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Viren

biochemische infektiöse Strukturen
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Als Virus (Singular: das Virus, außerhalb der Fachsprache auch: der Virus; Plural: Viren; von lat. virus „Schleim, Saft, Gift“) bezeichnet man in der Biologie genetische Elemente in Form von Nukleinsäuren, die als Fremdbestandteile in Zellen von Lebewesen („Wirtszellen“) unabhängig von deren eigenen Nukleinsäuren mit Hilfe der Replikationseinrichtungen dieser Zellen repliziert werden. Virus-Nukleinsäuren sind entweder Desoxyribonukleinsäuren (DNA) oder Ribonukleinsäuren (RNA). Bestimmte Viren befallen Zellen von Pflanzen, Tieren inklusive Menschen, Pilzen oder anderen Eukaryoten. Viren, die Bakterien als Wirte nutzen, werden Bakteriophagen genannt. Eine typische Virusinfektion bei Säugetieren ist eine zyklische Allgemeininfektion oder eine Lokalinfektion an den Atemwegen oder am Darm.

West-Nil-Virus
Adenovirus

Schreibweise der Virusarten

Der offizielle internationale, wissenschaftliche Name eines Virus ist die englischsprachige Bezeichnung, nach der sich stets auch die international gebräuchliche Abkürzung richtet, wie bei Lagos bat virus (LBV). Diese Abkürzung wird unverändert auch im Deutschen verwendet. Folgerichtig lautet die Abkürzung für die deutsche Virusbezeichnung Lagos-Fledermaus-Virus ebenfalls LBV. In den englischen Virusnamen wie zum Beispiel bei West Nile virus werden normalerweise keine Bindestriche benutzt und das Wort Virus im Unterschied zum Deutschen kleingeschrieben. Der Bindestrich taucht im Englischen nur bei Adjektiven auf, also bei Tick-borne encephalitis virus oder Avian encephalomyelitis-like virus.

In der Deutschen Sprache werden die Namen der einzelnen Virusarten jedoch immer mit Bindestrich geschrieben, also West-Nil-Virus, Hepatitis-C-Virus, Humanes-Herpes-Virus, Lagos-Fledermaus-Virus, Europäisches-Fledermaus-Lyssa-Virus und so weiter. Zusätzliche Nummern bei einzelnen Subtypen werden jedoch im Englischen wie auch im Deutschen nicht mit einem Bindestrich angebunden, wie bei Europäisches-Fledermaus-Lyssa-Virus 1 (EBLV 1), Herpes-simplex-Virus 1 (HSV 1), Humanes-Herpes-Virus 1 (HHV 1) und bei anderen.

Merkmale

 
Aufbau von Virionen

Viren kommen sowohl als Nukleinsäure in den Wirtszellen als auch als freie Partikel außerhalb von Zellen vor. Letztere Erscheinungsform ist für ihre Verbreitung geeignet.

Ein Viruspartikel außerhalb von Zellen bezeichnet man als Virion (Plural Viria, Virionen). Virionen bestehen aus einem Nukleinsäuremolekül, das im Gegensatz zur Virenform von einer Proteinhülle (Kapsid) umgeben ist. Das Proteinkapsid kann unterschiedliche Formen haben, zum Beispiel ikosaederförmig, isometrisch, helikal oder geschossförmig.

Bei einigen Virenarten besitzen die Virionen außer einer Proteinhülle noch weitere äußere Bestandteile wie beispielsweise eine Lipoproteinhülle. Solche Viren, die dann vorübergehend bis zum Beginn der Replikationsphase auch eine solche Lipoproteinhülle aufweisen, werden behüllt genannt. Viren ohne derartige Hülle bezeichnet man als unbehüllt. Virionen hingegen sind also immer behüllt, manchmal jedoch doppelt, mit einer Lipoproteinhülle zusätzlich zum Kapsid.

