VO 12 Virologie - Uni Salzburg Past Paper PDF
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Paris Lodron University Salzburg
Iris Gratz
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This document provides lecture notes on virology, focusing on RNA viruses, including coronaviruses, rhinoviruses, and retroviruses. It also includes information on poliovirus, its transmission, and effects on the body.
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VO Mikrobiologie VO 12 Teil Virologie Assoz. Prof. Dr. Iris Gratz FB Biowissenschaften und Medizinische Biologie Iris Gratz 132 Erkankungen durch tierische RNA-Viren RNA(+)-Viren Coronaviren – Atmungsbeschwerden (zB SARS, SARS-CoV-2)...
VO Mikrobiologie VO 12 Teil Virologie Assoz. Prof. Dr. Iris Gratz FB Biowissenschaften und Medizinische Biologie Iris Gratz 132 Erkankungen durch tierische RNA-Viren RNA(+)-Viren Coronaviren – Atmungsbeschwerden (zB SARS, SARS-CoV-2) Poliovirus Rhinoviren – Erkältung Hepatitis A … Meist klein (ca 30nm); ssRNA RNA(-)-Viren Rhabdoviren (zB Tollwutvirus) Orthomyxoviren (zB Influenzavirus) Ebolavirus … Retroviren (zB HIV) Kinderlähmung - Poliovirus Früher eine der größten Infektionskrankheiten weltweit Einziges Reservoir: Mensch Auslöschung durch Impfung realistisch Heute wegen WHO Impfprogramm kaum mehr existent EU seit 2002 Polio-frei Wenige Länder in Asien und Afrika haben noch Fälle Allerdings: Polio irgendwo => Polio weltweit wieder möglich => Impfung Übertragung durch Schmierinfektion – orale Aufnahme Stuhl infektiös, Wasserkontamination möglich (fäkal-orale Route) Erkrankung durch Poliovirus Rezeptor CD155 auf bestimmten Immunzellen und Nervenzellen 95% bleiben asymptomatisch Obwohl Virus vermehrt wird und im Blut messbar 5% : Virus auch in anderen Geweben zB Muskel, braunes Fett gefunden Virämie löst Fieber, Kopfschmerzen, Halsschmerzen aus 1% : Paralytische Poliomyelitis Virus geht ins Zentralnervensystem und repliziert in Motorneuronen => Lähmung Lähmung transient oder permanent möglich Selten: Atemlähmung und Tod Poliovirus im Größenvergleich Mitglied der Picornaviren (pico = klein), 25 nm Durchmesser Poliovirus Struktur Mitglied der Picornaviren (pico = klein), 25 nm Durchmesser ssRNA, RNA(+), Baltimore Gruppe IV Icosahedrale Struktur mit 60 Capsomeren (aus je 4 Proteinen) Anders gesagt: Capsid besteht aus je 60 Kopien der Capsidproteine VP1, VP2, VP3, VP4 Naktes Virion, keine Hülle - sehr stabiles Capsid Kaum mit Desinfektionsmittel, Alkohol, niedrigen pH Wert, etc zu inaktivieren Effizienz von Desinfektionsmittel werden an Polio getestet https://viralzone.expasy.org/33 https://en.wikipedia.org/wiki/Poliovirus#/media/File:Polio-3-chains.png Poliovirus Genom und Replikation Ein einziges Polyprotein, das enzymatisch gespalten wird Kein 5’-Cap, sondern VPg & IRES => virales Protein das Bindung an Ribosom vermittelt => essentiell für Translation IRES (internal ribosomal entry site) Capsid Nicht-strukturell: Protease und RNA Synthese eIF4E Translation des Polyproteins Translationsfaktor Ribosomale Untereinheit https://en.wikipedia.org/wiki/Internal_ribosome_entry_site#/media/File:Poliovirus_genome.png https://viralzone.expasy.org/33 Poliovirus Genom und Replikation Ein einziges Polyprotein, das enzymatisch gespalten wird Kein 5’-Cap, sondern VPg => virales Protein das Bindung an Ribosom vermittelt => essentiell für Translation IRES (internal ribosomal entry site) Capsid Nicht-strukturell: Protease und RNA Synthese Durch virale Proteasen gespalten Proteasen: 2Apro und 3Cpro sowie 3CDpro => spalten Polyprotein https://viralzone.expasy.org/33 Poliovirus Genom und Replikation