Il virus SARS-CoV-2, responsabile della recente pandemia di Covid-19, ha la capacità di cambiare la struttura 3D del genoma della cellula ospite. Un recente studio pubblicato su Nature Communications, condotto da Andrea Maria Chiariello e Mario Nicodemi del Dipartimento di Fisica 'Ettore Pancini' dell'Università Federico II, svela la prima ricostruzione tridimensionale del genoma di una cellula infettata da SARS-CoV-2 e rivela come il virus altera i meccanismi di organizzazione spaziale dei cromosomi.

Il modo in cui i cromosomi si ripiegano nel nucleo delle cellule è fondamentale per la regolazione dei geni e quindi per l'attività della cellula. Infatti, esistono complesse strutture organizzative su varie scale di lunghezza che definiscono una vera e propria geografia dei cromosomi. Quando il virus SARS-CoV-2 infetta la cellula, tale geografia può essere modificata con importanti conseguenze sulla regolazione di geni coinvolti per la risposta della cellula all'infezione.

Il risultato raggiunto da Chiariello e da Nicodemi, insieme con Andrea Fontana, Alex Abraham, Simona Bianco, Andrea Esposito e con gli altri membri del gruppo che hanno lavorato al progetto, è stato ottenuto grazie alle esclusive competenze maturate durante le attività di ricerca d'avanguardia svolte presso il dipartimento di Fisica dell'ateneo federiciano e in collaborazione con la sezione di Napoli dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN).

Utilizzando sofisticate teorie di fisica e simulazioni numeriche eseguite con supercomputer, è stato possibile ricostruire per la prima volta il modello tridimensionale del genoma di una cellula infettata da SARS-CoV-2. Grazie a questo modello, è stato possibile capire che il virus altera i meccanismi fisici alla base del ripiegamento del nostro DNA nel nucleo producendo, su scale più grandi, un fenomeno di mixing di regioni che tipicamente risultano più separate nello spazio. Su scale più piccole, a livello dei geni, la struttura diventa meno specifica rendendo meno stabili i contatti fra regolatori e i geni responsabili della risposta antivirale, con conseguente riduzione della difesa della cellula all'infezione. Tali cambiamenti nella struttura genomica sembrerebbero peculiari di SARS-CoV-2, poiché con altri virus, ad esempio quello del raffreddore comune, essi risultano molto più limitati.

Lo studio suggerisce che SARS-CoV-2 altera i processi fisici che determinano la struttura 3D dei cromosomi della cellula ospite, producendo un indebolimento dei meccanismi di difesa dal virus e potenzialmente individua uno dei motivi che spiega la gravità dell'infezione da Covid-19.