Viren haben keinen eigenen Stoffwechsel, denn ihnen fehlen sowohl Ribosomen wie auch Mitochondrien. Daher können sie allein keine Proteine herstellen, keine Energie erzeugen und sich auch nicht selbst replizieren. Im Wesentlichen ist ein Virus also eine Nukleinsäure, auf der die Informationen zur Steuerung des Stoffwechsels einer Wirtszelle enthalten sind, insbesondere zur Replikation der Virus-Nukleinsäure und zur weiteren Ausstattung der Viruspartikel (Virionen). Wenn Viren einmal ihre Wirtszellen verlassen haben, stellen sie in der Regel rasch jegliche Aktivität ein.

Viren sind deutlich kleiner als Bakterien, jedoch etwas größer als Viroide. Unterscheidbare Variationen von Viren nennt man Serotypen.

 
Aufbau der Arenaviridae

Lebewesen?

Ob Viren als Lebewesen bezeichnet werden können, ist abhängig von der Entscheidung für eine der unterschiedlichen Definitionen von Leben (siehe unten: Kontroversen). Eine einzige, unwidersprochene und damit allgemein anerkannte Definition diesbezüglich gibt es bislang nicht. Daher findet sich auch unter Wissenschaftlern keine Einigkeit in der Beantwortung dieser Frage. Hinsichtlich der Einordnung von Viren zu den Parasiten bestehen ebenfalls verschiedene Ansichten. Ein Teil der Wissenschaftler betrachtet sie als solche, da sie einen Wirtsorganismus infizieren, um seinen Stoffwechsel für ihre eigene Vermehrung zu benutzen. Diese Forscher definieren also Viren als obligat intrazelluläre Parasiten (Lebensform, die zwangsläufig nur innerhalb einer Zelle ein Parasit ist), die aus einem Genom, einem Kapsid und eventuell einer Membranhülle bestehen und zur Replikation eine Wirtszelle benötigen. Das bedeutet, dass Viren zwar spezifische genetische Informationen besitzen, aber nicht den für ihre Replikation notwendigen Synthese-Apparat.

Entwicklung

Viren sind vermutlich später als andere Lebewesen (falls man Viren zu den Lebewesen zählt) entstanden, da sie auf letztere angewiesen sind. Entstehungsmechanismen lassen sich im Zusammenhang mit Plasmiden oder Transposonen verstehen. Für eine späte Entstehung spricht auch, dass Viren, die Eukaryoten befallen, das alternative Splicing der Eiweißsynthese nutzen. Dementsprechend besitzt ihr Erbgut variante Introns und Exons.


Vermehrung

Ein Virus selbst ist zu keinen Stoffwechselvorgängen fähig, daher braucht es Wirtszellen zur Fortpflanzung. Der Replikationszyklus eines Virus beginnt im Allgemeinen, wenn sich ein Virion an eine Wirtszelle anheftet (Adsorption) und sein Erbmaterial, die Nukleinsäure, ins Zellinnere bringt (Injektion). Wenn das Virion vollständig von der Zelle aufgenommen wird, muss es vor der Replikation erst von seinen Hüllen befreit werden (uncoating). Das Erbmaterial des Virus, seine Nukleinsäure, wird anschließend in der Wirtszelle vervielfältigt und die Hüllproteine sowie gegebenenfalls weitere Bestandteile der Virionen werden anhand der Gene des Virusgenoms ebenfalls von der Wirtszelle synthetisiert (Replikation). So können in der Zelle neue Viren gebildeten werden, die als Virionen freigesetzt werden, indem entweder die Zellmembran aufgelöst wird (Zell-Lyse, lytische Virusvermehrung), oder indem sie ausgeschleust (sezerniert) werden (Virusknospung, budding), wobei Anteile der Zellmembran als Bestandteil der Virushülle mitgenommen werden.

Eine weitere Möglichkeit ist der Einbau des Virus-Genoms in das des Wirtes. Dies ist der Fall bei temperenten Viren, wie zum Beispiel dem Phagen Lambda.

