Viren: Struktur, Aufbau und Lebenszyklus (Lytisch & Lysogen)

Was sind Viren? Definition und Eigenschaften

Viren sind mikroskopisch kleine, strukturell sehr einfache Partikel. Sie besitzen keine zelluläre Struktur, kein Zytoplasma und keine für den Stoffwechsel notwendigen Enzyme.

Viren sind obligate intrazelluläre Parasiten, da sie sich nur innerhalb einer Wirtszelle vermehren können. Sie bestehen aus genetischem Material (Nukleinsäure) und einer Proteinkapsel.

Struktur des Virus: Die drei Hauptkomponenten

Viren bestehen grundsätzlich aus drei Elementen:

1. Viralen Genom (Nukleinsäure)
2. Kapsid (Proteinhülle)
3. Membranhülle (optional)

1. Das virale Genom (Nukleinsäure)

Das Genom besteht aus Molekülen, die entweder aus einem oder mehreren Strängen DNA oder RNA aufgebaut sind, jedoch nie aus beiden gleichzeitig. Die Nukleinsäure der Viren kann eine kreisförmige oder offene Kette bilden und ist entweder einzel- oder doppelsträngig.

2. Das Kapsid (Proteinhülle)

Das Kapsid ist der Proteinmantel, der das virale Genom umgibt. Es schützt die Nukleinsäure. Bei Viren ohne Membranhülle (unbehüllte Viren) erkennt das Kapsid die Membranrezeptoren in den Zellen, die das Virus parasitiert. Hinsichtlich ihrer Anordnung unterscheidet man:

• Ikosaedrisches Kapsid

  Dies ist eine facettenreiche Struktur, die durch die Vereinigung von Kapsomeren (ein oder zwei Typen) gebildet wird, welche Pentone oder Hexone sein können. Beispiele: Warzenviren, Erkältungsviren oder Viren, die Pharyngitis verursachen.

• Helikales Kapsid

  Es besteht aus identischen Kapsomeren, die schraubenförmig angeordnet sind und eine hohle, röhrenförmige Struktur bilden, in deren Inneren sich die Nukleinsäure befindet. Beispiel: Tabakmosaikvirus.

• Komplexe Kapside

  Diese Struktur findet man bei Bakteriophagen. Sie besteht aus zwei Teilen: dem Kopf, der die ikosaedrische Nukleinsäure enthält, und dem Schwanz, der für die Injektion der Nukleinsäure in die Bakterienzelle angepasst ist.

3. Die Membranhülle (Envelope)

Die Hülle ist eine Umhüllung um das Nukleokapsid. Sie besteht aus einer doppelten Lipidschicht, die von der Wirtszelle stammt, zusammen mit Glykoproteinen des Virus. Ihre Hauptrolle ist es, die Wirtszellen zu erkennen und das Eindringen des Virions in diese zu induzieren. Diese Hülle ist bei Viren wie Tollwut, Hepatitis, Grippe, AIDS und Pocken vorhanden.

Der Viruszyklus: Vermehrung in der Wirtszelle

Viren besitzen Mechanismen, die es ihnen ermöglichen, sich innerhalb der Wirtszelle zu reproduzieren. Sie durchlaufen einen komplexen Lebenszyklus, in dem sie das notwendige Material und die Energie erhalten, um neue Nukleinsäuren und Kapsomere zu synthetisieren.

Der Lebenszyklus kann in zwei Hauptformen ablaufen: dem lytischen Zyklus und dem lysogenen Zyklus.

Der Lytische Zyklus

Dieser Zyklus führt zur Zerstörung (Lyse) der Wirtszelle und ist typisch für Bakteriophagen. Der Prozess erfolgt in mehreren Phasen:

1. Phase der Bindung (Adsorption)

   In diesem Stadium fixieren sich Bakteriophagen mittels chemischer Bindungen durch die Spitzen ihrer Fasern und anschließend mechanisch durch basale Stacheln an der Wand der Bakterien.

2. Phase der Penetration

   Der Bakteriophage dringt mithilfe von Lysozym durch die Zellwand der Bakterien. Anschließend gelangt die DNA durch den Schwanzkanal in das Loch, wodurch das virale Genom direkt in das bakterielle Zytoplasma gelangt.