I coronavirus come il Covid 19 appartengono al genere degli “enveloped viruses”. Questi virus sono dotati di una membrana protettiva costituita da molecole denominate lipidi (dal greco lipos, che significa grasso). I lipidi delle membrane cellulari hanno la peculiarità di possedere una lunga catena idrocarburica apolare e perciò idrofoba ed una testa polare e perciò idrofila. Le molecole lipidiche sono organizzate in modo da costituire una barriera protettiva contro gli agenti esterni. L’acqua contribuisce alla compattezza delle molecole allineate di lipidi della barriera mediante idratazione delle teste fortemente polari che si trovano sulla superficie della membrana.
Ma se l’acqua evapora od in qualche modo viene sottratta, viene a mancare il “collante” fra le teste polari e di conseguenza la membrana si sfalda. Quindi la presenza di un ambiente umido è fondamentale per l’integrità della barriera protettiva del virus.
Ed è inevitabile che i climi che favoriscono l’evaporazione dell’acqua dalle superfici umide (caldo, aria secca, ventilazione), creano condizioni estremamente favorevoli per la disidratazione e di conseguenza la distruzione del virus, in quanto si verrebbe a trovare in una condizione simile a quella del “pesce fuor d’acqua”: senza un ambiente acquoso, necessario per la funzionalità del suo organismo, muore.
I lipidi della barriera protettiva sono sensibili anche alla radiazione UV, che favorisce l’ossidazione dei lipidi contenenti insaturazioni nella catena, mediante formazione di radicali perossidici.
Questi fenomeni fanno sì che nella stagione calda, la presenza degli enveloped viruses si riduce enormemente per l’azione combinata della disidratazione provocata dal caldo e per le distruzione dei lipidi provocata dalla radiazione UV. Con questo non si vuole affermare che il virus scompare. Si vuole evidenziale che il clima estivo è un ambiente non favorevole alla sopravvivenza del virus e che e la sua esposizione in questo ambiente lo conduce inevitabilmente alla distruzione nel giro di pochissimo tempo.
Il pericapside dei coronavirus
I coronavirus hanno una membrana protettiva di lipidi, principalmente fosfolipidi, chiamata pericapside (o peplos). I lipidi sono organizzati con le molecole affiancate come fiammiferi in una scatola in un doppio strato, con le teste polari rivolte verso le due superfici esterne del doppio strato.
Le molecole dello strato lipidico hanno anch’esse la necessità della presenza di acqua affinchè la membrana protettiva rimanga integra, perché l’acqua, idratando le cariche dei gruppi fosfatici e amminici delle teste polari, permette che esse rimangano unite per attrazione elettrostatica. Ovviamente, senza l’acqua, le cariche opposte sulle teste polari “salificano”, cioè si “accoppiano” fra di loro, con annullamento dei campi elettrici emessi dalle parti ioniche dei fosfolipidi e destabilizzazione della struttura.
Le forze apolari che tengono unite le catene idrocarburiche dei lipidi sono deboli forze di Van der Waals e non sono sufficienti, da sole a mantenere compatta la struttura lipidica che quindi si sfalda
Per rendere l’idea del contributo dell’acqua alla compattezza di questa struttura, consideriamo i castelli di sabbia che costruiscono i bambini sulle spiagge: con la sabbia bagnata prelevata sul bagna asciuga si costruisce il castello, ma poi col tempo, l’acqua evapora e pertanto il castello si sbriciola progressivamente, a meno che non venga in continuazione inumidito.
Nelle proteine invece l’acqua è più strettamente legata nella struttura a causa della più alta densità di cariche elettriche rispetto agli strati lipidici, e quindi più difficile da evaporare, e le catene di amminoacidi possono comunque riprendere la loro conformazione anche dopo che si è avuta un essiccamento della proteina. La membrana lipidica, una volta distrutta, non si ricostituisce più.
Ambiente caldo aperto e ventilato essicca e disintegra i virus con pericapside
Quindi la presenza di un ambiente umido è fondamentale per l’integrità della barriera protettiva del virus e per la sua esistenza. Ed è inevitabile che i climi che favoriscono l’evaporazione dell’acqua contenuta nelle goccioline di saliva od altri liquidi biologici o nel respiro delle persone che sono caldo, ventilazione ed aria secca creano le condizioni per una rapida distruzione del virus.
Che il caldo favorisca l’evaporazione dell’acqua è ampiamente noto a tutti. Forse è meno noto che la relazione è esponenziale. Questo vuol dire che, a parità di altri fattori, un aumento di 10°C comporta all’incirca un raddoppio della velocità di evaporazione
Chiunque di noi ha notato che quando si lava il pavimento, è necessario aprire le finestre o il balcone per fare asciugare più rapidamente le piastrelle. Allo stesso modo in un’area aperta e ventilata il ricambio dell’aria causato dalla ventilazione favorisce ulteriormente l’essiccamento delle goccioline contenenti il virus.
In conclusione: se il clima è caldo, l’acqua contenuta nei liquidi tende ad evaporare molto più velocemente rispetto all’inverno, dove le temperature sono molto più basse. E se l’ambiente è secco, cioè ha bassa umidità rispetto alla saturazione (in estate quasi sempre), la velocità di evaporazione dell’acqua, è molto più alta
La foto ossidazione dei raggi UV degrada la barriera lipidica
Le radiazioni ultraviolette UVB (280-320 nm) , incidendo sui doppi legami dei lipidi, sono in grado di generare radicali liberi, i quali, interagendo con l’ossigeno, possono provocare la “lipid peroxidation” che porta a reazioni a catena di decomposizione e reticolazione di quelle molecole
Quindi i lipidi della barriera, a causa delle insaturazioni (doppi legami) delle catene di acidi grassi dei fosfolipidi, sono particolarmente sensibili all’azione della radiazione UV e lo sono molto più delle altre biomolecole del virus, che fra l’altro sono racchiuse in gran parte entro il pericapside.
I raggi UV svolgono un’azione fondamentale sulla distruzione di particelle di virus disperse nell’ambiente e quando il virus è sotto forma di minutissime micelle di aerosol, cioè nebbioline quasi invisibili o addirittura come singole macromolecole che vagano nell’aria: quella è la condizione ottimale affinchè le radiazioni UV possano svolgere la loro azione di estrazione dell’idrogeno allilico dai doppi legami degli acidi grassi senza ostacoli che possano disperdere la radiazione UV.
Gli sviluppi futuri dell’ingegneria chimica
Col ritorno dell’autunno, si producono le condizioni favorevoli alla sopravvivenza dei Coronavirus: con l’abbassarsi delle temperature la disidratazione diventa parallelamente più difficoltosa e la potenzia raggiante del sole diventa insufficiente a degradare significativamente i lipidi di membrana: in queste condizioni, il tempo di sopravvivenza, dal punto di vista dell’integrità della barriera lipidica, potrebbe essere di mesi, fino al ritorno della stagione calda successiva.
Sulla base di queste considerazioni, penso che uno dei compiti futuri dell’Ingegneria Chimica sia quello di studiare materiali ed impianti di condizionamento dell’aria che abbiano efficienti caratteristiche antivirali. Il punto debole dei cornavirus è la barriera lipidica e gli ingegneri dovranno trovare quelle soluzioni tecnologiche che comportano la distruzione della barriera.