Ein einziges Polyprotein, das enzymatisch gespalten wird Kein 5’-Cap, sondern VPg => virales Protein das Bindung an Ribosom vermittelt => essentiell für Translation IRES (internal ribosomal entry site) Capsid Nicht-strukturell: Protease und RNA Synthese Durch virale Proteasen gespalten Replicase (3Dpol) Proteasen: 2Apro und 3Cpro sowie 3CDpro => spalten Polyprotein Wirts-Translation wird durch Spaltung des zellulären Cap-Bindeproteins (eIF4E) gehemmt (gespalten kann es IRES noch binden aber nicht Cap) eIF4E https://viralzone.expasy.org/33 Poliovirus Replikationszyklus RNA-Replikation cytoplasmatisch In Membran-Vesikeln von ER https://viralzone.expasy.org/3276 Video: https://www.youtube.com/watch?v=vRayE75Ek00 Erkankungen durch tierische RNA-Viren RNA(+)-Viren Coronaviren – Atmungsbeschwerden (zB SARS, SARS-CoV-2) Poliovirus Rhinoviren – Erkältung Hepatitis A … Meist klein (ca 30nm); ssRNA RNA(-)-Viren Rhabdoviren (zB Tollwutvirus) Orthomyxoviren (zB Influenzavirus) Ebolavirus Masern … Retroviren (zB HIV) Influenzavirus Übertragung Influenza interagiert mit Schleimhäuten von Atmungstrakt, Augen und Mund Übertragung Primär über Tröpfchen (Atem) Schmierinfektion (zB Nasensekret, Speichel) Kot Schuppen, Federn, etc Virion Stabilität: Relativ unempfindlich gegen Austrocknung und niedrige Temperaturen Inaktiviert durch Detergentien, organische Lösungsmittel, Hitze, Säuren Front Immunol. 2018; 9: 1581. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6062596/ Influenza Erkrankung – Grippe Nicht zu verwechseln mit Erkältungen („grippaler Infekt“) 33% fieberhafter Verlauf – 33% mild – 33% asymptomatisch Inkubationszeit: Stunden bis Tage Symptome dauern 7-14 Tage an Nachwirkungen (Schwäche, Appetitlosigkeit) über Wochen Virale Organschäden: zB Entzündungen von Lunge, Gehirn, Herz Gefahr: bakterielle Sekundärinfektion Vor allem Pneumokokken-Pneumonie Saisonale Erkrankung CoV ▪ Saisonal wegen Luftfeuchtigkeit – im Winter ist Luft trockener https://jcm.asm.org/content/48/8/2940.short#sec-10 Influenza Virion Virion mit Hülle Pleomorph (keine definierte Form) Hülle mit virus-spezifischen Proteinen und Wirts-Lipid https://de.wikipedia.org/wiki/Influenzavirus#/media/Datei:Influenza_virus.png http://theconversation.com/why-did-the-flu-kill-80-000-americans-last-year-105095 https://de.wikipedia.org/wiki/Virushülle#/media/Datei:Influenza_virus_particle_8430_lores-Beschriftung.jpg Influenzavirus Familie: Orthomyxovirus (myxo = Schleim) 4 Typen: Influenza A,B,C,D Virus IAV: Primär für Pandemien und jährliche Grippe-Epidemien verantwortlich IAV Reservoir sind Wasservögel – kann andere Spezies infizieren IBV: exklusiv in Menschen Nomenklatur Serologische Einteilung: 18 H-Untertypen und 11 N-Untertypen https://de.wikipedia.org/wiki/Influenzavirus#/media/Datei:Influenza_Nomenklatur_H5N1.svg Front Immunol. 2018; 9: 1581. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6062596/ Influenza Genom Genom segmentiert ((-)-Strang ssRNA), Baltimore Gruppe V Influenza A (IAV) und IBV: 8 Segmente (codieren 10 Proteine) ICV und IDV: 7 Segmente (9 Proteine) Je ein Molekül RdRp pro Segment mit gepackt 3 Untereinheiten (PB1, PB2, and PA) Produziert von (-)-RNA Genom die sense mRNA Virale Endonucleasen im Zellkern schneiden 5’Cap von Wirts-mRNA -> werden als primer verwenden und somit Caps an virale mRNAs gefügt “Cap snatching” 5‘ Cap und primer Das Cap plus 10-13 Nukleotide der endogenen mRNA werden „gestohlen“ Die RdRp schneiden präferentiell 3‘ (= nach einem) G (in einem 5‘-GC-3‘ Motif) RdRp dirigiert dann das G zum 3‘ C2 des viralen RNA Templates im Transkription zu initiieren