Die Auswirkung der Virusvermehrung auf die Wirtszelle nennt man Zytopathischer Effekt (CPE). Es gibt verschiedene Arten des zytopathischen Effekts: Zelllyse, Pyknose (Polioviren), Zellfusion (Masernvirus, HSV, Parainfluenzavirus), intranucleäre Einschlüsse (Adenoviren, Masernvirus), intraplasmatische Einschlüsse (Tollwutvirus, Pockenvirus)


Anpassung

Unabhängig von den bislang unentschiedenen Gesichtspunkten passen sich Viren im Laufe der Evolution einem speziellen Lebewesen oder auch mehreren Arten als seinem Wirt zunehmend an, um ihn nicht durch die Krankheitsfolgen zum eigenen Nachteil zu zerstören. Durch diese Anpassung wird die entsprechende Art zu seinem Reservoirwirt beziehungsweise Hauptwirt. Die Schädigung seines Reservoirwirts ist für ein Virus selbstverständlich kein erwünschter Effekt, da er zur eigenen Vermehrung auf diesen angewiesen ist. Die dennoch beim Reservoirwirt ausgelösten Symptome sind Nebeneffekte der Infektion, also im Grunde nicht beabsichtigt und eher als ein Unfall anzusehen.

Ist ein Virus besser an seinen Wirt angepasst, ist also seine Chance größer, sich weiter zu verbreiten, denn von einem solchen Virus wird der Wirt nicht mehr so häufig im Verlauf einer akuten Krankheitsphase getötet. Für den Fall, dass der Wirt nunmehr nicht sofort wirksame Antikörper entwickelt, welche das Virus abtöten, kann das Virus den Wirt viel länger für seine eigene Vermehrung benutzen, wobei es hiermit die sogenannte Infect and persist-Strategie anwendet.

Ein an einen bestimmten Organismus noch nicht oder nur wenig angepasstes Virus verfolgt dagegen die sogenannte Hit and Run-Strategie, bei der der infizierte Organismus auch im Verlauf einer akuten Krankheitsphase meist getötet wird. Allerdings wird diese Strategie auch von an den Wirt besser angepassten Viren angewendet, gegen die der Wirt sehr schnell Antikörper entwickelt, welche das Virus eliminieren. Entscheidend zur Definition einer "Hit and run"-Infektion ist allein, dass ein Wirt den betreffenden Viren nur während einer sehr kurzen Zeit für die Vermehrung (Replikation) zur Verfügung steht und auch nur einmal von der selben Virusart, beziehungsweise dem selben Virusstamm oder Subtyp infiziert werden kann.

An der Höhe der Letalität der von einem bestimmten Virus bei einem infizierten Organismus ausgelösten Erkrankung kann man demnach erkennen, ob das Virus sich schon an diesen Organismus - und dieser eventuell auch an das entsprechende Virus - angepasst hat oder nicht. Deshalb können aus menschlicher Sicht auch alle Viren dahingehend unterteilt werden, ob sie sich schon an den Menschen (und der Mensch vielleicht auch an sie) angepasst haben und er daher auch für sie ein Reservoirwirt darstellt oder nicht.

Virologie

Die Virologie (von lateinisch virus „Gift“ und griechisch logos „Lehre“) beschäftigt sich mit Viren, deren Eigenschaften und Vermehrung, sowie mit der Prävention und Behandlung von Viruserkrankungen.

Die erste bekannte Anwendung des Wissens über Viren findet sich bereits 1000 Jahre v. Chr. in China. Dort wurde der Schorf der Wunden von Pockenkranken, welche die Krankheit überlebt hatten, zu Staub gemahlen und inhaliert, um vor Pocken zu schützen (impfen). Im Jahre 1796 benutzte Edward Jenner ein ähnliches Verfahren, um den 8-jährigen James Phipps gegen Pocken zu impfen.

