Vorlesung Viro (Einführung)
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Virologie das Virus: eine schleimige Aussonderung aus Pflanzen oder Tieren, spezielle jedoch: Gift. Herkunft vermutlich aus dem Sanskrit: visam = Gift Historische Def (1897) Viren sind eine besondere Art von Infektionserregern, die ultrafiltrierbar, ultravisibel und unzüchtbar sind . Heute nicht mehr haltbare Definition, auch kleine Bakterien können diese Eigenschaften besitzenm Moderne Definition – Komplex aus Nukleinsäure + Protein +/- Lipidhülle, die sich durch den Zusammenbau ihrer einzelnen Komponenten unter Ausbnutzung des Wirtsstoffwechsels nur in lebenden Wirten vermehren – kein eigener Stoffwechsel – keine Organellen – keine Vermehrung durch Wachstum/Teilung – obligat intrazelluläre Parasiten, leben selbst eigentlich nicht Viren sind sehr klein! (und können sdeshalb meist nur indirekt nachgewiesen werden) lassen sich nur im EM darstellen Übersicht über den viralen Replikationszyklus Schritte der Replikation: – Attachment – Fusion/ Penetration – Uncoating – Transcritpion/ Translation – Replication of viral NA – Transcription / Translation – Assembly – Release (Budding) – Maturation Jedes Virus braucht zum Eindringen in eine Zelle mindestens einen Rezeptor, der als erstes den Tropismus eines Virus bestimmt • Die Interaktion zwischen Virus und seinem Rezeptor ist hochspezifisch (und Energieunabhängig), Virusaufnahme ist Energie-abhängig! • Antikörper, die die Virus-Rezeptor-Interaktion verhindern, hemmen wirksam die Virusvermehrung (neutralisierende AK) • Verwandte Viren können völlig unterschiedliche Rezeptoren benutzen • Unterschiedliche Viren können den gleichen Rezeptor benutzen • Ein Virus kann mehrere unterschiedliche Rezeptoren benutzen • Alle Virusrezeptoren sind völlig „unschuldige“ zelluläre Moleküle, die eigentlich andere Funktionen haben Uncoating kann an verschiedenen Orten passieren, z.b. Erst an der Kernmembran (siehe Adenoviren) oder innerhalb von Endosomen stark abhängig von den viralen Glykoproteinen auf der Virusoberfläche Eclipse Messen viraler Infektiosität wir brauchen einen Zellrasen Zellen werden infiziert, Färbung lebender Zellen -> tote Zellen bleiben weiß PFUs: Plaque forming units, infektiöse einheiten Skalen: PFU/ (ml*Std) andere Mgl: Endpunktverdünnung zur bestimmung des Virustiters Verdünnung, danach Infektion sämtlicher Zellen einer Kultur, danach durchzählen: der Bereich, in der die Hälfte aller Plaques infiziert ist, zeigt den Virsutiter (TCID50 : tissue culture infectios dose 50%) Viruspartikel =/= infektiöses Virus Particle / PFU ratio z.B. Bei Poliovirus 30- 1000 Semliki Forest virus 1-2 zwischen Eclipse period und Latent period kein virus im Überstand wenn man Virusagens nach bestimmter Zeit entfernt: es dauert bis aus der Zellkultur neue Viruspartikel freigesetzt werden Virusklassifikation = Zugehörigkeit zu einer Gruppe mit gemeinsamen Eigenschaften 1. Nukleinsäure (DNA oder RNA) DNA: ds, ss, linear, zirkulär RNA: ds, +ss oder -ss segmentiertes / unsegmentiertes Genom (double strand, single strand) 2. +/- Hülle (Envelope) Inaktivierung! 3. Kapsidmorphologie helikal, ikosaedrisch , komplex Baltimore-Klassifikation zentral: +mRNA wichtig ist die Ablesbarkeit, - oder DNA muss erstmal umgeschrieben /kopiert werden Replikation von +ssRNA-Viren Docken -> Endozytose/Fusion -> sofort an Ribosomen: Translation -> Replicasenbildung, subgenomische mRNAs -> ... Replikation von -ssRNA-Viren -> mRNAs müssen aus dem viralen genom erst noch synthetisiert werden (aus dem Nucleokapsid mit der -RNA -> aus den mRNAs herstellung eines Nucleokapsids mit +vcRNA Rest gleich Definition von +/- ssRNA-Viren – +ssRNA-Viren: das Virusgenom hat mRNA-Polarität, ist infektiös – -ssRNA-Viren : das Virusgenom ist komplementär zur viralen mRNA, ist nicht infektioös, muss durch RNA-Polymerase im Virion erst in virale mRNA umgeschrieben werden Pragmatische Klassifikation nach Nucleinsäure und Morphologie (EM) in der Natur hat man sehr oft mit