Grundlagen der Virologie: Struktur und Infektionszyklen

Konzept Virus

Viren sind sehr einfache, mikroskopisch kleine Partikel. Sie bestehen nur aus einer Nukleinsäure (dem viralen Genom) und einigen umhüllenden Proteinen (Kapsid). Da sie keine Zellen sind und nicht von Membranen umgeben werden, bilden sie aufgrund ihrer azellulären Organisation ein System an der Grenze zwischen dem Lebendigen und dem Unbelebten.

Zusammensetzung des Virus

Die Zusammensetzung eines Virus ist sehr einfach und besteht aus einem einzigen Nukleinsäuremolekül, welches sein kann:

• Einzelstrang-RNA
• Doppelstrang-RNA
• Einzelstrang-DNA
• Doppelstrang-DNA

Proteine

Rund um die Nukleinsäure befindet sich eine Reihe von Proteinen, die eine Hülle bilden, das sogenannte Kapsid. Einige Viren tragen zudem Enzyme, die für die Zelle oft notwendig sind, aber nicht sofort bereitgestellt werden können. Beispiele hierfür sind das AIDS-Virus oder tierische Viren.

Hülle oder Kapsel

Manche Viren besitzen eine zusätzliche Membranhülle. Viren mit einer solchen Hülle werden als behüllte Viren bezeichnet, während Viren ohne diese Hülle als nackte oder nicht-umhüllte Viren gelten.

Virus-Typen

Klassifizierung nach Wirt

Wir klassifizieren Viren nach dem infizierten Organismus:

• Tierviren
• Pflanzenviren
• Bakteriophagen

Klassifizierung nach Nukleinsäure

Es existiert eine weitere Einordnung nach Baltimore, welche Viren nach der Form ihrer Nukleinsäure (DNA oder RNA sowie Einzel- oder Doppelstrang) gruppiert.

Klassifizierung nach Struktur

Es gibt fünf Arten von Viren:

• Helikal nackt: RNA (z. B. Tabakmosaikvirus) oder DNA.
• Polyedrisch nackt: RNA (z. B. Polio-Virus) oder DNA (z. B. Warzenviren).
• Spiralig behüllt: RNA (z. B. Influenza) oder DNA (z. B. Pockenviren).
• Polyedrisch behüllt: RNA (z. B. HIV) oder DNA (z. B. Herpes simplex).
• Mixed oder komplex: Bestehen aus einer helikalen und einer polyedrischen Komponente, wie z. B. Bakteriophagen.

Lytischer Infektionszyklus

Der Zyklus lässt sich in fünf Phasen unterteilen:

1. Adsorption: Die Bindung zwischen Virus und Wirtszelle.
2. Penetration: Eintritt des viralen genetischen Materials. Bei Phagen bleibt das Kapsid außerhalb der Bakterienzelle.
3. Eklipse: Phase, in der das Virus unentdeckt bleibt, da in der Zelle neue Nukleinsäuren und Proteine synthetisiert werden.
4. Montage: Aufbau neuer Viren aus den synthetisierten Elementen.
5. Freisetzung: Austritt der neuen Viruspartikel aus der Zelle.

Lysogener Infektionszyklus

Hierbei wird das Virus als Prophage integriert. Die Phasen Adsorption und Eintritt verlaufen wie im lytischen Zyklus. Anstatt jedoch direkt die Eklipse, Montage und Freisetzung zu durchlaufen, wird die virale DNA in das Bakteriengenom eingefügt. Sie repliziert sich bei der Teilung des Bakteriums mit. Durch Induktion (z. B. UV-Licht) kann das Virus spontan in den lytischen Zyklus übergehen.

Infektionszyklus eukaryotischer Zellen

1. Adsorption: Erfolgt meist durch elektrostatische Anziehung an Rezeptoren der Zelloberfläche.
2. Penetration: Kann auf verschiedene Weise erfolgen:
   • Endozytose bei tierischen Zellen.
   • Verschmelzung der Virushülle mit der Plasmamembran.
   • Durch Verletzungen der Zellwand bei Pflanzenzellen (z. B. durch Insektenstiche).
3. Eklipse: Der grundlegende Unterschied liegt in der zellulären DNA-Verarbeitung.
4. Montage: Oft nicht spontan; betrifft meist einfach strukturierte Viren.
5. Freisetzung: Kann erfolgen durch:
   • Induzierte Zelllyse durch virale Enzyme.
   • Induzierte Zelllyse durch das Immunsystem.
   • Knospung (Budding), bei der Viren die Zelle verlassen.