Viren: Aufbau, Vermehrung & Verbreitung

2.4Mikroorganismen
  2.4.1Allgemeines
  2.4.2Protisten
  2.4.3Bakterien,
Allgemeines
2.4.3.2
Einteilung der Bakterien;
2.4.3.3 Taxonomie; 2.4.3.4
Stoffwechsel, 2.4.3.5 Antibiotikaproduktion
2.4.3.6
Wachstum
und Kultivierung, 2.4.3.7 Sterilisation;
2.4.3.8 Bemerkenswerte pathogene
Bakterien
2.4.4Viren
2.5Biotechnologie
  2.5.1Apfelwein und seine Herstellung
  2.5.2Käseherstellung
Glossar Dissimilation und Mikroorganismen

 

2.4 Mikroorganismen
(Teil 3)
2.4.4 Viren

Viren ( Singular:
das Virus
) wurden kurz im Biologiekurs Klasse
11
behandelt und in Klasse 13, Genetik besprochen . Wir
wissen also, daß Viren definitionsgemäß keine Lebewesen
sind, denn sie bestehen nicht aus Zellen. Es
sind winzige Partikel aus meist einer Proteinhülle mit Nukleinsäure
(DNA oder RNA) im Inneren.

Lebewesen besitzen immer die Kennzeichen
des Lebens, Viren benutzen Zellen (eu – und prokaryontisch), um sich
fortzupflanzen. Dies ist das einzige Kennzeichen des Lebens, das sie besitzen.
Man könnte sagen, sie stehen an der Schwelle zum Leben.
In Abb. 69 ist ein elektronenmikroskopisches
Bild eines Lambda-Phagen zu sehen, eines Virus, der das E. Coli-Bakterium
befällt. Abb. 70 zeigt Computermodelle
von einem Schnupfen- und Tomatenvirus. Man nennt Viren, die prokaryontische
Zellen befallen Phagen.


tomatov1 - Viren: Aufbau, Vermehrung & Verbreitung

r14_ico - Viren: Aufbau, Vermehrung & Verbreitung

Seit mehr als 100 Jahren weiß man von der Existenz
dieser potentiellen Krankheitserreger. Viele Infektionskrankheiten bei
Mensch, Tier und Pflanze haben als Ursache Viren: z.B. Schnupfen,
Grippe, Masern, Röteln, Mumps, Windpocken, Hepatitis, Hirnhautenztündung

usw. Erst seit der 1959 konnte man sich mit Hilfe des Elektronenmikroskops
ein Bild von ihnen machen. Seit 1966 klassifiziert man Viren nach dem
International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV) entsprechend
den Organismen in


Taxonomiestufen der Viren
Beispiel:
Ebola-Virus
Ordnung
(-Virales)
höchste Txonomiestufe.
Ordnung
Mononegavirales
– dann Familie (-Viridae)Familie Filoviridae (=Fadenviren)
 – Unterfamilie (-Virinae)
 – Gattung (-Virus)Gattung Filovirus (Fadenvirus)
 – Art (Name)
Art: Ebola Virus Zaire

Man kennt derzeit 20 verschiedene Virenfamilien, die
Mensch und Tier befallen. Einige wichtige Virus-Familien sind:

DNA-Viren

RNA-Viren

Paramyxoviridae:
Masern-Virus, Mumps-Virus
Herpesviridae: Herpes simplex Virus
Myoviridae: T2/4-Phagen bei E.Coli
Poxviridae: Pockenviren bei Wirbeltieren
Totiviridae:
Saccharomyces cerevisiae Virus L-A
Flaviviridae: Gelbfieber Virus und verschiedene Pflanzenviren
Picornaviridae: Poliovirus, Rhinovirus, Hepatitis A Virus
Picornaviridae: Tabak-Mosaik-Virus
Paramyxoviridae: Mumps-Virus, Masern-Virus
Orthomyxoviridae: Influenzavirus A,B,C
Retroviridae: HIV

Allgemeiner Aufbau

Viren sind Partikel mit einer Größe zwischen
20 bis 300 Nanometer (nm) und bestehen aus einer Proteinhülle (=
Capsid), die je nach Vermehrungszyklus
noch Lipoide enthalten können. Innerhalb dieser Hülle ist Nukleinsäure
in Form von DNA oder RNA eingeschlossen. Deshalb kann man die Viren auch
in

  • DNA-Viren
    und
  • RNA-Viren

einteilen.

gvv1 - Viren: Aufbau, Vermehrung & Verbreitung

In Abb.
71
ein relativer Größenvergleich
eines großen Virus mit einer Bakterien- und eukaryontischen Zelle.

