La parola virus apparve nel 1599 e originariamente significava “veleno”. Si trattava dell’applicazione di materiali provenienti da malati di vaiolo per immunizzare gli altri. Nel 1717 Lady Mary Wortley Montagu osservò la pratica a Istanbul e tentò di renderla popolare in Gran Bretagna, ma incontrò una notevole resistenza. Nel 1796 Edward Jenner sviluppò un metodo molto più sicuro, usando il vaiolo bovino per immunizzare con successo un ragazzo contro il vaiolo, e questa pratica fu ampiamente adottata. Seguirono le vaccinazioni contro altre malattie virali, compresa la vaccinazione contro la rabbia di Louis Pasteur nel 1886. La natura dei virus, tuttavia, non era chiara a questi ricercatori.
Nel 1892, il biologo russo Dmitry Ivanovsky usò un filtro Chamberland per cercare di isolare i batteri che causavano la malattia del mosaico del tabacco. I suoi esperimenti dimostrarono che gli estratti di foglie schiacciate da piante di tabacco infette rimanevano infettivi dopo la filtrazione. Ivanovsky riferì che un minuscolo agente infettivo o tossina, capace di passare il filtro, potrebbe essere prodotto da un batterio.
Nel 1898 Martinus Beijerinck ripeté il lavoro di Ivanovski ma andò oltre e passò l'”agente filtrabile” da pianta a pianta, trovò l’azione immutata e concluse che era infettivo – replicandosi nell’ospite – e quindi non una semplice tossina. Lo chiamò contagium vivum fluidum. La questione se l’agente fosse un “fluido vivente” o una particella era comunque ancora aperta.
Nel 1903 fu suggerito per la prima volta che la trasduzione da virus poteva causare il cancro. Nel 1908 Bang ed Ellerman dimostrarono che un virus filtrabile poteva trasmettere la leucemia dei polli, dati largamente ignorati fino agli anni ’30 quando la leucemia fu considerata cancerosa. Nel 1911 Peyton Rous riportò la trasmissione del sarcoma del pollo, un tumore solido, con un virus, e così Rous divenne “padre della virologia dei tumori”. Il virus fu poi chiamato Rous sarcoma virus 1 e capito essere un retrovirus. Da allora sono stati descritti diversi altri retrovirus che causano il cancro.
L’esistenza di virus che infettano i batteri (batteriofagi) fu riconosciuta per la prima volta da Frederick Twort nel 1911 e, indipendentemente, da Félix d’Herelle nel 1917. Poiché i batteri potevano essere coltivati facilmente in coltura, questo portò ad un’esplosione della ricerca virologica.
La causa della devastante pandemia di influenza spagnola del 1918 non era inizialmente chiara. Alla fine del 1918, gli scienziati francesi dimostrarono che un “virus filtrante” poteva trasmettere la malattia alle persone e agli animali, soddisfacendo i postulati di Koch.
Nel 1926 fu dimostrato che la scarlattina è causata da un batterio che viene infettato da un certo batteriofago.
Mentre i virus vegetali e i batteriofagi possono essere coltivati con relativa facilità, i virus animali richiedono normalmente un animale ospite vivo, il che complica immensamente il loro studio. Nel 1931 fu dimostrato che il virus dell’influenza poteva essere coltivato in uova di gallina fecondate, un metodo che è usato ancora oggi per produrre vaccini. Nel 1937, Max Theiler riuscì a coltivare il virus della febbre gialla in uova di pollo e produsse un vaccino da un ceppo virale attenuato; questo vaccino salvò milioni di vite e viene usato ancora oggi.
Max Delbrück, un importante ricercatore nel campo dei batteriofagi, descrisse il “ciclo di vita” di base di un virus nel 1937: piuttosto che “crescere”, una particella di virus viene assemblata dai suoi pezzi costituenti in una sola fase; infine lascia la cellula ospite per infettare altre cellule. L’esperimento Hershey-Chase nel 1952 dimostrò che solo il DNA e non le proteine entrano in una cellula batterica dopo l’infezione con il batteriofago T2. La trasduzione di batteri da parte di batteriofagi fu descritta per la prima volta nello stesso anno.
Nel 1949 John F. Enders, Thomas Weller e Frederick Robbins riportarono la crescita di poliovirus in cellule embrionali umane coltivate, il primo esempio significativo di un virus animale cresciuto al di fuori di animali o uova di gallina. Questo lavoro aiutò Jonas Salk a derivare un vaccino contro la poliomielite dai virus della poliomielite disattivati; questo vaccino si dimostrò efficace nel 1955.
