Viren: Aufbau und Funktion

Viren

• Viren können alle drei Domänen des zellulären Lebens infizieren: Archaea, Bacteria, Eukaryota
• Viren sind spezialisiert auf ihre Wirts-Spezies, die meisten sind sehr spezifisch
• Viren sind für ihre Replikation auf einen Wirt angewiesen
• Viren besitzen keinen Stoffwechsel, keine Biosynthese und keine Zellen; sie besitzen nicht alle Kennzeichen von Leben

Aufbau und Funktion von Viren

• Viren bestehen aus einem Genom (DNA oder RNA) und einer Proteinhülle (Capsid)
• Extrazellulär ist das Virus-Genom verpackt
• Intrazellulär wird das Virus-Genom vermehrt und Proteine werden produziert (Translation)
• Das Virus-Genom ist innerhalb einer Proteinhülle, dem Capsid, verpackt.
• Viren variieren stark in Größe und Form ihrer Capside (z. B. ikosaedrisch, spiralförmig, komplex)

Virale Genome

• Viren enthalten unterschiedliche Genomtypen (z. B. doppelsträngige DNA, einsträngige DNA, doppelsträngige RNA, einsträngige RNA)
• Die Sequenz des Genoms gibt Auskunft über die Virusgruppe
• Die Translation der Wirtszelle wird zur Herstellung viraler Proteine genutzt. Die virale Nucleinsäure wird für die Proteinproduktion ins Genom des Wirts integriert.
• Die Herstellung von mRNA ist notwendig für die Produktion viraler Proteine.

Replikation

• Die virale Replikation ist stark von der Wirtszelle abhängig und umfasst verschiedene Schritte: Anheften, Penetration, Biosynthese, Zusammensetzung, Freisetzung.
• Hauptgrund für die Zellspezifität: die Virion-Oberflächenmoleküle entsprechen den Oberflächenmolekülen der Wirtszelle (Rezeptoren)
• Zum Beispiel sind die Rezeptoren Proteine, Kohlenhydrate, Glykoproteine, Lipide, Lipoproteine oder deren Komplexe

Enzyme von Viren

• Virionen besitzen keinen eigenen Stoffwechsel, aber enthalten Enzyme, wenn sie notwendig sind für eine Infektion oder für den Replikationszyklus, wie z. B. Lysozym (schwächt die bakteriellen Zellwände) oder Nucleinsäurepolymerasen.
• Enzyme zur Replikation des viralen Genoms, wie Reverse Transkriptase bei Retroviren.

Quantifizierung von Viren

• Der Titer ist ein Maß für die Anzahl der infektiösen Einheiten von Virionen pro Volumen
• Verschiedene Verfahren zur Bestimmung des Virus-Titers, z. B. Mikroskopie, molekularbiologische Methoden (PCR), Funktionstests (z. B. Virus-Plaque-Assay).

Replikationszyklus (lytisch vs. lysogen)

• Lytischer Zyklus: Sofortige Produktion neuer Viruspartikel, Zerstörung der Wirtszelle
• Lysogener Zyklus: Integration in Wirts-Genom, Provirus-Bildung (Virus-DNA integriert sich in das Genom der Wirtszelle), Vermeidung der sofortigen Zerstörung, Suppression der Virus-Protein-Expression.

Virus-Infektion

• Viren können eine Reihe unterschiedlicher Auswirkungen auf ihre Wirte haben.
• Dauer und Ausprägung der Erkrankung können unterschiedlich sein, z.B. 4-6 Tage von Infektion bis Symptomen und bis zu 14 Tage möglich

Struktur von Viren

• Viren haben unterschiedliche Strukturen, z. B. ikosaedrisch, spiralförmig, komplex.
• Spikeproteine sind für die Bindung an Rezeptoren der Wirtszelle verantwortlich.
• Eine Hülle kann vorhanden sein, die aus Lipiden und Proteinen besteht (z.B. HIV)

RNA-Viren

• RNA-Viren weisen eine hohe Fehlerrate bei der Replikation auf (wenig oder kein Proofreading)
• Sie besitzen RNA-abhängige RNA-Polymerasen (RdRp)
• Ungewöhnliche Genomgrößen für RNA-Viren (zum Beispiel Nido-Coronavirussen)

HIV-Infektion

• HIV bindet an Rezeptoren (CD4) und Co-Rezeptoren (CXCR4 oder CCR5) auf Wirtszellen
• Zellspezifität: HIV infiziert hauptsächlich CD4+-T-Zellen, Makrophagen und Dendritische Zellen
• Reverse Transkription: Virus-RNA wird in DNA umgewandelt.
• Integration: Virus-DNA wird in das menschliche Genom integriert.

Medikamente gegen Viren

• Medikamente wirken häufig auch auf Wirtszellen
• Selektive Toxizität ist oft schwierig, Medikamente richten sich an spezifischen Enzymen oder Strukturbausteine.

Interferone

• Kleine Moleküle, die von infizierten Zellen gebildet werden
• Wirken auf infizierte benachbarte Zellen, unter anderem durch Hemmung der Proteinsynthese
• Bekäpfung von Viren, wie z.B. Hepatitis

Transduktion

• Übertragung von DNA von Bakteriophagen
• Allgemeine Transduktion: Übertragung einer beliebigen genomischen Sequenz
• Spezielle Transduktion: Ein bestimmter Bereich des Wirts-Genoms wird in das Virus-Genom eingebaut.

Tumor-Bildung

• Tumorbildung kann durch virale Infektionen ausgelöst werden
• Anhaltender Prozess der Zellteilung ohne ausreichende Kontrolle kann zu einer Tumorbildung führen
• Viele Viren bewirken die Deregulation der Zellteilung und Zelldifferenzierung