In einem Stecknadelkopf haben ca. 500 Millionen Rhinoviren
(Schnupfen) Platz.

Die Proteinhülle der meisten
Viren besteht besitzt entweder die

  • kubische Symmetrie
    eines
    Eicosaeders
    (20-Flächner) mit dreieckigen Flächen wie z. B. beim
    Herpes Virus
    oder
  • helikale Symmetrie
    aus identischen Proteinmolekülen wie beim
    Tabakmosaikvirus
    (TMV).

!tmv-col - Viren: Aufbau, Vermehrung & Verbreitung

In Abb.73 ist ein gefärbtes
ELMI-Bild eines TMV-Virus zu sehen,
(außergewöhnlich ist die Stäbchenform) unten des  Influenza-Virus
oder Grippe-Virus.

Neben den vielen rundlich gebauten Viren mit Eicosaeder-Capsid,
wie dem sehr kleinen Parvovirus B19
(DNA), der zu den kleinsten Viren gehört und der die Erythrozyten
von Menschen, Säugetieren und Vögeln befällt, gibt es noch
viele andere, die sich in Größe, Capsidaufbau und Wirtszelle
unterscheiden.

Die Abb. 75 zeigt Computermodelle
vom Poliovirus (gehört zu den
Picornaviren), der Kinderlähmung hervorruft, dem doppelt so
großen Hepatitis B-Virus,
dem Erreger der Leberentzündung und dem krebserregenden
Papovavirus SV40, der DNA enthält. Bemerkenswert
unterschiedlich sind z.B. die T-Phagen
gebaut, die sich in E.Coli-Zellen vermehren.

viren3 - Viren: Aufbau, Vermehrung & Verbreitung

In der Abb. 76 ist der
T2-Phage
abgebildet (Myoviridae; DNA-Virus).

Seine gesamte Proteinhülle ist dazu ausgelegt,
um das eine DNA-Molekül in seinem Kopf in E.Coli zu injizieren. Er
besteht aus dem ca. 100nm großen Kopf,
dem Hals, dem Kragen, einer kontraktilen
Scheide
, an deren Ende 6 Schwanzfasern sitzen.

Die Bodenplatte
besitzt 6 Spikes um die Bakterienwand
anzustechen.

tphage1 - Viren: Aufbau, Vermehrung & Verbreitung

!t4anim - Viren: Aufbau, Vermehrung & Verbreitung

Vermehrung

Viren befallen spezifische Wirtszellen,
wobei sowohl eukaryontische ( Tiere, Pflanzen, Pilze) als auch prokaryontische
Zellen als Wirt vorkommen. Viren, die Bakterienzellen befallen nennt man
Bakteriophagen
oder Phagen.
Manche Viren haben eine breitere Spezifität und befallen verschiedene
Organismengruppen. Nach dem Befall einer Wirtszelle kann die Vermehrung
in 2 Formen ablaufen: als

  • lytischer Zyklus
    und als
  • lysogener Zyklus.

Die Art des Zyklus ist von Virus zu Virus verschieden.
Letztendlich wird die Wirtszelle zu einer Virenfabrik umfunktioniert,
wobei am Ende bis zu 500 neue Viren die Zelle durch Knospung (=Abschnüren
von Viren) oder durch Aufplatzen der Membran (= Lyse) verlassen.
Dabei sterben die Wirtszellen meist. Bei der Knospung (Exocytose)
erhält das Virus eine Hülle aus Lipoid der Wirtszelle (Grippe-Virus,
HIV
). Die Generationszeiten können sehr kurz sein (ca. 20 Minuten),
sodaß bei einer Infektion an einem Tag eine gigantische Zahl an
neuen Viren entsteht, die fast jeden Taschenrechner überfordert.
Viren sind also immer potentiell pathogen. Beide Vermehrungsarten sind
am Beispiel eines T-Phagen in Abb. 77 dargestellt.

