Was sind Viren?

Überblick

Ein Virus ist ein mikroskopisch kleiner, infektiöser Partikel, der aus einem in einer Proteinhülle eingehüllten RNA- oder DNA-Genom besteht. Er ist nicht in der Lage, sich selbst zu vermehren. Der Virus kann sich nur durch Eindringen in eine Zelle vermehren. Er nutzt die zellulären Bestandteile der befallenen Zelle, um weitere Viren herzustellen. Wenn ein Virus eine Wirtszelle infiziert, entfernt der Virus seine Proteinhülle und benutzt die Maschinerie des Wirts um sein genetisches Material zu transkribieren und zu übersetzten. Die befallene Zelle baut die replizierten Komponenten zu Tausenden von Virusnachkommen zusammen, welche die Wirtszelle aufbrechen und töten können. Die neuen Viren infizieren dann weitere Wirtszellen.

Warum sollte man Viren untersuchen?

Viren können verschiedene Arten von Zellen infizieren: bakterielle, pflanzliche und tierische Zellen. Viren, die Bakterien befallen, werden Bakteriophagen (oder Phagen) genannt, welche weit verbreitet sind. Die aktuelle Forschung konzentriert sich auf die Behandlung von multiresistenten bakteriellen Infektionen beim Menschen mit Hilfe der Phagentherapie. Viren, die Kulturpflanzen infizieren, werden auch viel erforscht, da Epidemien zu enormen Ernte -und Wirtschaftsverlusten führen können.

Viren wurden zuerst im 19^. Jahrhundert entdeckt, als eine Kulturpflanze befallen wurde, die von wirtschaftlicher Bedeutung war. Tabakpflanzen wurden von einer mysteriösen Krankheit befallen. Später wurde diese als Tabakmosaikvirus identifiziert. Tierische Viren sind sowohl in der veterinärmedizinischen Forschung als auch in der medizinischen Forschung von großer Bedeutung. Darüber hinaus verursachen Viren viele menschlichen Krankheiten, wie zum Beispiel die Erkältung, Windpocken und Herpes bis hin zu gefährlicheren Infektionen wie Gelbfieber, Hepatitis und Pocken.

Die Struktur eines Virus

Viren existieren in vielen Formen, die darauf spezialisiert sind die Ziel-Zelle zu attackieren. Die beiden Hauptbestandteile aller Viren sind das virale Genom und die schützende Proteinhülle, welches als Kapsid bezeichnet wird. Das virale Genom besteht aus ein -oder doppelsträngiger RNA oder DNA und kodiert die Proteine, die das Kapsid bilden. Zusammen werden das virale Genom und das Kapsid als Nukleokapsid bezeichnet.

Ein außergewöhnliches Merkmal vieler eukaryotischer Viren ist das Vorhandensein einer Phospholipidmembran, welches eine Hülle um das Kapsid bildet. Diese Hülle stammt typischerweise von den Membranen zuvor infizierter Wirtszellen, kann aber auch gebundene virale Proteine (sogenannte Hüllproteine) enthalten. Einige tierische Viren besitzen auch ein Cluster von viruskodierten Proteinen in dem Raum zwischen Hülle und Kapsid, das sogenannte virale Tegument.

Virusinfektion

Der virale Lebenszyklus kann in die folgenden fünf Schritte unterteilt werden: Bindung, Eintritt, Replikation, Zusammenbau und Freisetzung. Die Proteine auf der Oberfläche des Virus helfen ihm dabei, spezifische Wirtszellen zu identifizieren. Einige Viren nutzen diese Oberflächenproteine, um Wirtszellrezeptoren zu binden und die Internalisierung durch Endozytose einzuleiten. Dabei können behüllte Viren direkt mit der Membran der Wirtszelle fusionieren.

Einige Bakteriophagen gelangen gar nicht erst in die Zelle. Sie injizieren ihr Genom (und die viralen Enzyme) in die Wirtszelle. Der Virus hat keine Hülle mehr wenn er dann im Inneren der Zelle ist und übernimmt die Maschinerie der Wirtszelle zur Transkription und Übersetzung ihres Genoms. Die Wirtszelle verpackt die neuen Kopien des Virusgenoms in Viruspartikel, um Nachkommen zu zeugen. Die viralen Nachkommen können vor der Freisetzung in der Wirtszelle gespeichert werden oder kontinuierlich durch das Abknospen von der Zellmembran aus der Zelle abgegeben werden. Virale Infektionszyklen stuft man als lytisch oder lysogen ein. Im lytischen Zyklus brechen die neuen Viren aus der Wirtszelle aus und töten sie ab. Im lysogenen Zyklus wird die virale DNA in das Wirtsgenom eingebaut, wo sie ruht und bei jeder Replikation der Wirtszelle kopiert wird.