Il primo virus che poteva essere cristallizzato e la cui struttura poteva, quindi, essere chiarita in dettaglio era il virus del mosaico del tabacco (TMV), il virus che era stato studiato precedentemente da Ivanovski e Beijerink. Nel 1935, Wendell Stanley ottenne la sua cristallizzazione per la microscopia elettronica e dimostrò che rimane attivo anche dopo la cristallizzazione. Immagini chiare di diffrazione dei raggi X del virus cristallizzato furono ottenute da Bernal e Fankuchen nel 1941. Sulla base di tali immagini, Rosalind Franklin propose la struttura completa del virus del mosaico del tabacco nel 1955. Sempre nel 1955, Heinz Fraenkel-Conrat e Robley Williams dimostrarono che l’RNA purificato del TMV e la sua proteina del capside (mantello) possono auto-assemblarsi in virioni funzionali, suggerendo che questo meccanismo di assemblaggio è usato anche all’interno della cellula ospite, come Delbrück aveva proposto in precedenza.
Nel 1963, il virus dell’epatite B è stato scoperto da Baruch Blumberg che ha sviluppato un vaccino contro l’epatite B.
Nel 1965, Howard Temin ha descritto il primo retrovirus: un virus il cui genoma RNA è stato trascritto inversamente in DNA complementare (cDNA), poi integrato nel genoma dell’ospite ed espresso da quel modello. L’enzima virale trascrittasi inversa, che insieme all’integrasi è un tratto distintivo dei retrovirus, fu descritto per la prima volta nel 1970, indipendentemente da Howard Temin e David Baltimore. Il primo retrovirus che infetta gli esseri umani fu identificato da Robert Gallo nel 1974. Più tardi si scoprì che la trascrittasi inversa non è specifica dei retrovirus; i retrotrasposoni che codificano per la trascrittasi inversa sono abbondanti nei genomi di tutti gli eucarioti. Dal dieci al quaranta per cento del genoma umano deriva da tali retrotrasposoni.
Nel 1975 il funzionamento degli oncovirus è stato notevolmente chiarito. Fino a quel momento, si pensava che questi virus portassero alcuni geni chiamati oncogeni che, inseriti nel genoma dell’ospite, avrebbero causato il cancro. Michael Bishop e Harold Varmus dimostrarono che l’oncogene del virus del sarcoma Rous non è in realtà specifico del virus ma è contenuto nel genoma di animali sani di molte specie. L’oncovirus può accendere questo proto-oncogene benigno preesistente, trasformandolo in un vero oncogene che causa il cancro.
Il 1976 vide il primo focolaio registrato della malattia da virus Ebola, una malattia a trasmissione virale altamente letale.
Nel 1977, Frederick Sanger ottenne il primo sequenziamento completo del genoma di qualsiasi organismo, il batteriofago Phi X 174. Nello stesso anno, Richard Roberts e Phillip Sharp dimostrarono indipendentemente che i geni degli adenovirus contengono introni e quindi richiedono lo splicing genico. In seguito si è capito che anche quasi tutti i geni degli eucarioti hanno introni.
Una campagna di vaccinazione mondiale guidata dall’Organizzazione Mondiale della Sanità delle Nazioni Unite ha portato all’eradicazione del vaiolo nel 1979.
Nel 1982, Stanley Prusiner scoprì i prioni e dimostrò che causano la scrapie.
I primi casi di AIDS furono riportati nel 1981, e l’HIV, il retrovirus che lo causa, fu identificato nel 1983 da Luc Montagnier, Françoise Barré-Sinoussi e Robert Gallo. Furono sviluppati dei test che individuano l’infezione da HIV rilevando la presenza di anticorpi HIV. I successivi enormi sforzi di ricerca hanno trasformato l’HIV nel virus meglio studiato. L’Herpes Virus Umano 8, la causa del sarcoma di Kaposi, spesso presente nei malati di AIDS, è stato identificato nel 1994. Diversi farmaci antiretrovirali sono stati sviluppati alla fine degli anni ’90, diminuendo drasticamente la mortalità da AIDS nei paesi sviluppati. Il trattamento che esiste per l’HIV comprende una moltitudine di farmaci diversi chiamati collettivamente terapia antiretrovirale altamente attiva (HAART). La HAART attacca molti aspetti diversi del virus HIV, riducendo efficacemente i suoi effetti al di sotto del limite di rilevazione. Tuttavia, quando la somministrazione della HAART viene interrotta, l’HIV si riprende. Questo perché la HAART non attacca le cellule HIV latentemente infettate, che possono riattivarsi.
