Virus platonici - il ruolo della geometria nella forma delle particelle virali

Si dice che Platone, uno dei più grandi pensatori dell’antichità, avesse fatto scrivere, all’ingresso della scuola da lui fondata, che prese il nome di Accademia, la seguente frase: “Non entri qui chi non sa di geometria”.

Questa affermazione la dice lunga sulla considerazione che Platone aveva per questa disciplina della matematica che si occupa di studiare le forme.

In uno dei suoi dialoghi, il Teeteto, dedicato ad un suo discepolo, egli riprende il tema della geometria. Teeteto non era un apprendista qualunque; allievo oltre che di Platone anche del matematico Teodoro, a lui viene attribuita la dimostrazione dell’esistenza di soli cinque solidi regolari che egli, in onore al suo maestro, chiama Solidi platonici.

Uno di essi, il tetraedro, riveste un’importanza fondamentale in chimica organica perché rappresenta la struttura spaziale di alcune importanti molecole come ad esempio il metano in cui il carbonio, con ibridazione sp3, lega altri quattro atomi che si trovano proprio ai vertici di un tetraedro con angoli di legame di circa 109°.

Un altro, l’icosaedro, sembra essere la forma preferita da molti virus che hanno scelto, per l’involucro che racchiude l’acido nucleico detto “capside”, proprio la forma di questo solido platonico.

 

 

 

Tra quelli che hanno adottato la forma icosaedrica c’è un gruppo di virus assai diffusi: gli adenovirus, agenti patogeni delle alte vie respiratorie causa di varie malattie quali faringite, tosse e tonsillite; essi sono molto studiati non solo per trovare rimedi efficaci alle patologie provocate ma anche perché molto spesso vengono adoperati come “vettori”, cioè agenti in grado di portare geni all’interno delle cellule che essi infettano: ciò trova applicazione nelle terapie geniche allorquando alcuni adenovirus anche se non in grado di provocare malattie vengono messi in condizioni di introdurre, all’interno di una cellula che ne difetta, un gene umano che, mediante tecniche di ingegneria genetica, è stato caricato nel capside al posto del materiale genetico originale. Un’altra applicazione è l’uso di adenovirus nella sintesi di alcuni vaccini.

Essendo di dimensioni estremamente ridotte che vanno dai 20 agli 800 nanometri, i virus devono trovare una perfetta ottimizzazione che consenta di conciliare la funzionalità delle proprie strutture con il ridottissimo spazio a disposizione.

Per oltre mezzo secolo i ricercatori hanno dato credito a due teorie per spiegare il vantaggio della struttura icosaedrica:

 

1. Una prima ipotesi, nota come principio di economia genetica di Crick e Watson, afferma che, avendo i virus limitate capacità di codificare per le proteine del capside, è vantaggiosa la costruzione di strutture simmetriche che hanno “costi ridotti” pur permettendo di ottenere involucri adatti ad accogliere il materiale genetico

2. La seconda è il principio di quasi-equivalenza di Caspar e Klug che pone l’accento su come le proteine riescano a disporsi in zone localmente equivalenti o quasi equivalenti della superficie capsidica secondo uno schema ripetitivo; ciò permetterebbe ai virus di “sprecare” solo una parte ridotta del loro materiale genetico per la costruzione dell’involucro, destinandone la maggior parte all’elaborazione di quelle strutture che ne garantiscono una maggiore virulenza e capacità di propagazione.

 

C’è però da dire che l’argomento è tutt’altro che esaurito dal momento che negli ultimi anni immagini di virus ottenute con strumenti ad altissima risoluzione fanno pensare che alcune strutture non sono in accordo con i principi sopra descritti.

In tempi recenti scienziati dell’Università di York e della San Diego State University hanno elaborato nuove ipotesi per prevedere la posizione delle proteine all’interno dei capsidi di forma icosaedrica che funzionerebbe sia per quei virus che rispettano il principio di Caspar e Klug, sia per quelli che invece non rispondono a questo modello.

In ogni caso l’importanza di comprendere la geometria delle particelle virali è di fondamentale importanza per l’elaborazione di nuove strategie atte a combattere questi microscopici parassiti che, e il periodo che stiamo vivendo lo dimostra ampiamente, sono in grado di mettere l’umanità in ginocchio. 

Capire infatti i criteri con cui i virus costruiscono le proprie strutture ci fornirebbe preziose informazioni sulla loro stabilità e modalità di infezione che potrebbero risultare decisive nella guerra che essi ci hanno dichiarato e che, per il momento, purtroppo, stanno anche vincendo.

Ancora una volta scende in campo la matematica, regina di tutte le scienze, che potrebbe costituire la chiave di volta per liberare l’umanità da quella che, secondo alcuni, è una minaccia ancora più grande di una guerra nucleare, e, se un tempo questa visione poteva essere considerata solo una fantasia da romanzo, oggi che stiamo vivendo la pandemia causata dal Covid 19 non sembra più un’opinione tanto balzana.