Viren verstehen: Aufbau, Replikation und Klassifizierung

Der lytische Zyklus von Bakteriophagen

Die Vervielfältigung eines Bakteriophagen ist als lytischer Zyklus bekannt und kann in verschiedene Phasen unterteilt werden:

1. Anheftung (Adsorption)
2. Penetration (Eintritt)
3. Replikation
4. Assemblierung
5. Lysis und Freisetzung

Die für die Vermehrung von Viren erforderliche Zeit beträgt 30 bis 35 Minuten.

Retroviren: Eigenschaften und Replikation

Retroviren sind eine Virusart, die derzeit nur in eukaryotischen Zellen vorkommt. Retroviren nutzen RNA als genetisches Material und tragen in ihrem Kapsid auch ein Molekül des Enzyms Reverse Transkriptase. Dieses Enzym ist fähig, ihre RNA-Botschaft in ein DNA-Molekül umzuwandeln. Zu einem späteren Zeitpunkt wird das virale Genom, die kopierte DNA, als Provirus in die Zell-DNA integriert und kann bei Zellteilung an die Nachkommen der Zelle weitergegeben werden. Die nächste Stufe, die nach langer Zeit auftreten kann, ist, dass provirale Gene durch die RNA-Polymerase des Wirts transkribiert werden. In diesem Prozess wird eine große Menge infektiöser RNA-Moleküle erzeugt. Diese RNA wird dann von den enzymatischen Maschinen des Wirts übersetzt, um alle Proteine zu produzieren, die für reife Viruspartikel benötigt werden.

Replikation eukaryotischer Viren

Die Vervielfältigung von eukaryotischen Viren erfolgt in eukaryotischen Zellen. Die virale Nukleinsäure enthält die genetische Information, die notwendig ist, um alle spezifischen viralen Makromoleküle auf sehr organisierte Weise zu erzeugen. Eines der Merkmale der Virusvermehrung ist, dass das infektiöse Virus kurz nach seiner Interaktion mit einer Wirtszelle zerfällt und seine Infektiosität verliert. Diese Phase des Zellzyklus wird als Eclipse-Phase bezeichnet. Diese Zeit ist eine Phase intensiver synthetischer Aktivität, da die infizierte Zelle ihre metabolische Maschinerie entsprechend den Bedürfnissen des Virus steuert. Dies bedeutet die Synthese neuer viraler Partikel. Die Stoffwechselvorgänge der Wirtszelle werden dabei nicht wesentlich verändert, aber sie ist gezwungen, virale Proteine und Nukleinsäuren zu synthetisieren.

Anheftung (Adsorption): Erster Schritt der Virusinfektion

Die Anheftung ist die erste Stufe der Virusinfektion, bei der das Virus mit einem spezifischen Rezeptor auf der Oberfläche der Wirtszelle interagiert. Die Zellrezeptor-Moleküle unterscheiden sich für verschiedene Viren: In einigen Fällen sind es Proteine, in anderen Oligosaccharide. Das Vorhandensein oder Fehlen von Rezeptoren spielt eine entscheidende Rolle in der viralen Pathogenese.

Penetration: Eintritt in die Wirtszelle

Nach der Anheftung gelangen die viralen Partikel in die Zelle. In einigen Systemen erfolgt dies durch Endozytose. Der Verlust der Virushülle (Uncoating) erfolgt während oder kurz nach der Penetration. Wie bereits erwähnt, verliert das ursprüngliche Virus in diesem Moment seine Infektiosität.

Synthese: Produktion viraler Komponenten

Sobald das virale Genom freigelegt ist, wird die synthetische Phase des Virusreplikationszyklus eingeleitet. Der wesentliche Aspekt der viralen Replikation ist die erfolgreiche Expression der viralen Nukleinsäuren durch Transkription spezifischer mRNA, wodurch die genetische Information gleichzeitig umgesetzt wird. In dieser Phase verlassen sich Viren auf die zellulären Komponenten, um die mRNA zu übersetzen. Die Hüllproteine sammeln sich, um das Kapsid zu bilden, das die virale Nukleinsäure umschließt und gegen die extrazelluläre Umgebung stabilisiert. Das Ergebnis ist, dass Dutzende oder Hunderte von Nachkommen viraler Partikel aus einem einzigen Virus entstehen, das die Wirtszelle infiziert hat.

Viren: Definition und grundlegende Eigenschaften

Viren sind azelluläre Strukturen und werden nicht als Lebewesen betrachtet. Ihre Dimensionen liegen zwischen 20 und 300 nm. Aufgrund ihrer geringen Größe konnten sie erst Mitte des zwanzigsten Jahrhunderts beobachtet werden; die ersten Viren wurden 1942 fotografiert. Viren haben keinen eigenen Stoffwechsel und nutzen die Reproduktionsmechanismen lebender Zellen als obligate intrazelluläre Parasiten. Sie können Bakterien und eukaryotische Zellen parasitieren.

Aufbau von Viren: Kapsid, Genom und Hülle

Ihre Struktur ist sehr einfach und besteht aus:

• Einer äußeren Hülle aus Proteinen, genannt Kapsid.
• Manchmal besitzen sie auch eine äußere Hülle, die aus der Lipidmembran der infizierten Zelle stammt, aber virusspezifische Proteine enthält.
• Im Inneren befindet sich eine Nukleinsäure, die entweder DNA oder RNA sein kann. Diese DNA oder RNA kann linear oder zirkulär sein und sowohl aus einem Einzelstrang als auch aus einem Doppelstrang bestehen.

Das Kapsid wird durch Protein-Untereinheiten, sogenannte Kapsomere, gebildet. Die Anordnung und Verteilung der Kapsomere im Raum bestimmt die Form des Virus. Man unterscheidet drei Grundmodelle:

1. Polyeder-Viren

   Das Kapsid wird von zahlreichen Kapsomeren gebildet, die ein Polyeder formen. Dieses Polyeder kann viele Flächen haben. Ein Beispiel ist das Windpocken-Virus.

2. Helikale Viren (Spirale)

   Die Kapsomere sind spiralförmig gewickelt und bilden einen Zylinder. Ein Beispiel ist das Tabakmosaikvirus.

3. Komplexe Viren (Kombination)

   Sie besitzen eine Region am Kapsid, die als Kopf bezeichnet wird und polyederförmig ist, sowie einen spiralförmigen Schwanzbereich. Ein Beispiel ist das T2-Phagen-Virus, das Bakterien infiziert.