Virusmorphologie und Replikationszyklen: Lysogenie und Lytischer Zyklus

Morphologie des Virions: Aufbau und Symmetrie

Das Kapsid eines Virions besteht aus mehreren Kopien eines Proteins oder aus verschiedenen Proteinen, die jeweils von einem viralen Gen kodiert werden. Eine Kapsel, die die Nukleinsäure (DNA oder RNA) enthält, wird als Nukleokapsid bezeichnet. Virionen können eine helikale oder ikosaedrische Symmetrie aufweisen.

Helikale Symmetrie

Bei helikaler Symmetrie ist die Nukleinsäure (RNA oder DNA) schraubenförmig von Proteinen umgeben und geschützt.

Ikosaedrische Symmetrie

Ein ikosaedrisches Virus besitzt ein Kapsid in Form eines Polyeders mit 20 identischen, gleichseitigen Dreiecksflächen.

Virale Hülle (Envelope)

Bei einigen Viren ist das Nukleokapsid von einer äußeren Hülle umgeben. Diese Hülle entsteht oft aus einem Teil der Plasmamembran der Wirtszelle, wenn das Virus aus der Zelle freigesetzt wird.

Spezielle Virustypen: Bakteriophagen

Komplexe Struktur der T-Phagen

Einige Viren, wie die T-Phagen (z.B. T4-Phage) mit doppelsträngiger DNA (dsDNA), infizieren Bakterien wie Escherichia coli. Diese Virionen haben eine komplexe, binäre Struktur. Sie bestehen aus einem ikosaedrischen Kopf, der die DNA enthält, und einem Schwanz. Der Schwanz hat eine helikale Symmetrie und eine kontraktile Hülle, die eine zentrale Achse umgibt. Am Ende des Schwanzes befindet sich eine hexagonale Basalplatte, von der kurze Spikes und lange Fasern ausgehen. Ihre Hauptfunktion ist die Anheftung an die Wirtszelle.

Virusreplikation: Der Lysogene Zyklus

Der lysogene Zyklus ist ein Replikationsweg, bei dem die Phagen-DNA in das Bakterienchromosom integriert wird. Diese integrierte Phagen-DNA wird als Prophage bezeichnet und wird zusammen mit der bakteriellen DNA an nachfolgende Generationen weitergegeben. Bakterienstämme, die einen Prophagen enthalten, werden als lysogen bezeichnet, und die entsprechenden Phagen als gemäßigte Phagen. Lysogene Bakterien sind resistent gegen eine Reinfektion durch verwandte Viren. Darüber hinaus können einige Phagen und tierische Viren die Wirtszelle beeinflussen und Virionen produzieren, ohne die Zelle sofort zu töten. Solche persistenten Virusinfektionen, bei denen die virale DNA integriert ist, werden auch mit der Entstehung degenerativer Erkrankungen in Verbindung gebracht.

Virusreplikation: Der Lytische Zyklus

Der lytische Zyklus ist die häufigste Form der Virusreplikation und wird in fünf Phasen unterteilt:

1. Adsorption (Anheftung)

Diese erste Phase beginnt, wenn das Virus mit der Plasmamembran der Wirtszelle in Kontakt tritt. Virale Proteine binden spezifisch an Rezeptorproteine auf der Oberfläche der Wirtszelle, um die Infektion einzuleiten.

2. Penetration (Eindringen)

Es gibt verschiedene Wege, auf denen das Virus die Plasmamembran durchdringt und in das Zytoplasma gelangt:

• Direkte Penetration

  Das gesamte Virion gelangt direkt durch die Plasmamembran.

• Endozytose

  Das Virus wird von der Wirtszellmembran umschlossen und in einem Vesikel ins Zytoplasma aufgenommen, wo es anschließend freigesetzt wird.

• Endozytose mit Membranfusion

  Viren wie das Influenzavirus nutzen die Endozytose, gefolgt von einer Fusion der viralen Hülle mit der Vesikelmembran, um ihr Nukleokapsid ins Zytoplasma freizusetzen.

3. Uncoating und Biosynthese (Eclipse-Phase)

In dieser Phase wird das Virus 'entpackt' (Uncoating), wodurch das virale Genom freigesetzt wird. Anschließend erfolgt die Synthese des viralen Genoms und der viralen Proteine. Die virale DNA oder RNA interagiert mit der mRNA, die dann von den Ribosomen und tRNA-Faktoren der Wirtszelle in Proteine übersetzt wird.

4. Reifung (Assembly)

Nach der Synthese von Hunderten bis Tausenden von viralen Molekülen werden diese zu einer 'Fabrikzone' innerhalb der Zelle transportiert. Dort erfolgt die Montage der Nukleokapsid-Komponenten und die Bildung neuer Virionen.

5. Freisetzung (Liberation)

In der letzten Phase des Virusvermehrungszyklus werden die neu gebildeten Virionen aus der Wirtszelle freigesetzt. Bei unbehüllten Viren oder in bakteriellen Zellen erfolgt dies oft durch Lyse (Zerstörung) der Wirtszelle, wodurch eine große Anzahl von Virionen gleichzeitig freigesetzt wird.