LMU Picornaviren - nicht segmentiert - segmentiert - Helikales NC - Zwei ikos.Capside - umhüllt - Nicht umhüllt - ES RNA (+) - DS RNA (+ und -) - nicht segmentiert - Helikales NC - umhüllt - ES RNA (-) RNA-Viren - Einteilung (+) Strang RNA-Viren LMU Picornaviridae: Enterovirus polio, coxsackie, echo Rhinovirus human rhino Hepatovirus hepatitis A Aphthovirus foot-and-mouth disease; MKS Cardiovirus encephalomyocarditis, mengo Parechovirus human parecho Caliciviridae: Norovirus norwalk-like, sapporo-like Hepatitis-E-likeviridae: Hepatitis-Evirus hepatitis E Togaviridae: Alphavirus sindbis, semliki-forest Rubivirus rubella Flaviviridae: Flavivirus yellow fever, dengue, FSME Hepacivirus hepatitis C Coronaviridae: Coronavirus human corona 229-E, SARS LMU Coronaviridae ein Molekül infektiöse RNA (+), etwa 16-21 kb (längstes RNA-Virus Genom) Virionen mit 80 – 160 nm Durchmesser lipidhaltige Hülle helikales Nukleokapsid Coronaviridae LMU (+) Strang 5‘-cap 5'-methyliertes cap Polyadenyliertes 3’-Ende Strukturproteine am 3'-Ende kodiert Nicht-Strukturproteine (NS) am 5'-Ende ORF1 (a und b) nehmen 2/3 des Genoms ein Coronaviridae LMU Haarnadelschleife template: (+) Strang Leader-RNA 5‘-cap ORF1a ORF1b u.a.: Protease / Helikase (ORF1a) RNA abhängige RNA Polymerase (ORF1b) Haarnadelschleife induziert Leserastersprung (20-30 %) bei Translation Proteolytische Spaltung der NS-Proteine durch virale Proteasen Coronaviridae LMU RNA abhängige RNA Polymerase ! template: (-) Strang Leader-RNA 5‘-cap 5‘-cap 5‘-cap 5‘-cap 5‘-cap 5‘-cap 5‘-cap Subgenomische (sg) mRNA’s für die Expression der Strukturproteine (“nested” mRNA’s) Priming via Leader-RNA Identisches 3’ Ende 5’ Cap und 3’ poly A Regulation z.T. via Anzahl der Leader-RNA Bindestellen Coronaviridae LMU ORF1a: Protease, Helikase ORF1b: RNA abhängige RNA Polymerase S: glykosyliertes virales Membranprotein (Zytoplasmamembran, neutralisierende AK, Membranfusion) E: virales Membranprotein (notwendig für Partikelbildung) M: glykosyliertes virales Membranprotein (ER-Membran, Morphogenese, Interaktion mit N-Protein) N: basisches Phosphoprotein (Bindung an RNA Genom, unter Bildung des helikalen Nukleocapsids, Interaktion mit M-Protein) Coronaviridae LMU Entry ? (+) (+) (+) (-) (+) (+) (+) (+) Budding ins ER Freisetzung via Golgi Coronaviridae (HCV-229E und -OC43) LMU • • Weltweite Verbreitung Bis zu 90 % der Erwachsenen haben Antikörper Pathogenese: - Tröpfcheninfektion - Vermehrung in Flimmerepithelzellen des oberen Respirationstraktes - andere Coronaviren auch Vermehrung in Darmepithelzellen • - Infektion beschränkt sich meist auf die Epithelien dieser Organe - Genetische Prädisposition für HCV-229 Empfänglichkeit (Chromosom 15) - Kurzzeitige (IgA abhängige) Immunität - Reinfektionen häufig / meist symptomlos • Coronaviridae (HCV-229E und -OC43) LMU • Saisonale Häufung im Winter (Februar / März): • • Klinik: - häufig inapparent - Inkubationszeit: 2 - 5 Tage - Erkrankungsdauer ca. 1 Woche - Schnupfen, Husten, Hals- und Kopfschmerzen, leichtes Fieber - Schwererer Verlauf bei Säuglingen und Kleinkindern: asthmatische Anfälle, Bronchitis (selten) und Pneumonien (selten) möglich • Harmloser Atemwegsinfekt ! Coronaviridae (SARS-CoV) LMU • Severe Acute Respiratory Syndrom-Virus Erstmaliges Auftreten im November 2002 in China Klinik: • - Inkubationszeit: 2 – 7 Tage - Plötzlich auftretendes, schnell steigendes, hohes Fieber (bis 38°C) - Atemnot, Muskel- und Kopfschmerzen - Entzündung beider Lungenflügel - Thrombozytopenie / Leukozytopenie - Letalität: ca. 11 % (?) Coronaviridae (SARS-CoV) • • Coronaviridae (SARS-CoV) LMU • • März / April / Mai 2003: Panik vor einer Epidemie !!! Fazit: Coronaviridae (SARS-CoV) LMU Ca. 1000 Tote weltweit • Letzter Fall: Sommer 2003 (taiwanesischer Militärarzt) Genogruppen der Coronaviren: • • - Gruppe 1 und 2 bei Säugetieren - Gruppe 3 bei Vögeln - Gruppe 4 SARS-CoV ??? Coronaviridae (SARS-CoV) LMU Weitere Besonderheiten SARS-CoV : - Vermehrung in Vero Zellen (African Green Monkey Kidney) möglich im Gegensatz zu HCV 229E und -OC43 • - Tröpfchen- und Schmierinfektion möglich ! (weitere Übertragungswege ? Klimaanlage etc.) - Befall der unteren Atemwege (Lunge) und des Darms (viel Virus im Stuhl nachweisbar) • - Zoonose (Zibetkatze, Fledermaus, Frettchen, Marder ?) 03.05.2003 - (idw) Robert Koch-Institut Die in Deutschland ergriffenen Maßnahmen gegen das Schwere Akute Respiratorische Syndrom (SARS) sind wirksam. … Innerhalb Deutschlands hat es bislang keine Ansteckung gegeben. "Das zeigt, dass die schnelle Reaktion des Robert Koch-Instituts und die gute Zusammenarbeit mit den zuständigen Behörden der Bundesländer sowie den Gesundheitsämtern vor Ort auf der Grundlage des Infektionsschutzgesetzes in Deutschland eine größere Ausbreitung des internationalen SARS-Ausbruchs bisher verhindert hat", sagt Reinhard Kurth, Präsident des Robert Koch-Instituts. LMU Picornaviren - nicht segmentiert - segmentiert - Helikales NC - Zwei ikos.Capside - umhüllt - Nicht umhüllt - ES RNA (+) - DS RNA - nicht segmentiert - Helikales NC - umhüllt - ES RNA (-) RNA-Viren - Einteilung LMU DS- Strang RNA-Viren (segmentierte Genome) Reoviridae Rotavirus (11) Rotaviren (Gruppen: A,B,C,D,E,F,G) Orthoreovirus (10) Reovirus (Serotypen GT 1-3) Orbivirus (10) Kemerovovirus (Nagetiere) Colticirus (12) Colorado Zeckenfieber (Mäuse) (weitere 7 Gattungen bei Tieren und Pflanzen) Reoviridae: Reo- von respiratory, enteric, orphan: Zeitpunkt der Entdeckung (1959) konnte gezeigt werden, dass diese Viren den Respirations- und Gastrointestinaltrakt infizieren. Eine Assoziation mit Erkrankungen war jedoch nicht bekannt. Birnaviridae Avibirnavirus (2) Gumborovirus (Hühner) Aquabirnavirus (2) Infekt. Pankreasnekrose (Lachse) Entomobirnavirus (2) Drosophila-X-Virus (Drosophila) LMU Reoviridae (Rotaviren) 11 Moleküle (Segmente) DS-RNA; 0,6 - 3 kb Nicht umhüllt Zwei ikosaedrische Kapside (inneres und äußeres) Dadurch: hohe Stabilität in der Umwelt (Flüsse, Abwässer) Dadurch: hohe pH Resistenz (3,5 – 10) Durchmesser: 70 - 80 nm LMU Reoviridae (Rotaviren) Genome organisation L M S - 11 Moleküle (Segmente) DS-RNA; Größe zwischen 0,6 - 3 kb - Cap-Struktur