Die moderne Virologie nutzt vor allem molekularbiologische und molekulargenetische Untersuchungsverfahren und beschäftigt sich mit der Gestalt und Größe, dem Aufbau, der chemischen Zusammensetzung und dem Nachweis von Viren, des weiteren mit ihrer Vermehrung, ihrer Übertragung und ihren krankheitsauslösenden Eigenschaften. Erforscht werden auch die Wechselwirkungen der Viren mit ihren Wirtszellen. Die Virologie versucht ferner, die Vielzahl der existierenden Viren zu klassifizieren.

Siehe auch: Virusinfektion - Virostatikum - Prion

Humanpathogene Viren und Viruskrankheiten beim Menschen

Beim Menschen können eine Vielzahl von Krankheiten durch Viren verursacht werden. Allein diese humanpathogenen Viren sind hier hinsichtlich Genom und Behüllung klassifiziert und in ihrer Taxonomie nach ICTV aufgelistet.

Behüllte Viren

Doppelsträngige DNA-Viren = dsDNA

Einzel(+)-Strang-RNA-Viren = ss(+)RNA

Einzel(−)-Strang-RNA-Viren = ss(−)RNA

Unbehüllte Viren

Doppelsträngige DNA-Viren = dsDNA

Einzelsträngige DNA-Viren = ssDNA

Doppelsträngige RNA-Viren = dsRNA


Therapie mit Viren

Aktuell wird verstärkt an Therapien geforscht, bei denen Viren zur Heilung von Krankheiten eingesetzt werden. Diese Forschungen konzentrieren sich hierbei vor allem auf zwei Bereiche, einmal die Bekämpfung von Tumoren und zum anderen wird versucht, antibiotikaresistente Bakterien durch die Viren abzutöten.

In der Forschung zur Bekämpfung von Krebs werden vor allem adeno-assoziierte Viren eingesetzt. Das Grundprinzip dieser Therapie ist, dass die verwendeten (harmlosen) Viren als spezifischen Wirt die Tumorzellen haben. Sind die Tumorzellen dann mit diesen infiziert, vermehren sich die Viren in den Tumorzellen und zerstören sie dabei (siehe lytische Vermehrung von Viren). Durch die Vermehrung der Viren wird der Vorgang der Infizierung der restlichen Tumorzellen beschleunigt. Die bisher durchgeführten Tests sind positiv verlaufen.

Das Grundprinzip bei der Bekämpfung von resistenten Bakterien ist das gleiche, nur dass hier eben Bakteriophagen verwendet werden, welche die Bakterien als spezifischen Wirt erkennen. Auch hier sind erste Tests erfolgreich verlaufen.

Problem der Entwicklung antiviraler Medikamente

Da Viren beziehungsweise Vironen im Gegensatz zu Bakterien keine Zellen sind, können sie auch nicht wie solche abgetötet werden. Es ist lediglich möglich, eine virale Infektion und die Virusvermehrung zu be- oder zu verhindern. Besonders die biochemischen Vermehrungsabläufe können von Virusart zu Virusart sehr unterschiedlich sein, was die Findung eines hemmenden oder unterbindenden Wirkstoffes erschwert. Da die Vermehrung der Viren im Inneren von normalen Zellen stattfindet und dort sich sehr eng an die zentralen biochemischen Zellmechanismen ankoppelt, müssen die in Frage kommenden antiviralen Wirkstoffe entweder das Eindringen der Virionen in die Wirtszellen verhindern, oder in den Zellstoffwechsel zum Nachteil der Virusvermehrung eingreifen, oder nach einer möglichen Virusvermehrung in den Zellen das Austreten der neuen Viren aus den Zellen unterbinden. Aber andererseits dürfen diese gesuchten Wirkstoffe jedoch auch keine extreme Gefahr für den Körperstoffwechsel, den Zellverband und / oder den internen Zellstoffwechsel insgesamt darstellen, da sonst nicht nur beispielsweise die Virusvermehrung in den Zellen zum Erliegen kommt, sondern schlimmstenfalls auch das (Zell-)Leben des gesamten behandelten Organismus. Deshalb sind die bisher entwickelten antiviralen Medikamente auch sehr oft mit schweren Nebenwirkungsrisiken verbunden. Es handelt sich also alles in allem um eine äußerst schwierige Gratwanderung, welche die Medizin bislang meist vor eine schier unlösbare Aufgabe stellte. Verschärft wird dieses Problem außerdem durch eine immer mögliche und in der Regel auch stattfindende Resistenzentwicklung von Seiten der zu bekämpfenden Viren gegenüber einem einmal gefundenen, brauchbaren Wirkstoff, zu der sie auf Grund ihres extrem schnell ablaufenden Vermehrungszyklus und der biochemischen Eigenart dieser Replikation erschreckend gut in der Lage sind.