Symmetrischen Strukturen zu tun, bsp: Ikosaedrisch: 20 gleichgroße dreieckige Flächen Helikale Symmetrie z.B. RNA , darum NC-Protein Erforschung von Viren: – wegen ihrer Kleinheit ist man meist auf indirekte Nachweise einer Virusinfektion angewiesen – wegen ihrer Abhängigkeit von der Zelle braucht man zur Untersuchung: – Zellkultur – lebende Wirte – Gentechnik, Molekularbiologie Formen der Virus-Zell-Interaktion lytisch persistierend transformierend CPE (cytopathic effect) verschiedene CPE-Formen – Cytoplasmatische Einschlusskörper, unlöslich – auch im Zellkern – abgerundete sterbende Zellen – große Synzytien – neoplastische Transformation (z.B. Papillomaviren) Einschlusskörperchen entstehen durch die Akkumulation und Ablagerung viraler (oder zellulärer) Proteine im Kern oder Zytoplasma Was verursacht den CPE? CPE entsteht durch virusvermehrungsbedingte Störungen des Zellstoffwechsels: – Viren können Proteasen exprimieren, die nicht nur virale sondern auch zelluläre Proteine spalten; – Viren können die zelluläre Proteinbiosynthese blockieren und für ihre eigenen Zwecke umfunktionieren (auf der Ebene der Transkription, post-transkriptional, auf der Ebene der Translation) – virale Strukturproteine sind häufig zytotoisch – die Fusionsaktivitäät viraler Glykoproteine können Synzytioenbildung induzieren – zelluläre antvirale Abwehrmechanismen (Apoptose, IFN) können zum Zelluntergang führen Persistierende Virusinfektionen Charakteristikum: die Zelle verändert ihren Metabolismus, aber sie stirbt nicht ab – das Virus bleibt nachweisbar – geringe Zytotoxizität der Virusproteine – restringierte / Modulierte virale Genexpression – Virusmutationen – Integration des viralen Genoms in das Wirtszellgenom – veränderter Zelltropismus (Z.B. Gehirn) – Modulation der immunologischen Erkennung z.B. Durch Regulation der MHC-Genexpression (T-Zell Antwort) oder durch Mutation viraler Antigene (Virusvarianten -> viral Escape der B-Zell Antwort) – – Viren können „Pseudoantigene“ präsentieren Immundefekte / Immunsuppression resp. Intrauterine / perinatale Infektion Beispiele für persistierende Virusinfektionen – HSV-1/-2 und V'ZV: Modulation der viralen Genexpression (Latenz und Tropismus) – HIV und HTLV: provirale Integration – ... virale Quasispezies , besser: Virenschwarm eine unhomogene Viruspopulation RNA-Polymerase mit hoher Fehlerrate Onkogene Transformation durch Virusinfektionen – es gibt beim Menschen keinen Tumor, der ausschließlich durch eine Virusinfektion entsteht – es gibt blabalbaablagaelkar Focusbildung von transformierten Zellen in Kultur: – Immortalisierung – Wachstum in Weichagar – keine Kontaktinhibition – Ankerunabhängigkeit – morphologische Veränderungen Beispiele menschlicher Tumorviren – EBV: Burkitt-Lymphom, Nasopharynx-Karzinom,... – HHV-8: Karposi-Sarkom – HBV und HCV: Hepatocelluläres Karzinom – HTLV-1: Akute T-zell-Leukämie – HPV: Cervixkarzinom Eisbergkonzept der Infektion richtet sich nach sichtbarkeit / Klinischer Relevanz cell response vs host response Kochsche Postulate – Ein Erreger ist immer bei einer bestimmten Infektionskrankheit zu finden – Erreger kann in Reinkultur angezüchtet werden – nach expreimea.,ghewrgna Modifizierte Kochsche Postulate – Evidenter viroloigscher Nachweis von viralem Ag oder Nukleinsäure bei Erkrankung – Temporäre Assoziation zwischen Infektion und Erkrankung – Dosis- Abhängigkeit? – Bioloigsche Plausibilität (Pathogenese, Tiermodell) Frequenz klinisch apparenter Manifestationen z.B. EBV (Kinder) nur 1%, EBV (junge Erwachsene ) 30-75% Picornaviren • Aphtoviren (fMDV mit 7 Serotypen) • • • • • Cardioviren Enteroviren Hepatoviren Parechoviren Rhinoviren Poliovirus: Genom und Expression: Herstellung eines riesigen Polyproteins darin Proteasen kodiert, die das Protein an bestimmten Stellen zerlegt Zerstörung der motorischen Vorderhornzellen 1952 Riesenepidemie heute fast ausgerottet Verlaufsformen sehr unterschiedlich 90-95% inapparente Infektion bei 1-2% paralytische Infektion Pathogenese von Enteroviren