an allen 5’-Enden - Kein poly A am 3’-Ende; dafür: Cytidinreste - Konservierte Bereiche (7-10 bp) an beiden Enden (Replikation, Verpackung ?) - RNA abhängige RNA Polymerase ist Bestandteil des Virions ! - Reassortantenbildung bei Koinfektion LMU Reoviridae (Rotaviren) Genome organisation L M S1: Inneres Core S2: RNA bindend S3: Guanyltransferase S4: Oberflächenprotein, äusseres Capsid (Hämagglutination, neutralisierende AK) S5: Zinkfingerprotein (Replikation) S6: Inneres Capsid S S7: RNA bindend S8: Helikase S9: Oberflächenprotein, äusseres Capsid, Adsorption S10: ER-Membran, Morphogenese S11: Proteinkinase ? Reoviridae (Rotaviren) LMU Replikation Reifes Virion Synthese der - Strang RNAs + Core Komplex Synthese der + Strang RNAs + Strang RNAs b: - Rezeptorvermittelte Endozytose - Virion im Endosom - Abstreifen des äußeren Kapsids - Freisetzung ins Zytoplasma - Umlagerung des Kapsids - Aktivierung der RNA abhäng. RNA Polymerase - Transkription von (+) mRNAs ins Zytoplasma (nur – Strang wird abgelesen !) - = primäre Transkription c und d: - Synthese der Core-und Kapsidproteine im Zytoplasma und ER - Zytoplasmatische Einschlußkörperchen (Viroplasma) entstehen e und f: - Zusammenbau unreifer Virionen mit nur + Strang RNA (Reassortanten !) am ER - Synthese der – RNA Strangs (Doppelstrang) im reifenden Viruspartikel - = sekundäre Transkription - Budding ins ER (transiente Membran) - Weitere Reifung (Verlust der Membran) - Freisetzung nach Absterben der Zelle Reoviridae (Rotaviren) Ganzjähriges Vorkommen mit peak im Winter 30-50 % aller kindlichen Diarrhöen Durchseuchung: 90% (100%) im Alter von 3 (5) Jahren Ca. 60.000 Infektionen pro Jahr (Deutschland) Ca. 527.000 tote Kinder pro Jahr2004 (weltweit) Reoviridae (Rotaviren) Pathogenese - fäkal-orale Übertragung - Infektion der differenzierten Enterozyten des (Dünn-) Darmepithels - Erhöhung der Ca2+ Konzentration (NSP4 Enterotoxin?) - Zusammenbruch des Zytoskeletts - Schädigung der Enterozyten Durchfall, verminderte Nährstoff– und Wasseraufnahme nicht infiziert infiziert Geschwollen und vaskularisiert an der “villi”-Spitze Reoviridae (Rotaviren) Klinik (Rotavirus A) - Inkubationszeit: 1 - 3 Tage - Meist inapparent bei Neugeborenen und älteren Kindern - Apparent v.a. bei Kindern > 3 Monate und < 2 Jahre - Symptome (3 – 5 Tage): - Fieber - Erbrechen - Bauchschmerzen - Durchfall - Bei schweren Verläufen (40%): - Stationäre Behandlung im Krankenhaus erforderlich - Dehydration, Lethargie und Kreislaufversagen - Tödliche Verläufe selten in Industrieländern - Virusausscheidung bis 3 Tage nach Beschwerdefreiheit Reoviridae (Rotaviren) Rotavirus Impfstoffe: Rotarix: - attenuierter Lebendimpstoff - vom häufigsten Serotyp G1P abgeleitet - monovalent - starke Replikation im Darm - zwei Impfdosen (niedrig konzentriert) Rotateq (Rotashield): - rekombinanter Lebendimpfstoff auf Basis des bovinen Rotavirus (Stamm WC3) - polyvalent (5 Varianten mit 5 Antigenen der häufigsten humanpathogenen Rotavirus Serotypen) - schwächere Replikation im Darm - drei Impfdosen (hoch konzentriert) Zulassung (Deutschland) in 2006; ab 6. Lebenswoche Noch keine STIKO-Empfehlung 98% iger Schutz vor schweren Verläufen Reoviridae (Rotaviren) Diagnostik (MvP): Antigen-ELISA (aus Stuhlproben): - Mikrotiterplatte mit anti-Rotavirus Antikörper (kommerziell erhältlich) - Zugabe von Suspension der Stuhlprobe - Zugabe von POX konjugiertem anti-Rotavirus Antikörper - Substratzugabe und Farbreaktion PCR aus Stuhlproben LMU Picornaviren - nicht segmentiert - segmentiert - Helikales NC - Zwei ikos.Capside - umhüllt - Nicht umhüllt - ES RNA (+) - DS RNA - nicht segmentiert - Helikales NC - umhüllt - ES RNA (-) RNA-Viren - Einteilung LMU Rhabdoviridae Filoviridae (-) strang RNA-Viren unsegmentiert ! (Mononegavirales) Vesiculovirus Vesicular stomatitis V. Lyssavirus Rabies Virus Filovirus Marburg Virus Ebola Virus Paramyxoviridae Paramyxovirus Mumps, Parainfluenza Morbillivirus Masernvirus Pneumovirus RSV Bornaviridae Bornavirus Pferd, Schaf Paramyxoviren, Rhabdoviren, LMU Filoviren, Bornaviren Gemeinsame Eigenschaften: „Mononegavirales“ (-) Strang RNA-Genom RNA-abhängige RNA Polymerase ist Bestandteil des Virion Genom einzelsträngig, nicht segmentiert Virionen behüllt Helicale Nukleokapside LMU Rhabdoviren (-) Strang RNA,13-16 kb „bullet-shaped“, 70-80 nm ∅, 130-380 nm lang lipidhaltige Hülle, helikales Nukleokapsid Viele verschiedene Viren (befallen Tiere und Pflanzen) Rhabdoviren LMU (-) RNA P (-) RNA Leader Region am 3’-Ende RNA abhängige RNA Polymerase (L): Bestandteil des Virion !!! Alle Proteine sind “Strukturproteine” Rhabdoviren LMU P (-) RNA (+) RNA RNA Pol Initiation der (+) RNA-Synthese am 3’-Ende der (-) RNA Transkription einer kurzen leader RNA: kein 5’ cap / kein polyA Stop der Transkripton am Ende der leader RNA Neustart am Beginn des N-Proteins: jetzt: 5’ cap / poly A Rhabdoviren LMU P (-) RNA (+) RNA RNA Pol Zwischen den einzelnen Genen befinden sich intergenische Regionen Die RNA Polymerase stoppt die Transkription, überliest die intergenische Region und nimmt ihre Arbeit am NS Protein wieder auf (Überspringen und Reinitiation) Fortsetzung über gesamtes Genom Rhabdoviren LMU RNA Pol (-) RNA P (+) RNA Dieser Prozess ist nicht immer erfolgreich: Aufbau eines mRNA Gradienten Dadurch: [N] > [P] > [M] > [G] > [L] Protein Rhabdoviren LMU (-) RNA P N: RNA bindend, Nukleokapsid (ca. 1800 Einheiten pro Partikel) P: RNA bindend M: Matrixprotein, innere Seite der Virusmembran, Morphogenese G: Membranprotein (Adsorption, Fusion, Hämagglutination, neutralisierende AK) L: Bestandteil des Nukleokapsids, RNA abhängige RNA Polymerase, Capping und Polyadenylierung, Methyltransferase LMU Vesicular-Stomatitis-Virus (VSV) • Verbreitung ausschließlich auf amerikanischem Kontinent • Infektion von Pferden, Rindern, Schweinen, Menschen Zwei Serotypen: New Jersey und Indiana Übertragung: - durch Mücken und Fliegen • - durch Tierkontakte - (indirekt) durch z.B. Melkmaschinen Volkswirtschaftliche Schäden durch z.B. Rückgang der Milchleistung LMU • Vesicular-Stomatitis-Virus (VSV) Pathogenese: - Das Virus gelangt über kleine Verletzungen oder Arthropodenstiche in