Vorlesung Virologie

Vorlesung
Virologie
Virologie
Farhan
Virologie
Farhan
Allgemeiner Teil
Geschichtlicher Überblick
Virus: Definition, Aufbau, Einteilung
Virusvermehrung / Replikation
Pathogenese / Zellschädigung
Immortalisierung / Transformation
Virologie
Farhan
Kurzversion: Immunologie der Viren
Antivirale Chemotherapie
Antivirale Impfstoffe
Labormethoden zum Nachweis
von viralen Infektionen
Virologie
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II. Spezieller Teil
Viren mit ssRNA-Genom in Plusstrangorientierung
(Hepatitis A/C-Virus, Norovirus, Poliovirus, Rhinoviren, Röteln-Virus)
Viren mit kontinuierlichem ssRNA-Genom in Negativstrangorientierung
(Tollwutvirus, Masernvirus)
Viren mit segmentiertem ssRNA-Genom in Negativstrangorientierung
(Influenzaviren, Hantaviren)
Viren mit ssRNA-Genom und dsDNA als Zwischenprodukt
(Retroviren)
Virologie
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Viren mit dsDNA-Genom
(Adenoviren, Hepatitis B-Virus, Herpesviren, Papillomviren, Pockenviren)
Viren mit ssDNA-Genom
(adenoassoziierte Viren)
Virologie
Farhan
Was ist gefährlicher?
Influenza
Montag, 11. Juli
Montag, 12. Oktober
18 Uhr
18 Uhr
M629
M627
[email protected]
Virologie
Farhan
Geschichtlicher Überblick
• Erste „Impfungen“ schon im alten Ägypten
• 1796: Edward Jenner, erste „Impfung“
• 1882: Adolf Mayer, Tabakmosaikkrankheit ist
übertragbar
•1892: Dimitri I. Iwanowski, Mosaikvirus des
Tabak durch ultrafiltrierbares Agens verursacht
• 1893: Martinus Willem Beijerinck, postuliert das
contagium vivum fluidum
• 1898 Friedrich J. Loeffler und Paul Frosch weisen
das erste tierpathogene Virus nach
(Maul-und-Klauen Seuche)
• 1885 entwickelt Louis Pasteur die erste Impfung
gegen Tollwut.
• 1911 weist Peyton Rous den ersten Virus nach der
Tumore verursachen kann.
• 1935 zeigt Erich Traub dass Viren von Müttern auf
Embryonen übertragbar sind (lymphocytäre Choriomeningitis bei Mäusen.
• 1947 zeigt (Sir) Norman Gregg das selbe für Röteln beim Menschen.
• 1977: Ausrottung der Pocken
Virologie
Farhan
Henle-Koch Potulate:
• Erreger ist bei Kranken immer nachweisbar. Bei
Gesunden fehlt er immer
• Krankheitserreger muss sich züchten lassen (Gewebe,
Nährboden, Zellkultur)
• Nach Inokulation des Erregers in gesunde Tiere, müssen
diese die gleiche Krankheit bekommen
• Die Re-isolierung muss gelingen
Virologie
Farhan
Virologie ist eng mit anderen
wissenschaftlichen Disziplinen
verknüpft
• Onkologie/ Tumorbiologie: Rous Sarkoma-Viren
(Sarkom), Humane Papilloma Viren (Cervix Carcinom),
Hepatitis Viren (Hepatocelluläres Carcinom, Epstein-Barr
Virus (Lymphome)
• Neurologie: Tollwut, Masern (Subakute skerosierende
Panencephalitis), FSME. [Slow Virus-Infektionen]
• Immunologie
Virologie
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Ursprung der Viren
• Virus-first hypothesis: Coevolution: Viren waren schon in
der Ursuppe da. Einigen Molekülen gelang es sich als
replikationsfähige Partikel zu verpacken.
• Regressive (Degeneracy) Hypothesis: Degeneration aus
Bakterien, oder ähnlichen Organismen. Diese haben
aber sukzessive Ihr Genom verkleinert, bis sie nur mehr
fähig waren sich in Wirtszellen zu replizieren.
• Cellular origin (escape) hypothesis: Entstehung aus
wirtszelleigenen Nukleinsäuren (selbständig gewordene
DNA/RNA)
Virologie
Farhan
Viren: Charakteristika
Definition
Infektiöse Partikel
ultrafiltrierbar
(bis 200 nm)
Partikel mit nur einer
Art von Nukleinsäure
(RNA ODER DNA)
16 nm (Circoviren) bis
300 nm (Pockenviren)
Replikation in lebenden
Zellen (keine Teilung) +
keine eigenen Ribosomen
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Aufbau von infektiösen Viruspartikeln
(Virionen)
Membranprotein
Membranhülle
Capsid bestehend aus Capsomeren
Genom (DNA/RNA)
Nucleoprotein
Virologie
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Kriterien zur Einteilung der Viren:
•
•
•
•
•
•
•
•
1. Genom
1a.
Art des Genoms: DNA oder RNA.
1b.
