Bei einer viralen Infektion dringt ein Virus in den menschlichen Körper ein und löst eine entzündliche Reaktion aus.
Dabei kann der gesamte Körper oder mehrere Organe und Organsysteme von der Virusinfektion betroffen sein (= systemische Infektion) oder die Infektion ist auf eine bestimmte Region im Körper beschränkt (= lokale Infektion).
Virusinfektionen werden abhängig vom Virus auf unterschiedliche Art und Weise übertragen. Am häufigsten kommt es zu Tröpfchen-, Schmier- oder Kontaktinfektionen.
Auch der Krankheitsverlauf ist abhängig vom Virus unterschiedlich und gleichzeitig Erreger-spezifisch.
Was sind Viren?
Viren sind infektiöse (= ansteckende, übertragbare) Partikel, die keinen eigenen Stoffwechsel besitzen, sondern zum Überleben und Vermehren auf einen Wirtsorganismus angewiesen sind.
Viren bestehen aus Nukleinsäuren (= Erbmaterial), die folgende Informationen enthalten:
Steuern des Stoffwechsels des Wirtsorganismus
Replikation (=Vermehrung) der Virus-Nukleinsäure
morphologische Ausstattung der Viruspartikel (= Virionen)
Die Vermehrung von Viren findet in den Wirtszellen statt, wobei der Stoffwechsel des Wirtes so umprogrammiert wird, dass er fast ausschließlich der Virusreplikation dient.
Was unterscheidet Viren von anderen Infektionserregern?
Viren sind im Vergleich zu den anderen Infektionserregern wie Bakterien, Pilzen oder Würmern keine echten Lebewesen.
Sie besitzen keinen eigenen Stoffwechsel - ohne Zytoplasma, dem Medium für alle Stoffwechselvorgänge, Ribosomen und Mitochondrien können sie keine eigenen Proteine herstellen, keine Energie umwandeln oder sich selbst vermehren.
Das heißt, um zu überleben und sich zu vermehren, sind sie auf eine Wirtszelle und den fremden Stoffwechsel angewiesen. Diesen manipulieren und umprogrammieren die Viren für ihre eigenen Zwecke so, dass die Wirtszelle fast ausschließlich der Virusvermehrung dient.
Übungsaufgabe
Der Aufbau von Viren
Viren kommen in zwei verschiedenen Erscheinungsformen vor:
intrazellulär (= innerhalb der Wirtszelle) als Nukleinsäure (DNA oder RNA)
oder
extrazellulär (= außerhalb der Wirtszelle) als Virion.
Dabei sind Virionen metabolisch nicht aktiv, sondern dienen der Verbreitung von Viren außerhalb der Wirtszelle. Die Nukleinsäure eines Virus, die alle notwendigen Informationen zur Vermehrung enthält, ist von einem Nukleokapsid mantelartig umgeben. Dieses ist aus regelmäßig angeordneten Einheiten, den Kapsomeren, aufgebaut.
Optional können Viren noch eine Virushülle aus Lipiden besitzen. Man differenziert basierend auf dieser Lipidschicht behüllte und unbehüllte/nackte Viren (siehe Abb. 1).
Die Vermehrung von Viren innerhalb der Wirtszelle
Das Virus selbst ist wie oben bereits beschrieben zu keinen eigenen Stoffwechselvorgängen fähig und braucht eine Wirtszelle zur Fortpflanzung/Vermehrung (= Replikation).
1. Adsorption und Aufnahme des Virus in Wirtszelle
Der Replikationszyklus beginnt, wenn sich das Virion (= extrazelluläre Erscheinungsform des Virus) an ein Oberflächenprotein (= Rezeptor) einer Wirtszelle heftet (= Adsorption, Abb. 3(1)).
Danach werden die Virionen durch Endozytose (= ein zellulärer Vorgang zur Aufnahme von Partikeln aus der Umgebung einer Zelle durch Einstülpung von Bereichen der Zellmembran) in die Wirtszelle eingestülpt (Abb. 2).
2. virale Proteinbiosynthese
Behüllte Viren werden nach der Aufnahme in die Wirtszelle noch von ihrer Hülle befreit (= Uncoating, Abb. 3(2)).
Nachfolgend wird das Erbmaterial des Virus (= Nukleinsäure: RNA oder DNA) in der Wirtszelle vervielfältigt (Abb. 3(3b)). Außerdem werden virale Proteine (beispielsweise Oberflächen-, Hüll- und Kapsid-Proteine oder Replikationsproteine; Abb. 3(3a-5b)) für die anschließende Bildung neuer Viren von der Wirtszelle synthetisiert. Dieser Prozess wird auch als virale Proteinbiosynthese oder virale Genexpression bezeichnet.
Durch Umprogrammierung des Wirtsorganismus dient der Stoffwechsel der Wirtszelle während dieser viralen Proteinbiosynthese ausschließlich der Virusvermehrung; Stoffwechselvorgänge der Wirtszelle kommen zum Erliegen.
3. Morphogenese neuer Viren und Ausschleusung aus Wirtszelle
Sobald alle notwendigen Bestandteile zum Zusammenbau neuer Viren vorliegen, werden diese in der Wirtszelle gebildet (= Morphogenese, Abb. 3(6)).
Die von der Wirtszelle synthetisierten Viren werden anschließend als Virionen freigesetzt. Bei unbehüllten Viren geschieht dies mittels Auflösung der Zellmembran (= Zell-Lyse). Behüllte Viren verlassen die Wirtszelle durch Ausschleusung (= Virusknospung, Abb.3(7)), wobei Teile der Wirtszellmembran als Bestandteil der Virushülle verwendet werden.
Übungsaufgabe
Klassifikation viralen Erbmaterials
Das Virusgenom (= virale Nukleinsäure) kann als RNA oder DNA vorliegen.
Bei DNA Viren unterscheidet man doppelsträngige und einzelsträngige Nukleinsäuren.
RNA Viren liegen auch doppel- oder einzelsträngig vor, wobei die einzelsträngige Nukleinsäure in Minus- oder Plus-Strangorientierung vorzufinden ist. Weiterhin kann das virale RNA-Genom segmentiert oder nicht-segmentiert sein.
Das virale Genom kodiert Genprodukte und Informationen für:
Partikelbildung und Verpackung des Genoms
Replikation des Virusgenoms
Regulation des Replikationszyklus
Ausschalten zellulärer Abwehrmechanismen
Verbreitung auf andere Zellen und Wirtsorganismen
Beispiele für DNA und RNA Viren
DNA Viren:
behüllt: Pocken- und Herpesviren
unbehüllt: Adeno- (rufen beispielsweise beim Menschen Bindehautentzündungen hervor) und Papovaviren (z.B. humane Papillomviren, die Gebärmutterhalskrebs verursachen können)
RNA Viren:
behüllt: Flaviviren (z.B. Gelbfieber- oder Denguevirus), Rhabdoviren (z.B. Tollwut), Flaviviren (z.B. Ebolavirus)
unbehüllt: Reoviren (Tier- und Pflanzenviren, welche Atemwege und Magen-Darm-Trakt von Menschen und Wirbeltieren infiziieren, normalerweise jedoch keine Erkrankungen hervorrufen), Picornaviren (z.B. Kinderlähmung)
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