AUFBAU UND STRUKTUR
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M. Müller, SoSe 2005 AUFBAU UND STRUKTUR VIREN SIND EINFACH AUFGEBAUT RNA Capsid = Coat (Protein) M. Müller, SoSe 2005 DNA Membran = Envelope (Glykoproteine, Lipide, Reste von WirtszellMembran) AUFBAU UND STRUKTUR VIRUSGENOME: DNA SS = Einzelsträngig ODER RNA + oder - Strang * *+RNA = wird direkt translatiert *-RNA = kann nicht direkt translatiert werden DS = Doppelsträngig Segmentiert Doppelsträngig segmentiert Circular M. Müller, SoSe 2005 AUFBAU UND STRUKTUR CAPSID: AUFBAU + FUNKTIONEN • Capsid (Proteinhülle um DNA/RNA) • Capsomer (kleinste Einheit für den Aufbau eines Capsids) • Protomer (kleinste Einheit für den Aufbau eines Capsomers) • Capsid enthält basische Proteine (Polykation) • Capsid hat kein Cystein (damit auch keine S-S Brücken) ICOSAEDER (KUBISCH) • Capsid dient der Verpackung und dem Schutz der Nukleinsäure • Capsid ermöglicht denTransport der Nucleinsäure von Zelle zu Zelle • Capsid enthält spezifische Moleküle für die Anheftung (Attachment) • Capsid kann helical oder kubisch aufgebaut sein HELICAL M. Müller, SoSe 2005 AUFBAU UND STRUKTUR VIRUSMEMBRAN (ENVELOPE) Zusätzlich zum Capsid besitzen einige Viren noch umschließende Membranen (Hüllen, Envelopes). Hülle Die exponierten Proteine auf der Virusoberfläche sind hauptverantwortlich für die spezifische Bindung der Viren an die Wirtszellen. Sie können unterschiedliche Strukturen haben und somit viele verschiedene Rezeptoren erkennen. Aber: Die exponierten Proteine auf der Virusoberfläche unterliegen einem starken Selektionsdruck durch das Immunsystem. Änderungen dieser Proteine können zur Bildung neuer Subtypen führen (antigenic shift; antigenic drift). M. Müller, SoSe 2005 AUFBAU UND STRUKTUR VIROIDE SIND NACKTE VIREN Viroide sind hüllenlose (!) RNA-Viren und Erreger von Pflanzenkrankheiten. Das bekannteste ist das PSTVd (potato spindle tuber viroid). Es sind kleine (200-400 Nukleotide), stäbchenförmige RNA-Moleküle mit einer bestimmten Sekundärstruktur. (nach Alan J. Cann: Principles of Molecular Virology, 2001) M. Müller, SoSe 2005 AUFBAU UND STRUKTUR BAKTERIOPHAGEN: MEIST KUBISCH Phagen können neben dem Kopf (Capsid) zusätzliche Ausstülpungen wie: Kragen, Schwanz, Schwanzfasern und Endplatte besitzen (aus A. Levine, Viren, 1993) M. Müller, SoSe 2005 AUFBAU UND STRUKTUR NACHWEIS VON BAKTERIOPHAGEN M. Müller, SoSe 2005 AUFBAU UND STRUKTUR URSPRUNG DER VIREN • Wie sind Viren entstanden? • Wie sehen die Kräfte aus, die neue Viren entstehen lassen? • Wie verlaufen Wandlung und Evolution der Viren? • Welcher Selektionsdruck führt zu neuen Krankheiten? M. Müller, SoSe 2005 URSPRUNG UND EVOLUTION URSPRUNG DER VIREN Zur Zeit gibt es über den Ursprung der Viren 3 Theorien: 1. Virusentstehung durch Degeneration (Parasit) 2. Virusentstehung aus wirtszelleigenen RNAoder DNA- Molekülen 3. Abstammung von selbstreplizierenden Molekülen (Coevolution) M. Müller, SoSe 2005 URSPRUNG UND EVOLUTION VIREN: LEBENDE ORGANISMEN ? • Viren werden als submikroskopisch kleine, obligat intrazelluläre Parasiten auf molekularer Ebene definiert. • Viruspartikel setzen sich aus vorgefertigten Komponenten zusammen. • Viruspartikel wachsen nicht • Kein bekanntes Virus hat das biochemische oder genetische Potential, um Energie oder Proteine zu synthetisieren. M. Müller, SoSe 2005 URSPRUNG UND EVOLUTION VIREN: DOCH LEBENDE ORGANISMEN ? • Viren bedienen sich des gemeinsamen genetischen Codes (ATCGU) • Viren können in der Zelle ihre eigene Vermehrung in Gang setzen • Viren reagieren auf Veränderungen ihrer Umwelt (Evolution) M. Müller, SoSe 2005 URSPRUNG