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16.1: Was sind Viren?
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PROTOKOLLE

16.1: Was sind Viren?

Überblick

Ein Virus ist ein mikroskopisch kleiner, infektiöser Partikel. Dieser besteht aus einem RNA- oder DNA-Genom, das in einer Proteinhülle eingeschlossen ist. 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 lenkt die Maschinerie des Wirts. So transkribiert und übersetzt der Virus sein eigenes genetisches Material. 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 es auf Bakterien abgesehen haben, werden Bakteriophagen (oder Phagen) genann und kommen sehr häufig vor. Die aktuelle Forschung konzentriert sich auf die Phagentherapie zur Behandlung von multiresistenten bakteriellen Infektionen beim Menschen. Viren, die Kulturpflanzen infizieren, sind ebenfalls sehr gut erforscht, da Epidemien zu enormen Ernte -und Wirtschaftsverlusten führen können.

Viren wurden zuerst im 19. Jahrhundert entdeckt, als eine Kulturpflanze befallen wurde, welche 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 liegen Viren vielen menschlichen Krankheiten zugrunde, die von Erkältung, Windpocken und Herpes bis hin zu gefährlicheren Infektionen wie Gelbfieber, Hepatitis und Pocken reichen.

Die Struktur eines Virus

Viren gibt es in einer Vielfalt von Formen. Sie sind darauf spezialisiert, bestimmte Zielzellen anzugreifen. Die beiden Hauptbestandteile aller Viren sind das virale Genom und seine schützende Proteinhülle, welches als Kapsid bezeichnet wird. Das virale Genom besteht aus ein -oder doppelsträngiger RNA oder DNA und kodiert die Proteine, aus denen das Kapsid besteht. Zusammen werden das virale Genom und das Kapsid als Nukleokapsid bezeichnet.

Ein einzigartiges Merkmal vieler eukaryontischer Viren ist das Vorhandensein einer Phospholipidmembran. Das ist eine Hülle, die das Kapsid umgibt. Diese Hülle stammt typischerweise von den Membranen zuvor infizierter Wirtszellen, kann aber auch daran gebundene virale Proteine (sogenannte Hüllproteine) enthalten. Einige tierische Viren weisen auch ein Cluster von viruskodierten Proteinen, das virale Tegument, in dem Raum zwischen Hülle und Kapsid auf.

Virusinfektion

Der Lebenszyklus des Virus kann in die folgenden fünf Schritte unterteilt werden: Anhängen, Eindringen, 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 die Hüllviren direkt mit der Wirtszellmembran fusionieren.

Einige Bakteriophagen gelangen gar nicht erst in die Zelle. Sie injizieren ihr Genom (und die viralen Enzyme) in die Wirtszelle. Im Inneren der Zelle ist das Virus nicht beschichtet und lenkt 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 Nachkommenschaft kann vor der Freisetzung in der Wirtszelle gespeichert werden oder kontinuierlich durch Abknospen von der Zellmembran aus der Zelle ausgetrieben werden. Virale Infektionszyklen stuft man als lytisch oder lysogenein. 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 schlummert und bei jeder Replikation der Wirtszelle kopiert wird.


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