https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6266781/ Influenza Replikation Rezeptor: Sialin-Säure auf Wirts-Proteinen Influenza Replikation Youtube link: https://www.youtube.com/watch?v=tB5FQZi4HKY vRNP: viral ribonucleoproteins https://en.wikipedia.org/wiki/File:Viruses-12-00504-g002.webp Influenza Veränderungen NA baut Sialinsäurebestandteil der Wirtsmembran ab (NA) Wichtig für Zusammenbau des Virions (HA) bindet an Sialinsäure (an Oberfläche von Schleimhaut des Atmungstrakts) Antikörper gegen HA verhindern Infektion und Neutralisieren somit das Virus Impfung NA sowie HA werden “schlampig” repliziert Zudem stehen beide Proteine unter starkem evolutionärem Druck Müssen dem Immunsystem ausweichen Antigendrift Influenza Antigendrift Antigendrift: Geringfügige Mutationen in HA und NA => Veränderungen, die Bindung der Antikörper verhindern Neue Antikörper müssen gebildet werden Reinfektion mit mutiertem Stamm ist möglich Influenza Antigenshift Antigenshift: Zwei verschiedene Virusstämme können die gleiche Zelle infizieren Die Segmente des Genoms werden neu zusammengefügt Neue Oberflächenproteine können sich von den 2 Ursprungsviren unterscheiden Keine Immunität in der Population -> Dieser Prozess wird für Pandemien verantwortlich gemacht https://de.wikipedia.org/wiki/Influenzavirus#/media/Datei:Influenza_geneticshift_de.svg Beispiele für Pandemien Zeitraum Krankheit (Erreger) Tote 1889/90 Russische Grippe (mögl. Pferde- Bis zu 1 Mio. Influenza Virus A/H3N8) 1894-1912 Beulen-Pest (ausgehend von China) 12 Mio. 1918-20 Spanische Grippe (Influenza Virus 27-50 Mio. (ca. 500 Mio. A/H1N1) Erkrankte) 1957/58 Asiatische Grippe (Influenza Virus 1-2 Mio. A/H2N2) 1961-90 Cholera Mehrere Mio 1968-70 Hongkong-Grippe (Influenza Virus 1 Mio. A/H3N2) 1977/78 Russische Grippe (Influenza Virus Rund 0,7 Mio. (vornehmlich A/H1N1) Menschen nach 1957 geboren) Seit 1980 AIDS (HIV) 36 Mio. Beispiele für Pandemien Zeitraum Krankheit (Erreger) Tote Nov. 2002- Juli SARS (SARS-CoV) Ca. 800 (ca. 8.000 Infizierte) 2003 (erstes SARS CoV) 2009/10 Schweinegrippe (Influenza Virus Mind. 18450 A/H1N1) Seit 2012 MERS (MERS-CoV) Mind. 850 (Arabische Halbinsel) 2017/18 Virusgrippe (Influenza-Virus B/Yam 290.000 – 650.000 und A/H1N1) Seit Nov 2019 COVID-19 (SARS-CoV-2) Bisher 7,07 Mio (ca. 776,6 Mio Infizierte)* Die Spanische Grippe Influenzapandemie 1918 (“Spanische Grippe”) H1N1 Stamm; weltweit 500 Millionen infiziert => 50-100 Millionen tot 3-6% der globalen Population! In 24 Wochen mehr Menschen getötet als HIV in 24 Jahren Buchempfehlung “The Great Influenza” John M. Barry Warum starben genau junge Soldaten? Cytokine storm Superinfektion Übertragungsweg – enge Quartiere Fehlernährung zu der Zeit https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/70/W_curve.png Die Spanische Grippe 1. Welle – vergleichsweise milde Form Haupt-Risikogruppe: Ältere, Schwache, Kranke Tod primär wegen Superinfektionen (-> zusätzliche Infektionen mit Bakterien – noch keine Antibiotika verfügbar) 2. Welle von sehr aggresiver Form (Okt 1918) Selektiert durch die Umstände der Zeit Normale/zivile Zeiten: Kranke bleiben zuhause Minimale Weiterinfektion Selektion auf schwächere Stämme, bei denen Menschen noch aktiv am Leben teilnehmen können Krieg (Schützengräben) => Reverse Selektion Milde Infektion => Soldaten blieben im Graben Schwere Infektion => Soldaten wurden abtransportiert (über Züge und überfüllte Krankenhäuser) => Weiterverbreitung Ungewöhnliche Pandemie: Schweinegrippe 2009 2009 Schweinegrippe IAV H1N1 (S-OIV swine-origin IV, später pH1N1) Start in Mexiko in März 2009 – April 2009 Schätzung der Fallzahlen