© 2019 by Elsevier GmbH

Bitte nutzen Sie das untenstehende Formular um uns Kritik, Fragen oder Anregungen zukommen zu lassen.

Willkommen

Mehr Informationen

B978-3-437-42836-4.00039-4

10.1016/B978-3-437-42836-4.00039-4

978-3-437-42836-4

Abb. 39.1

[L253]

Das HI-Virus und seine Struktur

Abb. 39.2

[G157]

Zyklus der Virusvermehrung

Abb. 39.3

[P118]

Lytischer (a) und lysogener (b) Zyklus

Abb. 39.4

[L231]

Verschiedene Viren

  • a)

    Tabakmosaikvirus

  • b)

    Adenovirus

  • c)

    Influenzavirus

  • d)

    Bakteriophage

Viren

VirenViren sind im Gegensatz zu den Bakterien keine Lebewesen, sondern infektiöse Partikel. Wenn man es ganz genau nimmt, bezeichnet man die Form des Virus, die außerhalb von Zellen umherschwirrt, um einen neuen Wirt zu infizieren, als VirionVirion. Da die Viren keine Lebewesen sind und entsprechend über keinen eigenen Stoffwechsel verfügen, sind sie zur Vermehrung auf andere Organismen angewiesen. In der Regel schaden sie diesen und man könnte sie daher als Parasiten bezeichnen, was aber umstritten ist, da Parasiten eigentlich als Lebewesen definiert sind. Wenn ihr den Begriff „parasitär“ im Sinne von „den Parasiten ähnlich“ verwendet, solltet ihr auf der sicheren Seite sein!

Da Viren normalerweise nur wenige hundert Nanometer groß sind, könnt ihr sie mit dem Lichtmikroskop (im Gegensatz zu den Bakterien) nicht erkennen. Es gibt allerdings Ausnahmen, wie die Megaviren oder die erst vor wenigen Jahren entdeckten Pandoraviren, die, was ihre Größe angeht, schon an kleine Bakterien heranreichen.

Aufbau

Im Inneren eines Virus findet sich dessen Erbinformation. Dabei handelt es sich entweder um RNA oder DNA. Da das Genom geschützt werden muss, ist es von einer Proteinhülle, dem Kapsid, umgeben. Erbinformation und Kapsid werden auch als Nukleokapsid zusammengefasst. Einige Viren haben zusätzlich zum Kapsid noch eine Lipidhülle. Als Beispiel ist in Abb. 39.1 der Aufbau eines HI-Virus dargestellt.

Vermehrung

Das Virus will von der Wirtszelle vermehrt werden. Dafür muss es zunächst sein Genom in der Wirtszelle freisetzen. Nachdem Viruskopien erstellt wurden, muss die DNA wieder in Kapside verpackt werden, die dann die Zelle verlassen. Selbstverständlich gibt es von Virus zu Virus Unterschiede, was die Vermehrung angeht, trotzdem kann man einen grundsätzlichen Zyklus beschreiben (Abb. 39.2):
  • 1.

    Adsorption/Attachment: Damit ein Virus in eine Zelle gelangen kann, muss es an diese Zelle binden. Da Viren normalerweise Präferenzen hinsichtlich des Zelltyps, den sie befallen, haben, ist diese Bindung meist sehr spezifisch. Diese Spezifität wird erreicht, indem die Kapsidproteine des Virus nur mit bestimmten Oberflächenproteinen bzw. Rezeptoren der Wirtszelle interagieren können.

  • 2.

    Penetration: Nun muss das Virus in die Zelle. Bei den meisten humanpathogenen Viren geschieht dies entweder durch Endozytose des Virus oder Fusion der Membranen. Bakteriophagen müssen, um in ihre Wirtszellen zu gelangen, auch die bakterielle Zellwand überwinden. Um das zu schaffen, können einige Bakteriophagen ihr Genom in die Wirtszellen injizieren, ohne dass das sperrige Kapsid die Zellwand überwinden muss.

  • 3.

    Uncoating: Wenn es noch nicht geschehen ist, muss das Kapsid spätestens jetzt weg. Im einfachsten Fall dissoziiert es einfach ab, ansonsten muss es von viralen Enzymen oder denen der Wirtszelle abgebaut werden.

  • 4.

    Replikation: Der Begriff Replikation ist in Bezug auf Viren nicht nur im Sinne der Verdopplung der Erbinformation zu verstehen. Die Wirtszelle produziert nämlich auch die Proteine, die das Virus benötigt. Die dafür benötigten Gene sind natürlich im Genom des Virus enthalten.

  • 5.

    Assembly/Maturation: Bei den meisten Viren setzen sich die neu synthetisierten Bestandteile noch in der Wirtszelle zusammen. Eine Ausnahme davon ist HIV (Human Immunodeficiency Virus), bei dem dieser Prozess erst nach der Virusfreisetzung stattfindet.

  • 6.

    Release/Freisetzung: Auch bei der Virusfreisetzung gibt es mehrere Möglichkeiten. Eine Möglichkeit besteht darin, dass die Wirtszelle lysiert wird und die Viruspartikel auf diese Weise frei werden. Gerade die behüllten Viren (also diejenigen mit einer Lipidhülle) setzen dagegen häufig auf Knospung. Beim Durchtritt durch die Membran der Wirtszelle nehmen sie häufig ein Stück mit, das dann, ggf. in modifizierter Form, die Lipidhülle des Virus bildet.