Wie liegt das Genom vor: Einzel, oder
Doppelstrang, Plus- oder Minus-Orientierung, linear
oder zirkulär, segmentiert oder kontinulierlich.
2. Form des Capsids
Vorhandensein einer Membranhülle
Grösse
Ort der Virusreplikation (Cytosol, Kern).
Die Unterteilung in Genera und Typen erfolgt nach
serologischen Kriterien.
Virologie
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Symmetrieformen:
Ikosaedrische Symmetrie
z. B. Hepatitis B Viren
Adenoviren
Picornaviren
Parvoviren
Konische Symmetrie
z. B. Paramyxoviren
Orthomyxoviren
Tabakmoasaikvirus
Rhabdoviren
Komplexe/Keine Symmetrie
z. B. Poxviren
HIV
http://de.academic.ru/dic.nsf/dewiki/1033051
Virologie
Farhan
Infektion: prinzipieller Verlauf
•
•
•
•
•
Invasion (Adsorption und Penetration). In der Regel
aktiviert das Virus Signaltransduktionswege die
dessen Endringen erleichtern
Uncoating
Replikation: DNA-Viren im Kern (Ausmahme:
Pockenviren), RNA-Viren im Cytosol (Ausnahme:
Influenza- und Bornaviren).
Morphogenese: replizierte DNA/RNA wird in Capsiden
verpackt. Viren mit Membranhülle verwenden
Membranen aus verschiedenen intrazellulären
Organellen (ER, Golgi, PM)
Freisetzung (Budding, Lyse, Apoptose)
Virologie
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Adsorption
•
•
Æ
Æ
Æ
Æ
Æ
Æ
Æ
Als Rezeptor kommt fast alles was an der Zelloberfläche ist in Frage.
Jedes Virus bindet an spezifische Rezeptoren:
Integrine (MKS-Virus)
Immunglobulinähnliche Proteine (Poliovirus, HIV)
Proteasen (Coronaviren)
Heparansulfat (HBV)
Sialinsäure (Influenzaviren)
Cytokinrezeptoren (Herpesviren, HIV)
Etc...
http://www.expasy.ch/viralzone/all_by_protein/233.html
Invasion
http://www.ibioseminars.org/lectures/bio-mechanisms/ari-helenius-part-1.html
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Invasion
http://www.ibioseminars.org/lectures/bio-mechanisms/ari-helenius-part-1.html
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Invasion
http://www.ibioseminars.org/lectures/bio-mechanisms/ari-helenius-part-1.html
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http://www.ibioseminars.org/lectures/bio-mechanisms/ari-helenius-part-1.html
Virologie
Farhan
Invasion
•
Viren binden und „surfen“ entlang von Filopodien
Schelhaas et al, PLoSPath, 2008
Virologie
Farhan
Uncoating
•
Wo entlässt das Virus seine DNA?
Æ Plasmamembran (Herpesvirus, paramyxoviruses)
Æ Early endosome (Alphaviren, Rhabdoviren)
Æ Late endosome (Influenza A, Flaviviren)
Æ Lysosomen (Parvovirus??)
Æ Endoplasmatisches Retikulum (Polyomaviren)
•
Wie entlässt das Virus sein Genom?
Æ Virus ohne Hülle, Lyse des Endosoms (Adenovirus 2 u. 5)
Æ Virus ohne Hülle, Ausbildun einer Pore (entweder in der PM
oder in Endosomen, z.B. Picornaviren)
Æ Virus mit Hüllmembran, Fusion mit der PM (HIV)
Æ Virus mit Hüllmembran, Fusion mit Endosomenmembran
(Influenzaviren)
Virologie
Farhan
Genomreplikation
(+)Strang RNA Viren (z.B. Picornaviren, Flaviviren, Coronaviren)
Strukturproteine
Translation
•
•
•
•
Proteolytischer
Verdau
Enzyme:
z.B. RNA-abhänhige RNA-Polymerase
RNA besitzt die richtige Polarität = kann gleich als mRNA
verwendet werden. Transkription findet im Cytosol statt.
In der Regel wird die RNA-Polymerase mitgebracht
Es entsteht in der Regel ein Polypeptid, welches proteolytisch
gespalten wird, woraus wiederum die viralen Proteine enstehen.
Danach wird ein Negativstrang produziert, der als Vorlage für die
Synthese von RNA-Plussträngen verwendet wird.
Virologie
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Genomreplikation
(-)Strang RNA Viren (Rhabdoviren, Paramyxoviren, Orthomyxoviren)
Kontinuierliches
Genom
Segmentiertes
Genom
•
•
•
•
•
Umschreiben
Umschreiben
Nach Capping
Translation
Translation
Bei
ausreichender
Proteinmenge (+)Strang (-)Strang
Bei
ausreichender
Proteinmenge (+)Strang
(-)Strang
Reassortment!
Genom kann kontinuierlich oder segmentiert sein.
RNA besitzt nicht die richtige Polarität = muss erst zu mRNA umgeschrieben
werden. Transkription findet in der Regel im Cytosol statt (ausser bei manchen
Viren mit segmentiertem Genom, z.B. Orthomyxoviren).