Der lytische Zyklus verläuft
in 4 Phasen ab (siehe HIV-Virus) :

1. Adsorptionsphasedas Virus lagert sich an die Wirtszelle durch Kontakt mit Rezeptoren
an

2. Injektionsphase

das Virus injiziert oder schleust seine Erbinformation in die
Zelle

3. Latenzphase

die Virus-DNA (RNA) übernimmt die genetische Kontrolle der
Zelle, es werden Virus-Partikel produziert

4. Lytische Phase

fertige Viren verlassen die Zelle, die Zelle stirbt

Es kann jedoch vorkommen, daß das Virus nach der
Injektion sich in das Wirtschromosom integriert und als Provirus (Prophage)
ohne virulente Wirkung weiterexistiert. Bakterienzellen können sich
teilen, die Virus-DNA wird mitrepliziert. Nach einer gewissen Zeit (bei
HIV bis 15 Jahren
) verläßt das Virus das Wirtschromosom,
übernimmt die Zellkontrolle und der lytische Zyklus beendet das Zellleben.
Solche Phagen nennt man temperente
oder
lysogene
Viren (Phagen).

Beim Menschen besteht 2% der DNA aus endogenen Retroviren,
also in das Chromosom integrierte Virus-DNA.

Dazu gehören auch Oncogene, also Krebsgene. Typ
I Diabetes soll durch ein endogenes Retrovirus
verursacht werden. Botulismus-, Cholera-, Diphtherie-Toxine usw. werden
durch Prophagen gesteuert, die ihre Wirtszellen vom nicht-pathogenen in
den pathogenen Zustand befördern.

Sterilisation und Desinfektion

Viren, besonders diejenigen mit einer Lipoidhülle
sind außerhalb ihrer Wirtszelle relativ schnell inaktiv. (Ausnahme
z.B. Hepatitis B). Die Sterilisation und Desinfektion ist der der Bakterien
sehr ähnlich.

Die Verbreitung von Viren geschieht durch:

  1.   Inhalation von Aerosolen (Tröpfcheninfektion)
  2.   Nahrungsaufnahme
  3.   direktem Kontakt (Haut/Schleimhaut,
    oder
  4.   indirektem Kontakt über Überträger.

Genübertragung durch Viren

Durch Viren können über mehrere Infektionen
Gene von einer auf die Zelle übertragen werden. Man nannt diese Transduktion.
Mehr dazu im Kapitel Genetik, Viren (hier)

 


Abb. 69

Lambda-Phage

lambda1 - Viren: Aufbau, Vermehrung & Verbreitung

 


Abb. 70
Computermodelle
von Viren
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 71
 

Größenvergleich

 

 
 

 

 


Abb. 72
 

Symmetrie
der Viren

 

!helix02 - Viren: Aufbau, Vermehrung & Verbreitung
!icosa2 - Viren: Aufbau, Vermehrung & Verbreitung

 

 

 


Abb. 73
 

Elmi-Bild von TMV

 

 
 

 

 


Abb. 74
 

Grippe-Virus

 


!flu3s - Viren: Aufbau, Vermehrung & Verbreitung

 


Abb. 75
 

Größenvergleich von Viren

 


sv401 - Viren: Aufbau, Vermehrung & Verbreitung

 


Abb. 76
 

T2-Phage

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 77
Vermehrung
von Viren
 

vermervk - Viren: Aufbau, Vermehrung & Verbreitung

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Retroviren sind Viren, die RNA enthalten.
Nach der Infektion wird zunächst die RNA in DNA umgeschrieben.

 

 

 

 

 

Weiterführende Quellen:

Virologiehttp://www.tulane.edu/~dmsander/garryfavweb.html
Computermodelle von Virenhttp://rhino.bocklabs.wisc.edu/cgi-bin/virusworld/virustable.pl?
Virenhttp://www.tulane.edu/~dmsander/Big_Virology/BVFamilyGenome.html
http://www.uct.ac.za/depts/mmi/jmoodie/welcome1.html
Retrovirenhttp://www.uct.ac.za/depts/mmi/jmoodie/welcome1.html
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