Viren (Einführung in die Virologie)
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Viren (Einführung in die Virologie) DAS LABOR wege-der-wissenschaft.com Aufbau und Funktion Viren (Vironen) sind sehr kleine Organismen von der Größe 20 nm bis 300 nm, sie besitzen keinen eigenen Stoffwechsel wie Bakterien. Sie bestehen ausschließlich aus Nukleinsäuren, Proteine und Lipoide, haben aber keine komplexeren Bauteile die für den Aufbau einer Zelle typisch sind (Zellkern, Mitochondrien oder Ribosomen etc.). Anders als Bakterien oder Pilze brauchen sie eine Zelle um zu überleben, ohne Zelle sterben sie ab. Viren sind filtrierbare Partikel und können bakteriendichte Filter durchdringen. Replikation Bakterien sind in der Lage sich selbst zu teilen und besitzen eine eignende Enzymausstattung mit einem eigenen Synthese und Reproduktionsapparat. Für die Vermehrung brauchen sie nur bestimmte Nährstoffe. Sie wachsen auf totem Nährboden. Viren sind Zellparasiten und brauchen um sich zu vermehren eine lebende Wirtszelle. Sie haben die Bauinstruktion in form einer Nukleinsäure gespeichert und geben diese an die Wirtszelle weiter. Der Bau des Virus erfolgt dann zeitlich koordinierten, synchronen vorgefertigten Untereinheiten. Schritte während der Replikation: Das Virus dockt an einem Rezeptor an. Das Virus verbindet sich entweder mit dem Kapsid oder mit der Hülle (nur bei Hüllentragenden Viren). Ob ein Virus an einem Rezeptor andocken kann, hängt vor allem von der chemischen Natur des Rezeptors ab. Penetration und Das Virus dringt in die Zelle, in das Cytoplasma ein. Nur wird das aus dem Kapsid die Nukleinsäure freigesetzt. Der genaue Uncoating Mechanismus, bei dem die Nukleinsäure nicht zerstört werden kann, ist noch nicht bekannt. Replikation der Nun zwingt der genetische Code des Virus, denn Zellkern dazu, seine DNA oder RNA zu vermehren. Der Mechanismus ist so Nukleinsäure ähnlich wie die Polymerase Kettenreaktion. Allerdings gibt es auch Ausnahmen, Pockenviren vermehren sich mit eigenen Enzymen im Cytoplasma. Die Zelle produziert jetzt Virusproteine („VP“) auch Kapsidproteine Proteinsynthese genannt. Nicht am Kapsidaufbau beteiligte Virusproteine sind die Adsorption Reifung Freisetzung so genannten Nichtkapsid-Virusproteine („NCVP“). Nun werden die produzierte Nukleinsäure und die Kapsidproteine zu neuen Vironen zusammengesetzt. Die Zellen entlässt nun neue Vironen bzw. platzt. Nun suchen sich die Viren neue Zellen, die sie infizieren können. Entweder stirbt die Wirtszelle dadurch ab, dass sie sich durch die Produktion der Viren sich selbst vernachlässigt, oder beim verlasen des Virus wird die Zellwand zerstört, so das sie platzt oder das Cytoplasma austritt. Darüber hinaus unterscheidet man noch folgen Wirkungsweisen auf Zellen: - Virusvermehrung mit Zellzerstörung (Cytopathologie) - Latente Infektion ohne Virusvermehrung - Virusreplikation ohne Cytopathologie - Tumorinduktion mit oder ohne Virusreplikation Erbinformation und Genetik In Bakterien liegt sowohl DNA, als auch RNA vor, in Viren nur einer der beiden Nukleinsäuretypen. Man unterscheidet RNA Viren (z.B. Arena Viren, TMV) und DNA Viren (Pocken, T- Phagen). Dabei kommen sie als DNA oder RNA Einzelstrang oder DNA oder RNA Doppelstrang vor. Viren können mutieren oder sich rekombinieren. Bei einer Mutation findet eine Änderung in der Basensequenz statt, dabei können ein oder mehrere Nukleotide betroffen sein. Das kann zu einer größeren bzw. kleineren Änderung des entsprechenden Proteins führen. Medizinisch sind Mutanten in der Virologie für die Entwicklung von Lebendimpfstoffen wichtig. Das Virus wird so verändert, dass es für den Patienten ungefährlich ist, aber trotzdem das Immunsystem auf die Gattung stimuliert wird. Bei einer Rekombination werden Tausende Kopien der Nukleinsäuren erstellt. Wenn in einer Zelle zwei Virusstämme repliziert werden, besteht die Möglichkeit eines „crossing-overs“, wobei die Nukleinsäurestücke zwischen den Virusstämmen neu verteilt werden. Durch