UND EVOLUTION KOMPROMISS: • Innerhalb von Wirtszellen sind Viren lebende Organismen, während sie außerhalb davon komplexe, metabolisch inerte Moleküle darstellen. M. Müller, SoSe 2005 URSPRUNG UND EVOLUTION VIREN ALS EVOLUTIONSMOTOR Viren haben eindeutig zwei Funktionen in unserer Evolution: 1. Krankheiten, die sie hervorrufen, führen zur Selektion resistenter oder weniger anfälliger Wirtsorganismen 2. Genetische Information von Viren wird in unser eigenes Erbgut eingebaut (Onkogene) M. Müller, SoSe 2005 URSPRUNG UND EVOLUTION VIRALE ÜBERLEBENSSTRATEGIEN • Die natürliche Umwelt stellt für die meisten Viren eine Barriere dar. • Sehr empfindliche Viren können entweder nur durch direkte Übertragung (kurzer Infektionsweg) oder hohe Wirtsdichte überleben („Virusreservoir“). • Viele Viren haben sich daher auf den zwischenzeitlichen Befall von Vektoren „spezialisiert“. M. Müller, SoSe 2005 URSPRUNG UND EVOLUTION VIRALE ÜBERLEBENSSTRATEGIEN Viren können daher z.B.: • In gesunden Trägern weiterleben (inapparente Infektion) • In der Umwelt ohne Weiteres überleben (Pox-, Parvo-, Picornaviren) • In Tieren als Zwischenwirt überleben (Influenzaviren, Togaviren) • Als persistierende Infektionsformen lange im Individuum verbleiben (Onkogene) • Als lebenslange Latenz im Wirt vorhanden sein (Herpes Viren, HIV) • Lange Inkubationszeiten ausbilden (Rabies, Slow virus Infektionen) M. Müller, SoSe 2005 URSPRUNG UND EVOLUTION VIREN: EINTEILUNG UND KLASSIFIKATION Die Klassifikation von Viren erfolgt durch • • • • ihre Wirte, ihre Nucleinsäure, die Symmetrieform der Capside und das Vorhandensein einer Membranhülle. Als Wirte kommen Pro- und Eukaryoten in Frage, z.B.: • • • • Bakterien, Pflanzen, Tiere bzw. Menschen. M. Müller, SoSe 2005 EINTEILUNG UND KLASSIFIKATION BAKTERIOPHAGEN: EINTEILUNG UND KLASSIFIKATION ICOSAHEDRAL FILAMENTÖS DS-RNA DS-DNA MYOVIRIDAE SIPHOVIRIDAE PODOVIRIDAE SS-RNA ENVELOPE φ6 SS-DNA M13 M12 fd, Ff R17, f2, Qß, MS2, lKe GA, SP, F1 DS = doppelsträngig; SS = einzelsträngig M. Müller, SoSe 2005 EINTEILUNG UND KLASSIFIKATION DNA-PFLANZENVIREN HELICAL ICOSAHEDRAL NON-ENV. NON-ENV. SS GEMINIVIRIDAE DS (RT) CAULIMOVIRIDAE DS (RT) CAULIMOVIRIDAE DS = doppelsträngig; SS = einzelsträngig; RT = Reverse Transcriptase M. Müller, SoSe 2005 EINTEILUNG UND KLASSIFIKATION RNA-PFLANZENVIREN ICOSAHEDRAL HELICAL NON-ENV. NON-ENV. DS REOVIRIDAE PARTITIVIRIDAE M. Müller, SoSe 2005 SS (+)(RT) SESQUIVIRIDAE BROMOVIRIDAE COMOVIRIDAE PSEUDOVIRIDAE SS (-) RHABDOVIRIDAE BUNYAVIRIDAE SS (+) POTYVIRIDAE CLOSTEROVIRIDAE FLOATING GENERA: TMV EINTEILUNG UND KLASSIFIKATION DNA-VIREN (TIER- UND MENSCH) ICOSAHEDRAL ENV. COMPLEX NON-ENV. ENV. DS SS DS DS HERPESVIRIDAE HEPADNAVIRIDAE PARVOVIRIDAE PAPOVAVIRIDAE ADENOVIRIDAE POXVIRIDAE M. Müller, SoSe 2005 EINTEILUNG UND KLASSIFIKATION RNA-VIREN (TIER- UND MENSCH) HELICAL ICOSAHEDRAL ENV. ENV. NON-ENV. SS SS DS SS TOGAVIRIDAE FLAVIVIRIDAE (RETROVIRIDAE) PICORNAVIRIDAE CALICIVIRIDAE REOVIRIDAE RHABDOVIRIDAE PARAMYXOVIRIDAE BUNYAVIRIDAE ARENAVIRIDAE ORTHOMYXOVIRIDAE CORONAVIRIDAE (RETROVIRIDAE) M. Müller, SoSe 2005 EINTEILUNG UND KLASSIFIKATION THE BALTIMORE CLASSIFICATION* PARVOVIRIDAE + or DNA RETROVIRIDAE VI + RNA DNA II HEPADNAVIRIDAE + - DNA I IV + RNA PICORNAVIRIDAE TOGAVIRIDAE FLAVIVIRIDAE CALICIVIRIDAE CORONAVIRIDAE - RNA + mRNA V III + - RNA REOVIRIDAE - RNA BUNYAVIRIDAE ARENAVIRIDAE *ordnet Viren nach ihrem genetischen System und beschreibt das Verhältnis der viralen DNA zu ihrer mRNA. M. Müller, SoSe 2005 PAPOVAVIRIDAE ADENOVIRIDAE HERPESVIRIDAE POXVIRIDAE RHABDOVIRIDAE PARAMYXOVIRIDAE ORTHOMYXOVIRIDAE EINTEILUNG UND KLASSIFIKATION
