Vorlesung Virologie
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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 Farhan 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 Farhan 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 Farhan 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 Virologie Farhan Aufbau von infektiösen Viruspartikeln (Virionen) Membranprotein Membranhülle Capsid bestehend aus Capsomeren Genom (DNA/RNA) Nucleoprotein Virologie Farhan 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 Farhan 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 Farhan 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 Virologie Farhan Invasion http://www.ibioseminars.org/lectures/bio-mechanisms/ari-helenius-part-1.html Virologie Farhan Invasion http://www.ibioseminars.org/lectures/bio-mechanisms/ari-helenius-part-1.html Virologie Farhan Invasion http://www.ibioseminars.org/lectures/bio-mechanisms/ari-helenius-part-1.html Virologie Farhan Invasion http://www.ibioseminars.org/lectures/bio-mechanisms/ari-helenius-part-1.html Virologie Farhan Invasion http://www.ibioseminars.org/lectures/bio-mechanisms/ari-helenius-part-1.html Virologie Farhan Invasion http://www.ibioseminars.org/lectures/bio-mechanisms/ari-helenius-part-1.html Virologie Farhan Invasion http://www.ibioseminars.org/lectures/bio-mechanisms/ari-helenius-part-1.html Virologie Farhan Invasion 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 Farhan 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. Virologie Farhan 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 Farhan 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 Farhan „Rolling Circle“-Replikation http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21790/ http://www.sci.sdsu.edu/~smaloy/MicrobialGenetics/topics/phage/P22-packaging.html Virologie Farhan 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. Virologie Farhan 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 Virologie Farhan Verlauf einer Virusinfektion: Virologie Farhan