Kontroversen

Umstritten ist ein möglicher evolutionsgeschichtlicher Einfluss von Viren auf komplexe Organismen. Dieser ist in der Mikrobiologie unumstritten. Mechanistisch würde dadurch eine sprunghafte Evolution (sogenannter Punktualismus), ein Gegenkonzept zum Neodarwinismus (vertreten durch Richard Dawkins), logisch erscheinen. Eine empirische Beweisführung dürfte sich allerdings schwierig gestalten. Die Diskussion diesbezüglich wird in der wissenschaftlichen Gemeinschaft jedoch wenig eifrig geführt.

Wie schon oben dargestellt ist in der Wissenschaft weiterhin grundsätzlich umstritten, ob Viren Lebewesen sind oder nicht. Sie zeigen zwar Eigenschaften des Lebens, wie Vermehrung, Vererbung, Evolution und Kommunikation, jedoch fehlen ihnen die restlichen Lebensmerkmale wie eigenständige Vermehrung (sie brauchen Wirtszellen), eigener Stoffwechsel und Differenzierung. Eine Entscheidung in dieser Frage ist davon abhängig, welcher der verschiedenen Definitionen von Leben man den Vorzug gibt. Auch die Wissenschaft hat sich bislang nicht auf eine einzige, unwidersprochene und damit allgemein anerkannte Definition diesbezüglich einigen können.

Siehe auch

Virologische Diagnostik, Antigenerbsünde

Literatur

  • David M. Knipe, Peter M. Howley et al. (eds.): Fields´ Virology, (2 Bände) 4. Auflage, Philadelphia 2001 (Standardwerk der Virologie)
  • Stephen S. Morse, The Evolutionary Biology of Viruses. 1994, ISBN 0781701198
  • Falke, Dietrich; Bohl, Jürgen u.a.: Virologie am Krankenbett: Klinik, Diagnostik, Therapie. Heidelberg 1998. Mit Literaturangaben. ISBN 3-540-64261-7.
  • Modrow, Susanne; Falke, Dietrich; Truyen, Uwe: Molekulare Virologie. Eine Einführung für Biologen und Mediziner. Spektrum-Lehrbuch. Heidelberg, 1. Auflage 1997, 2. Aufl. Dezember 2002, ISBN 3-8274-1086-X. (mit Literaturangaben, englische Übersetzung 2006)
  • Hans W. Doerr, Wolfram H. Gerlich (eds.): Medizinische Virologie - Grundlagen, Diagnostik und Therapie virologischer Krankheitsbilder, Thieme 2002 ISBN 3131139617
  • Arnold J. Levine: Viren – Diebe, Mörder und Piraten. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg
  • Walter Doerfler: Viren. Fischer Taschenbuch Verlag, 2002, ISBN 3-596-15369-7
  • Sven P. Thoms: Ursprung des Lebens. Fischer Taschenbuch Verlag, 2005, ISBN 3-5961-6128-2
  • Ernst-Ludwig Winnacker: Viren: Die heimlichen Herrscher. Wie Grippe, Aids und Hepatitis unserer Welt bedrohen. Eichborn, Frankfurt 1999, ISBN: 3-8218-1598-1.
Wiktionary: Virus – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

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