RNA-Polymerase wird mitgebracht
Es entsteht in der Regel ein Polypeptid, welches proteolytisch gespalten wird,
woraus wiederum die viralen Proteine enstehen.
Es bestehen grosse Unterschiede im zwischen Viren mit kontinuierlichem Genom
und solchen mit segmentiertem Genom
Virologie
Farhan
Genomreplikation
doppelsträngige RNA Viren (z.B. Reoviren, Birnaviren)
Umschreiben
Des (-) Stranges
•
•
•
Translation
Haben immer ein segmentiertes Genom. Transkription findet im
Cytosol statt, wobei jedes Segment separat transkribiert wird.
Es wird nur der (-)Strang gelesen der dazu dient eine mRNA mit
Cap zu synthetisieren
Synthese der Proteine und Zusammenbau des (prä)Virions mit
nur der (+)RNA findet im ER statt. Danach wird eine (-)RNA
gemacht. Hier kann auch Reassortment stattfinden.
Virologie
Farhan
Genomreplikation
Retroviren (z.B. HIV)
• Bei der Zellteilung weitergegeben
• Produktion viraler Proteine welche
Integration ins die virale mRNA zu Viruspartikel
Genom
verpacken
Umschreiben (RT)
der RNA in DNA
(+) Strang RNA
•
•
•
•
cDNA
(+)RNA dient nicht als mRNA, sonder wird mittels RT umgeschrieben (in
cDNA). RT wird mitgebracht.
Revere Transkription findet im Cytosol statt. Die cDNA wird in den Kern
geschleust und genomisch integriert (RT besitzt auch Integrase-aktivität)
mRNA wird durch zelluläre Enzyme produziert. Diese kann entweder direkt
für Strukturproteine kodieren, oder sie produziert Proteine welche die
zelluläre Genexpression regulieren.
Strukturproteine und mRNA werden zum Nucleocapsid zusammengebaut,
welches durch Budding seine Membran erhält.
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Genomreplikation
Einzelsträngige DNA Viren (z.B. Parvoviren)
Transkription
mRNA
•
•
•
•
In der Regel kleines Genom
Benötigen sich teilende Zellen (Replikation findet nur in der S-Phase statt)
Replikation findet im Zellkern statt.
Zelluläre DNA-Polymerase synthetisiert eine mRNA die für Nicht-Struktur
Proteine kodiert. Diese gehen in den Kern und steuern die DNA-Replikation
und die Synthese von Strukturproteinen.
Virologie
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Genomreplikation
Doppelsträngige DNA Viren
Transkription
•
•
•
•
•
•
•
Translation
In der Regel grosses Genom
Benötigen keine sich teilende Zellen (auch in Neuronen möglich)
Replikation findet im Zellkern oder im Cytosol statt (abhängig vom Virustyp).
Viren die im Cytosol replizieren (Pocken) besitzen schon alle Enzyme. Jene
die im Kern replizieren benötigen zelluläre Enzyme (Papova oder
Herpesviren)
Zuerst wird eine mRNA gebildet die für „frühe“ Proteine kodiert = sind für
Nucleinsäurestoffwechsel notwendig
Nun erfolgt die Replikation der viralen DNA: linear mit RNA-Primer/ Proteinprimer oder als Ring (bidirektional oder als Rolling-circle).
Nun können „intermediäre“ und „späte“ Proteine gebildet werden.
Virologie
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„Rolling Circle“-Replikation
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21790/
http://www.sci.sdsu.edu/~smaloy/MicrobialGenetics/topics/phage/P22-packaging.html
Virologie
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Morphogenese und Freisetzung
•
•
•
Die Morphogenese geschieht grösstenteils ohne die
Hilfe zellulärer Enzyme.
Membranhülle wird von intrazellulären Membranes
„geliehen“.
Freisetzung durch Budding (an lipid rafts), Lyse oder
Apoptose.
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Infektion: Folgen
•
•
•
•
Die Zelle stirbt
Die Zelle produziert kontinuierlich Viren (persistierende
Infektion)
Das Virrusgenom persistiert in der Zelle ohne dass
sich Viren bilden (latente Infektion). Unter bestimmten
Bedingungen kann die Produktion wieder erfolgen.
Transformation (Immortalisierung) der Zelle.
Virologie
Farhan
Pathogenese
•
•
•
•
•
•
Pathogenese: „Ausbreitung eines Virus im
Organismus und die wechselseitige Beziehung
zwischen Virus und Wirt“
Verlauf kann apparent (mit Symptomen) oder
inapparent (symptomfrei) sein
Akute oder chronische Infektion
Aktute Infektionen können ein- oder zwei-phasig
verlaufen.
Gelegentlich gibt es persistierende Infektionen, trotz
Immunabwehr Æ es werden kontinuierlich (HBV, HCV,
HIV) Viren gebildet (Ansteckung!). Bei latententen
Infektionen verbleibt nur das Genom, und es werden
Viren nur nach Reaktivierung produziert (HSV, VZV).
Virlunez: pathogenes Potential eines Virus
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Verlauf einer Virusinfektion:
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