den gleichen Mechanismus ist auch ein Austausch zwischen Virus und Wirtszelle möglich, was bei Tumortransformation eine Rolle spielt. Infektion Man unterscheidet zwei Arten einer Virusinfektion: - - Lokale Infektion: Bei dieser Art der Infektion breitet sich das Virus von Zelle zu Zelle aus. Die Infektion bleibt auf da Gewebe der unmittelbaren Umgebung beschränkt. Ein Beispiel dafür sind Rhinoviren (Erkältungsviren), die sich auf die Zellen des oberen Respirationstrakts beschränken. Generalisierte Infektion: Bei dieser Art der Infektion beschränkt sich das Virus nicht auf das umliegende Gewebe, sondern nutzt das Blut- und Lymphsystem um sein Zielorgan zu erreichen. Erst in den Zielorganen vermehrt es sich intensiv. Ein Beispiel dafür ist sind Enteroviren, wie Hepatitis-A-Viren, die sich im Darmepithel vermehren können, aber erst in ihrem Zielorgan, der Leber, Symptome verursachen. Die schwere einer Infektion hängt von der Zellschädigung ab und wie viele Viren sich vor dem auftreten der ersten Infektion vermehrt haben. Allerdings kann eine Infektion auch unbemerkt bleiben und wieder abklingen, wenn die Zellzerstörung gefehlt hat. Eine Virusinfektion kann parasitär verlaufen, dass bedeutet, dass das Virus Monate bis Jahre im Körper schlummern kann, ohne dass der Patient klinische Symptome zeigt, man nennt diese Erscheinung „Slow-virus“-Infektion. Der Krankheitsverlauf verläuft meist schleppend (ähnlich wie bei dem BSE/ Jakob-Creutzfeldt-Erreger). Die Infektion kann allerdings auch schlagartig durch einen bestimmten immunologischen Vorgang ausgelöst werden. Erst durch Folgeinfektionen können Lebewesen Krank werden, wenn sie Träger eines bestimmten Virus sind. Ein Beispiel dafür ist das HI-Virus (HIV), das die Zellen des Immunsystems schwächt. Das Immunsystem ist so nicht mehr in der Lage einfachste Infektionen abzuwehren und kann schon durch eine einfache Erkältung versagen, diesen Zustand nennt man AIDS (acquired immune deficiency syndrome). Durch Medikamente kann heute das Immunsystem eines HIV Infizierten stabilisiert werden, eine erfolgreiche Behandlung oder Impfung wurde noch nicht entwickelt. Ausscheidung und Verbreitung Ausscheidung und Verbreitung von Viren ist von Virus zu Virus unterschiedlich. Manche werden durch alle Körperflüssigkeiten übertragen, andere nur durch das Blut oder Geschlechtssekrete. Viren die sich im Darm vermehren können über den Stuhl ausgeschieden werden. Rhinoviren übertragen sich durch Tröpfchen und Schmierinfektion bei Ausscheidungen des Respirationstraktes (Husten, Niesen, Rotz). Prophylaxe und Chemotherapie In den 1970iger Jahren konnte das Pockenvirus durch Massenimpfungen ausgerottet werden. Auch heute werden ständig an Impfstoffen geforscht und Impfstoffe produziert. Ein interessantes Beispiel ist das Infulenza-A-Virus, welches jährlich mutiert. Jedes Jahr wird ein neuer Impfstoff produziert, gegen den das Virus nicht resistent ist. Bei einigen Viren konnte aber aufgrund ihrer Komplexität und Infektionsverhalten noch kein Impfstoff entwickelt werden (HIV etc.). Gegen die meisten Viren gibt es keine Chemotherapie, da es sich bei Viren nicht um Zellen handelt. Es ist schwer ein Medikament zu entwickeln welches nur das Virus abtötet und nicht seine Wirtszelle. Allerdings gibt es Antiviralemittel die die Proteinsynthese oder die DNA- und RNA-Synthese hemmen. Diese wirken aber nur auf bestimmt Arten sehr begrenzt. Quellen: P. Klein, D. Falke, Medizinische Mikrobiologie 1 – Virologie, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York 1976 Fritz H. Kayser, Kurt A. Bienz, Johannes Eckert, Jean Lindemann, Medizinische Mikrobiologie . Immunologie, Bakteriologie, Mykologie, Virologie, Parasitologie, 7. Auflage, Thieme-Verlag Stuttgart, New York 1989 Georg Schön, Mikrobiologie, Herder-Verlag Freiburg, Basel, Wien 1978 Lange, Strauß, Dobers, Biologie Band 3, Herman Schroedel-Verlag KG Hannover, Berlin, Darmstadt, Dortmund 1973 © 2011 DAS LABOR Deutschland www.wege-der-wissenschaft.com