Manche Viren (v. a. Bakteriophagen) weichen von diesem klassischen Zyklus etwas ab: Sie integrieren ihr Genom in das der Wirtszelle und machen danach erstmal nichts. Da sich die Wirtszelle aber weiter teilt, entstehen viele neue Zellen, die alle die Virus-DNA enthalten. Man bezeichnet diesen Prozess auch als lysogenen Zyklus. Das Gegenteil wäre der bereits beschriebene lytische Zyklus. Die Viren, die zu einem lysogenen Zyklus fähig sind, heißen temperente Viren. Unter bestimmten Umständen können die Viren aus dem lysogenen wieder in den lytischen Zyklus übergehen, was mit einer massiven Zelllyse einhergeht (Abb. 39.3).
Übrigens: Die virale DNA, die im Rahmen des lysogenen Zyklus für längere Zeit in die Wirtszelle eingebaut ist, wird auch als Provirus (bzw. Prophage bei Bakteriophagen) bezeichnet.
Die Virusvermehrung ist der Ansatzpunkt zahlreicher VirostatikaVirostatika, die aber für das Physikum weit weniger wichtig sind als die Antibiotika.
In Abb. 39.4 ist eine Auswahl verschiedener Viren gezeigt.

Klassifikation

VirenhülleEs gibt sehr viele Möglichkeiten, Viren zu klassifizieren. Am weitesten verbreitet sind die Unterteilung in behüllte und unbehüllte Viren oder die Klassifizierung anhand der viralen Erbinformation (einzelsträngig vs. doppelsträngig, RNA vs. DNA). Bei den RNA-Viren kann es eine wissenswerte Besonderheit im Vermehrungszyklus geben: Manche RNA-Viren enthalten RNA, die direkt als mRNA fungieren kann. Das heißt, mit der Translation kann direkt begonnen werden, sobald die virale RNA in der Zelle freigesetzt worden ist. Andere Viren tragen RNA in sich, die komplementär zur mRNA ist. Das heißt, das Virus benötigt zunächst eine RNA-abhängige RNA-Polymerase (die es i. d. R. selbst mitbringt), um die mRNA zu synthetisieren, sodass die Translation beginnen kann. Als prominentes Beispiel könnt ihr euch das Polio-Virus merken.
Außerdem gibt es Viren, deren Erbinformation zwar aus RNA besteht, die aber, sobald die Viren in der Wirtszelle angelangt sind, in DNA umgeschrieben wird. Diese wird ins Genom der Wirtszelle integriert und die wiederum synthetisiert dann die mRNAs. Man bezeichnet solche Viren als Retroviren und einer der bekanntesten Vertreter dieser Familie ist das HI-Virus.

Die Enzyme, die aus der RNA die DNA herstellen sind RNA-abhängige DNA-Polymerasen und werden auch als reverse Transkriptasenreverse Transkriptase bezeichnet.

Man kann sich denken, dass es für die Wirtszelle zum Problem werden kann, wenn plötzlich ein Virus seine DNA in ihr Genom integriert. Dabei können Gene zerstört oder ihre Aktivität verändert werden. Im besten Fall stirbt die Zelle, im schlimmsten Fall entsteht ein Tumor, der zur Gefahr für den gesamten Organismus wird.
Reverse Transkriptasen werden auch im Labor genutzt, um aus der fragilen RNA vergleichsweise stabile cDNA (copy DNA) herzustellen. Außerdem hat die Erstellung von cDNA mithilfe der mRNA eines bestimmten Gens einen weiteren Vorteil gegenüber der genomischen DNA: Sie besitzt keine Introns, da die mRNA bereits gespleißt wurde.

Übertragung

Wie sich Viren im Körper vermehren, wissen wir bereits. Nun müssen wir noch einen Blick darauf werfen, wie sie von Mensch zu Mensch gelangen. Bei der Einteilung der Übertragungswege kann man sich sehr in den Details und Kriterien verlieren. Deswegen gibt es an dieser Stelle nur ein grundlegendes Schema:
  • Tröpfcheninfektion: Bei der Tröpfcheninfektion verbreitet sich das Virus quasi über die Luft, genauer gesagt über kleine virushaltige Tröpfchen, die beim Sprechen, Niesen oder Husten entstehen. Kleinste Partikel können als Aerosol auch größere Distanzen überwinden, da sie kaum absinken. Klassisches Beispiel: Das Influenzavirus.

  • Kontakt- bzw. Schmierinfektion: Wie der Name schon sagt, muss es bei diesem Übertragungsweg zu einer Form von Kontakt kommen, damit sich eine Person infiziert. Wird der Infizierte selbst berührt, spricht man von einer direkten Kontaktinfektion. Infiziert man sich dagegen beim Kontakt mit einem kontaminierten Gegenstand, handelt es sich um eine indirekte Kontaktinfektion. Beispiel: das Hepatitis-A-Virus (aber auch einige Bakterienarten).

  • Austausch von Körperflüssigkeiten: Manche Viren sind nur in bestimmten Körperflüssigkeiten in ausreichend hohen Konzentrationen vorhanden, um eine Infektion zu verursachen oder können an der Luft nicht lange überleben. Damit sie übertragen werden, muss es zur direkten Aufnahme von Körperflüssigkeiten wie Blut, Speichel, Ejakulat etc. kommen. Beispiel: HIV.

Zusammenfassung

  • Viren sind keine Lebewesen und i. d. R. kleiner als Bakterien.

  • Man unterscheidet verschiedene Möglichkeiten der Mensch-zu-Mensch-Übertragung (Tröpfcheninfektion, Schmierinfektion etc.), aber die Grenzen sind fließend.

Holen Sie sich die neue Medizinwelten-App!

Schließen