die Haut - Vermehrung im stratum spinosum - Ausbreitung lokal von Zelle zu Zelle Klinik: - Fieber • - “speicheln und lahmen” - aufgeplatze Vesikel (Bläschen) im Maul, Rüsselscheibe, Zitzen, Kronsaum - DD: Maul und Klauenseuche - Beim Menschen: transiente, milde Infektion mit grippeähnlichen Symptomen Vesicular-Stomatitis-Virus (VSV) LMU • VSV-G pseudotyping VSV-G • Vorteile: - stabileres lentivirales Partikel - Aufkonzentrierung (Zentrifugation) möglich - breiterer Zielzelltropismus LMU Rabies (Tollwut) • Weltweite (!) Verbreitung • Urbane Tollwut - v.a. durch streunende, herrenlose Hunde - Indien / Ostasien / Afrika / Südamerika Sylvatische Tollwut - v.a. durch Füchse, Wölfe, Dachse / Waschbären, Stinktiere • - Europa / Nordamerika Fälle pro Jahr (Mensch) - WHO: ca. 1600 - Dunkelziffer: 40.000 – 70.000 ??? Rabies (Tollwut) LMU Totimpfstoff für Menschen - Louis Pasteur (1882) - Passagierung des Virus in Kanninchen - zerriebenes und getrocknetes Rückenmark des Kanninchens (nicht mehr infektiös) - Erste Tollwutimpfung beim Menschen: Joseph Meister (1885) - Später: Phenolinaktivierung (Kanninchen) (Semple Impfstoff) - Bzw.: Ätherextraktion (Kanninchen) (Hempt Impfstoff / Entwicklungsländer) - Seit 1980: in vitro gezüchtete, abgetötete Tollwutviren Rabies (Tollwut) LMU Risikogebiete Rabies (Tollwut) LMU Tollwutgebiete weltweit LMU Rabies (Tollwut) Wildtollwut Rabies (Tollwut) LMU Lebendimpfstoff (attenuiertes Virus) für Wildtiere (früher verabreicht im Hühnerkopf) Deutschland ist Tollwutfrei !!! Rabies (Tollwut) LMU Fledermaustollwut in Deutschland (1982 - 2007) EBLV-1 und EBLV-2 (European Bat Lyssa Virus) Übertragung auf Mensch möglich ( tödlich *)! *5 Fälle in letzten 50 Jahren in Europa LMU • Rabies (Tollwut) Pathogenese - Beim Biss gelangt das Virus in Haut / Bindegewebe / Muskulatur - Initiale Replikation an der Bissstelle - Infektion der Nervenendigungen • - Axonale Wanderung (20 mm pro Tag !!!) zum Gehirn - Hauptreplikationsorte sind: Ammonshorn, Hippocampus und Hirnstamm - Encephalomyelitis (Gehirn und RM sind betroffen) – Zerstörung der Neurone - Nach der Vermehrung im Gehirn wandert das Virus axonal in die Augenbindehaut, Speichel- und Hautdrüsen und in periphere Organe - Produktion von infektiösen Viren (v.a. Speichel) Labordiagnose: - Tupfpräperate d. Hornhaut - Hautbiopsien (Nacken) Nachweis von Negri-Körperchen = eosinophile, zytoplasmatische Ablagerungen viraler Nucleoproteine LMU 20 mm pro Tag Transport des Endosoms ? LMU • Rabies (Tollwut) Klinik - Inkubationszeit: 5 Tage bis Jahre !!! (je nach Bissstelle !!!) • - Nach Auftreten der Symptome tödlich !!! - Etablierung der Infektion nach Hundebiss: ca. 15 % - Prodromalstadium (0-10 Tage): Ziehen und Brennen an der Bissstelle (Kopfschmerzen / Gelenksteife / Fieber) (Hyperaktivität / Hyperventilation / Lähmungserscheinungen) - Akute neurologische Phase (2-7 Tage): rasende Wut: Hydrophobie / Schluckkrämpfe / steigendes Fieber / Speichelfluss (stille Wut (in 20 % der Fälle): Lähmungen) - Koma (5-14 Tage) - Tod durch Atemstillstand LMU Rabies (Tollwut) Klinik Rabies (Tollwut) LMU Postexpositionsprophylaxe (PEP) LMU Rabies (Tollwut) Jeanna Giese (geb. 1989, Wisconsin, USA) ist der erste Mensch, der ohne schwerwiegende dauerhafte Folgeschäden eine Tollwut Infektion mit anschließendem symptomatischen Ausbruch der Erkrankung überlebte, ohne die für Tollwut etablierte Behandlung mit Antiserum erhalten zu haben. Giese wurde im September 2004 im Alter von 15 Jahren von einer Fledermaus in ihren linken Zeigefinger gebissen, nachdem sie das verletzte Tier zuvor gefunden hatte. 37 Tage nach dem Biss entwickelte sie die typischen Symptome einer Tollwut-Infektion und wurde mit Gehstörungen und Tremor in ein Krankenhaus eingeliefert. Sie gilt als der sechste dokumentierte Fall eines Patienten, der Tollwut nach dem Auftreten klinischer Symptome überlebte. Ihre experimentelle Behandlung bestand aus der medikamentösen Einleitung einer Analgosedierung (Ruhigstellung) sowie der Gabe von antiviralen Medikamenten (Ribavirin und Amantadin). Ob zwischen dieser experimentellen Therapie und dem positiven Ausgang tatsächlich ein Zusammenhang besteht, ist jedoch nicht gesichert. @ Ribavirin LMU Ribavirin ist ein Nukleosid Analogon und wirkt virostatisch gegen eine Reihe von DNA- und RNA-Viren (Hepatitis C, RSV, Influenza, Herpesviren, Arenaviren, Adenoviren). Analogon von Guanosin; intrazelluläre Phosphorylierung Hemmung der viralen Polymerase (?) In der Form des Monophosphat hemmt es dann kompetetiv die Inosinmonophosphat-Dehydrogenase und somit die Bildung des Guanosinmonophosphat (Grundbaustein von DNA und RNA) [GMP Depletion] Ribavirin wirkt ferner auf das Immunsystem (?) – die vollständige Wirkungsweise ist nicht genau bekannt. @ Amantadin LMU M2 M2 M2 Amantadin ist ein Derivat des Adamantan. Es wird als Arzneimittel zur Behandlung der durch Influenza-A-Viren verursachten Grippe eingesetzt. Amantadin wirkt hemmend auf das uncoating. Dabei blockiert Amantadin das in der Hülle enthaltene (virale) Ionenkanal-Protein M2. Allerdings wird dieser Effekt bei therapeutischer Dosierung des Wirkstoffs nur bei Influenza-A-Viren erreicht. Eine Inhibition von Influenzaviren Typ B und anderen behüllten Virusformen wird erst bei Konzentrationen jenseits der therapeutischen Breite erreicht. LMU Rabies (Tollwut) Tollwut und Organspende: 2. Juli 2004 meldete dpa, dass in den USA die Tollwut von einem Organspender auf die Empfänger übertragen worden war. Drei Patienten, denen Tollwut-kontaminierte Organe transplantiert worden waren, starben an der Krankheit. Der Organspender hatte sich durch eine Fledermaus mit dem Virus angesteckt, wie die US-Seuchenüberwachungsbehörde CDC in Atlanta berichtet hatte. Auch in Deutschland sind drei Personen an einer durch Organspende übertragenen Tollwut gestorben, drei weitere mit Organen derselben Spenderin überlebten. Die am 30. Dezember verstorbene Spenderin hatte sich im Oktober 2004 bei einem IndienUrlaub durch einen Hundebiss unerkannt infiziert. Contributors "Ruth Brack-Werner, Prof. Dr." <[email protected]> Armin Baiker, Max-von-Pettenkofer Institut, LMU München Email: [email protected]