Grundlagen der Virologie und Genetik

Plasmide

Plasmide sind azelluläre Formen, die aus doppelsträngigen, ringförmigen DNA-Molekülen bestehen und zwischen Zellen übertragen werden können. Ihnen fehlt eine Proteinhülle, sie zeigen keine extrazelluläre Phase und können neue Gene erwerben. Sie kommen in variabler Anzahl in allen Bakterienarten vor, vereinzelt auch in Eukaryonten. Sie sind für das Überleben der Zelle nicht notwendig, fördern jedoch das Auftreten von Mutationen.

Eigenschaften von Plasmiden

• Konjugation: Sie können Informationen zwischen Bakterien übertragen.
• Resistenz: Sie verleihen Antibiotikaresistenz und können Bakterien zu neuen Nährstoffquellen verhelfen oder sie pathogen machen.
• Proteinbiosynthese: Die von Plasmiden kodierten Enzyme werden durch die metabolische Maschinerie des bakteriellen Chromosoms synthetisiert.
• Replikation: Sie werden unabhängig vom bakteriellen Chromosom repliziert und ihre Kopienzahl in der Zelle wird eigenständig gesteuert.

Der Verlust eines Plasmids ist dauerhaft und kann nur durch Übertragung von einem anderen Bakterium rückgängig gemacht werden.

Viroide

Viroide sind noch kleinere infektiöse Einheiten als Viren. Sie bestehen aus einzelsträngigen, ringförmigen RNA-Molekülen ohne Proteinhülle. Sie fungieren als pflanzliche Parasiten, deren RNA im Kern der befallenen Zelle lokalisiert ist.

Replikation und Wirkung

Viroide fungieren nicht als mRNA; ihre Replikation hängt von den Enzymen der Wirtszelle ab. Sie interagieren mit nuklearen Genen, ohne in Proteine übersetzt zu werden. Symptome ähneln denen von Viren (Fehlbildungen, Nekrosen, Chlorosen oder Marmorierung der Blätter) und werden durch Insekten oder landwirtschaftliches Material übertragen.

Zusammensetzung, Struktur und Funktion von Viren

Ein Virus ist ein kleiner, azellulärer Parasit, der sich extrazellulär nicht reproduzieren kann. Sobald er eine empfängliche Zelle infiziert, nutzt er die zelluläre Maschinerie, um neue Viren zu produzieren. Viren bestehen aus Nukleinsäuremolekülen innerhalb von Proteinkapseln, die sie schützen. Mit einer Größe von 20 bis 300 nm sind sie nur unter einem Elektronenmikroskop sichtbar.

Merkmale von Viren

• Obligate Parasiten: Vermehrung nur in lebenden Zellen unter Nutzung deren Energie und Syntheseleistung.
• Genom: Nur eine Art von Nukleinsäure (DNA oder RNA), niemals beides gleichzeitig.
• Eklipse: Eine Phase im Zyklus, in der das Virus innerhalb der Wirtszelle nicht als solches erkennbar ist.
• Virion: Die morphologisch komplette Viruspartikel.

Struktur

Einfache Viren bestehen aus einer Nukleinsäure und einer äußeren Proteinhülle, dem Kapsid, das aus Untereinheiten, den Kapsomeren, aufgebaut ist. Umhüllte Viren besitzen zusätzlich eine äußere Lipoprotein-Glykoprotein-Schicht.

Virale Nukleinsäuren

Nukleinsäuren können einzel- oder doppelsträngig, kreisförmig oder linear vorliegen. Bei segmentierten Genomen liegen mehrere Ketten vor, die jeweils unterschiedliche Gene kodieren. DNA-Viren replizieren meist im Zellkern unter Nutzung zellulärer Enzyme, während RNA-Viren meist im Zytoplasma replizieren.

Virale Proteine

Die vom viralen Genom kodierten Proteine können struktureller Natur sein (Bildung des Virions) oder enzymatische Funktionen haben (Synthese von Nukleinsäuren, Interaktion mit Zellrezeptoren zur Infektionsausbreitung). DNA-Viren nutzen zelluläre Enzyme für die Synthese ihres Genoms, während die Zelle für die Synthese der viralen mRNAs und Proteine genutzt wird.