in den USA: April 2009 bis April 2010 Ca 60.8 Millionen Fälle (range: 43,3-89,3 Millionen) Ca 274,304 Hospitalisierungen (195.086-402.719) Ca 12,469 Tote (8868-18.306) Ungewöhnlich: schwerere Erkrankung in junger Bevölkerung Befallsrate („attack rate“): 57% in Kindern, 22% in Erwachsenen > 65 Der Anteil der Bevölkerung, der normalerweise hohe Sterblichkeit hat ist nicht gestorben Warum? https://www.cdc.gov/flu/pandemic-resources/basics/past-pandemics.html Ungewöhnliche Altersverteilung Weniger Tote als erwartet Alain Gagnon, mBio, 2018 ; https://mbio.asm.org/content/9/1/e02091-17/figures-only Ungewöhnliche Altersverteilung Weniger Infektionen als erwartet Mehr Menschen infiziert, aber weniger Tote Alain Gagnon, mBio, 2018 ; https://mbio.asm.org/content/9/1/e02091-17/figures-only Kreuzreaktive Antikörper von Älteren Virus-Teile von 2009 Virus ähnlich wie Virus der 1940er und 50er und 1976 Schweinegrippe Impfung Pandemie, bei der die gefährdete Population nicht gestorben ist N Engl J Medicine 301;20 ; https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa0906453 Fragen Wie kann die RNA des Poliovirus im Cytoplasma synthetisiert werden, während die Wirts-RNA im Zellkern synthetisiert werden muss? Warum ist es unerlässlich, dass Negativstrang-Viren ein Enzym in ihrem Virion tragen? Was versteht man unter einem segmentieren Genom? Was ist der Unterschied zwischen Antigenshift und Antigendrift? Erkankungen durch tierische RNA-Viren RNA(+)-Viren Coronaviren – Atmungsbeschwerden (zB SARS, SARS-CoV-2) Poliovirus Rhinoviren – Erkältung Hepatitis A … Meist klein (ca 30nm); ssRNA RNA(-)-Viren Rhabdoviren (zB Tollwutvirus) Orthomyxoviren (zB Influenzavirus) Ebolavirus Masern Retroviren (zB HIV) Masern (Rubeola) Höchst infektiös, leicht übertragbar RNA(-)-Strang Virus Gelangt über Hals oder Nase in den Körper Schnell systemische Virämie Verlauf Bildung von Nasenschleim und Rötung der Augen Fieber und Husten Charakteristischer Hautausschlag Symptome halten 7-10 Tage an Nach ca 5 Tagen bilden sich Antikörper und zytotoxische T-Lymphozyten Eliminieren das Virus Masern – mögliche Komplikationen Mittelohrentzündung Lungenentzündung Masernencephalitis Mortalitätsrate von 20% Neurologische Störungen (zB Epilepsie) Tödlichste aller fiebrigen Kinderkrankheiten Aufgrund von “Impfmüdigkeit” weltweit 100 000ende Todesfälle (primär Kinder) Tendenz steigend Durch hohe Transmissionsrate ist hohe Durchimpfungsrate notwendig https://www.who.int/immunization/monitoring_surveillance/burden/vpd/surveillance_type/active/measles/en/ Maserninfektion – Auswirkungen auf das Immunsystem Maserninfektion macht über Jahre anfälliger für andere Infektionen Grund war lange unbekannt Ursache: Immunsystem Immun-Gedächtnis durch Gedächtnis B Zellen => Antikörper werden nach durchlebten Infektionen jahrelang/jahrzehntelang weiter produziert Masern führen zu Verminderung der Gedächtnis B Zellen Weniger neue B Zellen werden nachgeliefert 11-73% der Antikörper werden durch Infektion verloren Nicht mehr immun gegen viele Erkrankungen, obwohl bereits “durchlebt” Wieder anfällig für diese Erkrankungen Nicht so bei geimpften Individuen Da keine Infektion => kein gezielter Angriff auf Immungedächtnis https://immunology.sciencemag.org/content/4/41/eaay6125.long https://science.sciencemag.org/content/366/6465/599 Maserninfektion – Auswirkungen auf das Immunsystem Science Nov 2019 https://science.sciencemag.org/content/366/6465/599 Maserninfektion – Auswirkungen auf das Immunsystem Science Immunology Nov 2019 https://immunology.sciencemag.org/content/4/41/eaay6125.long Iris Gratz VO Mikrobiologie – Teil Virologie 173