esito o fatale o life-long immunity)

3) Sono forti immunogeni

L’espressione genica dei POX virus è statastudiata nel dettaglio

1) per il loro importante ruolo nella patologia umana(almeno nel passato)

2) per l’utilizzo come vettori di espressione per genieterologhi e l’interesse nell’uso di vaccini

3) Per il loro possibile uso come arma di bioterrorismo

PoxvirusPoxvirus come vettori genicicome vettori genici

POXVIRUS COME VETTORI

• Virus di grosse dimensioni• Grosso genoma con il 25% dei geni non è essenziale alla

replicazione• I geni non essenziali possono essere sostituiti con geni di

interesse

In animali: vaccino contro la rabbia funziona benenell’ uomo alcuni sono in trial clinico

Makes use of homologousrecombination in infectedcells to introduce foreignDNA coupled to VV promoter (e.g. tk) into virus genome.

Problems for human poxvirus vaccines:

The % of the human population which has already beenvaccinated - lifelong protection may result in poor response torecombinant vaccines (?).

Dangerous in immunocompromised hosts.The possible solution tothis may be to use Avipoxvirus vectors, e.g. fowlpox or canarypox as 'suicide vectors' - undergo abortive replication in mammalian cells:– can express high levels of foreign proteins– no danger of pathogenesis– no natural immunity in humans

Pasteur Merieux Connaught's AIDS vaccine ALVAC-HIV (vCP205) consists of a recombinant canarypox vector expressing variousHIV genes (gp120, gag and pro). Phase III clinical trials of thisvaccine are currently planned to test it's efficacy.

Virus del vaiolo come agente di bioterrorismoIl virus del vaiolo sia stato eradicatoI ceppi disponibili nei laboratori sono stati ufficilmente distrutti (ne sono rimasti due Uno in Russia e l’ altro in America)Possibilità di utilizzare un altro Orthopox (es: monkeypox, camelpox…)Possibilità di modificare il genoma di un orthopox (es camelpox) in modo che possa causare malattia nell’uomo (es inserendo geni che codificano per citochine di tipo Th2)Aumento del salto di specie (es. Trasmissione dal ratto all’uomo dell’infezione di Cowpox) dovuto all’adattamento di orthopox al genere umano.

Necessità di produrre adeguate scorte di vaccino

Problemi inerenti un attacco di vaioloProblemi inerenti un attacco di vaiolo

Il virus non facilmente disponibileIl mercato nero internazionale è, probabilmente, l’ unica

possibile fonte

La Vaccinazione antiLa Vaccinazione anti--vaiolosavaiolosa è stata sospesa alla fine degli anni 70

Tutta la popolazione di età inferiore ai 30 anni è vulnerabile

E i vaccinati sono ancora protetti?

WORLD HEALTH ORGANIZATIONEXECUTIVE BOARD EB106/3106th Session 10 April 2000

Smallpox eradication: destruction of virus stocks

Report by the Secretariat

Problemi inerenti un attacco di vaioloProblemi inerenti un attacco di vaiolo

Un attacco usando questo virus richiede strategie sofisticate e cerca il panico pubblico

Oggi il disastro sarebbe assicurato con un 30% circa di mortalità

Dosi di Vaccino in ItaliaDosi di Vaccino in ItaliaNovembre 2001: 500.000Novembre 2002: 5.000.000

Laboratori ad alta sicurezzaLaboratori ad alta sicurezza: 2

Reparti ad alto isolamentoReparti ad alto isolamento: 5

Vaiolo delle scimmie- Presente solo nelle aree dell’Africa Occidentale coperte da foreste pluviali. Zoonosi: infezione sistematica assai simile al vaiolo con tasso di mortalità del 30% ca. 85-95: oltre 300 casi, quasi tutti i bambini avevano giocato con scimmie. - Diffusione inter-umana rara. Preoccupazione OMS mutazione grande epidemia? ( sembra raro perché i virus a DNA sembrano molto più stabili dei virus a RNA)

Il virus del vaiolo umano potrebbe essere sostituito dal virus del vaiolo della scimmia come agente di bioterrorismo

ParapoxvirusLesioni pustolose mani e viso dopo il contatto con animali (ovini, caprini,

bovini) infetti.Noduli dei mungitori: si risolvono in qualche settimana.

Tanapoxvirus( fiume Tana in Kenia )

Diffusa nelle scimmie, sembra trasmessa da punture di insetti.Febbre e lesione vescicolare: si risolve in pochi giorni.

Mollusco contagioso

• Infezione esclusiva della specie umana. • Comparsa di noduli epidermici singoli o multipli in ogni zona del corpo, tranne che sul palmo delle mani e la pianta dei piedi.

Nel bambino le lesioni tendono a localizzarsi sul viso, al tronco ed agli arti particolare ascelle,regione antecubitale e crurale).

nell’ individuo adulto è comune l'interessamento della regione addominale inferiore, della parte superiore delle cosce, dell'area pubica e genitale. Talvolta si presenta nelle mucose delle labbra, della lingua, della bocca, d congiuntiva. Le lesioni tendono spesso a raggrupparsi, ma possono

distribuirsi in maniera diffusa.

• NB: Iperplasia delle cellule dello strato basale che hanno un ritmo di moltiplicazione raddoppiato (3 gg invece di 6 gg)

Il mollusco contagioso si presenta comunemente come una piccola lesione cupoliforme, dura, del diametro di 2-6 mm, con una piccola ombelicatura al centro. Il loro colore inizialmente è simile a quello della cute; in seguito esse appaiono traslucide, grigio-perlacee, rosate, talora giallognole.

Mollusco contagioso • Trasmissione: piccole lesioni di continuo dell’ epidermide contagio interumano diretto o indiretto ( es. piscine: piccole epidemie) Il mollusco contagioso può anche essere trasmesso sessualmente se le lesioni sono presenti nella zona genitale. • Il virus non è ancora stato coltivato in vitro (inf. abortiva ) DNA purificato analisi con enzimi di restrizione 3sottotipi genomici • Risposta immune: assente perché il virus non arriva al derma e quindi non incontra le cellule del sistema immunitario

Diagnosi

Generalmente la diagnosi di mollusco contagioso si basa sull'aspetto delle lesioni.

TerapiaIl mollusco contagioso può guarire spontaneamente, nell'arco di mesi od anni. Tuttavia il trattamento mediante curettaggio può essere indicato per evitare l'autoinoculazione o la trasmissione ad altri soggetti.Sarà lo specialista dermatologo a valutare quale sia il trattamento migliore in rapporto al numero e alla localizzazione delle lesioni, tenendo ovviamente presente che più precoce è la diagnosi e minore è il numero delle lesioni, più facile sarà controllarne la diffusione.