Il virus dell’epatite C è stato identificato utilizzando nuove tecniche di clonazione molecolare nel 1987, portando a test di screening che hanno ridotto drasticamente l’incidenza dell’epatite post-trasfusione.
I primi tentativi di terapia genica con vettori virali iniziarono nei primi anni ’80, quando furono sviluppati retrovirus che potevano inserire un gene straniero nel genoma dell’ospite. Essi contenevano il gene estraneo ma non il genoma virale e quindi non potevano riprodursi. I test sui topi furono seguiti da quelli sugli esseri umani, a partire dal 1989. I primi studi sull’uomo tentarono di correggere la malattia genetica immunodeficienza combinata grave (SCID), ma il successo clinico fu limitato. Nel periodo dal 1990 al 1995, la terapia genica fu provata su diverse altre malattie e con diversi vettori virali, ma divenne chiaro che le aspettative inizialmente elevate erano state sovrastimate. Nel 1999 si verificò un’ulteriore battuta d’arresto quando il diciottenne Jesse Gelsinger morì in uno studio di terapia genica. Aveva sofferto di una grave risposta immunitaria dopo aver ricevuto un vettore adenovirus. Il successo nella terapia genica di due casi di SCID X-linked fu riportato nel 2000.
Nel 2002 fu riportato che il poliovirus era stato assemblato sinteticamente in laboratorio, rappresentando il primo organismo sintetico. Assemblare il genoma di 7741 basi da zero, partendo dalla sequenza di RNA pubblicata del virus, ha richiesto circa due anni. Nel 2003 è stato dimostrato un metodo più veloce per assemblare il genoma di 5386 basi del batteriofago Phi X 174 in due settimane.
Il mimivirus gigante, in un certo senso un intermedio tra i piccoli procarioti e i virus ordinari, è stato descritto nel 2003 e sequenziato nel 2004.
Il ceppo del virus dell’influenza A sottotipo H1N1 che ha ucciso fino a 50 milioni di persone durante la pandemia di influenza spagnola nel 1918 è stato ricostruito nel 2005. Le informazioni sulla sequenza sono state messe insieme da campioni di tessuto conservati di vittime dell’influenza; il virus vitale è stato poi sintetizzato da questa sequenza. La pandemia di influenza del 2009 ha coinvolto un altro ceppo di influenza A H1N1, comunemente noto come “influenza suina”.
Nel 1985, Harald zur Hausen ha dimostrato che due ceppi di papillomavirus umano (HPV) causano la maggior parte dei casi di cancro alla cervice. Due vaccini che proteggono contro questi ceppi sono stati rilasciati nel 2006.
Nel 2006 e 2007 è stato riportato che l’introduzione di un piccolo numero di geni specifici del fattore di trascrizione nelle normali cellule della pelle di topi o umani può trasformare queste cellule in cellule staminali pluripotenti, note come cellule staminali pluripotenti indotte. La tecnica utilizza retrovirus modificati per trasformare le cellule; questo è un potenziale problema per la terapia umana poiché questi virus integrano i loro geni in una posizione casuale nel genoma dell’ospite, che può interrompere altri geni e potenzialmente causare il cancro.
Nel 2008, è stato descritto il virofago Sputnik, il primo virofago conosciuto: utilizza il macchinario di un virus helper per riprodurre e inibisce la riproduzione di quel virus helper. Sputnik si riproduce in amebe infettate da mamavirus, un parente del mimivirus menzionato sopra e il più grande virus conosciuto fino ad oggi.
Un retrovirus endogeno (ERV) è un elemento virale nel genoma che deriva da un retrovirus il cui genoma è stato incorporato nel genoma della linea germinale di qualche organismo e viene quindi copiato ad ogni riproduzione di quell’organismo. Si stima che circa il 9% del genoma umano provenga da ERV. Nel 2015 è stato dimostrato che le proteine di un ERV sono attivamente espresse in embrioni umani di 3 giorni e sembrano svolgere un ruolo nello sviluppo embrionale e proteggere gli embrioni dall’infezione di altri virus.
Dall’invenzione dell’Organ-on-a-chip negli anni 2010, l’approccio ingegneristico ha trovato applicazione nello studio di molte malattie. L’approccio è stato introdotto anche nella virologia e si stanno sviluppando modelli di chip. Gli esempi includono l’invenzione del modello dell’influenza da parte del gruppo Donald E. Ingber, l’invenzione del modello della malattia del virus Ebola da parte del gruppo Alireza Mashaghi, e l’invenzione del modello dell’epatite virale da parte del gruppo Marcus Dorner. L’approccio del chip d’organo probabilmente sostituirà i modelli animali per la virologia umana.