Virologie

• Pockenvirus, Gelbfiebervirus , Human influenza Virus, Human immunodeficiency Virus (AIDS), Hepatitis C Virus, Kaposi's Sarcoma Herpesvirus, SARS Coronavirus (SARS), Enteroviren (e.g. Polio), Adenoviren, Norovirus, Ebolavirus, Human T Zell Leukämie Virus, Epstein-Barr Virus, Dengue Virus, Rous Sarcoma Virus

Allgemeines und Aufbau

• Nukleisäure + virale proteine, aufgebaut aus Einzelteile, keine Teilung
• Können sich nicht selber vermehren (kein Proteinbiosynthese, kein Stoffwechsel)
• Obligate intrazelluläre Parasiten, sehr klein
• Unbehüllte Viren
  • Nur Nukleokapsid: DNA/RNA (kann segmentiert sein) + Kapsid (Strukurproteine, schützt Genom) + virale Enzyme (zustäzliche Funktionen) und RNA/DNA bindende Protein
  • Verlassen Zelle durch Lyse
  • Höhere Stabilität (e.g. Norovirus, Adenovirus)
• Behüllte Viren
  • Nukleokapsid + Matrix (Protein Schicht) + Membran mit Hüllproteine
  • Hüllprotein (Beispiel des Influenza A Virus):
    • Hämagglutinin -> Eintritt in Wirtszelle
    • Neuroamidase -> Verlassen der Wirtszelle (Spaltet Glykosidverbindung der Sialinsäure)
    • Ionenkanäle
  • Budding oder Lyse
  • Weniger stabil, feuchtes Milieu, anfällig auf Detergenzien und säuren (GIT)
  • Unterschiedliche Lipophilie der Hüllen (hoch -> anfälliger auf Detergenzien)
• Alle Viren müssen mRNA herstellen
• Funktion der Viralen Enzyme:
  • Schutz/Transport des genoms
  • mRNA Produktion
  • Genom Replikation
  • Virus Aufbau
  • Schutz gegen IS
• Zyklus:
  • Wirtszelle finden und infiszieren
  • Produktion viraler Proteine
  • Produktion des viralen Genoms (Grosse Viren haben meist eigene Maschinerie)
  • Zusammenbau der Virionen für nächste Generation, oft symmetrische Anordnung identischer Proteine
  • Verlassen und finden von neuen Zellen
  • Strategien gegen IS
• Unterschiedliche Kapsid Formen (Helix, Kubisch, Stab, Konisch, ...)
  • Oft aus gleichen/mehrere untereinheit aufgebaut
  • Nicht-kovalent (oft WWB, SB, Hydrophbe WW, VdWK) -> Kapsel muss sich innerhalb Zelle schnell auflösen
  • Ausserhalb der Wirtzelle ist hohe Stabilität erfordert
  • Setzt sich oft von alleine zusammen
  • Bei behüllten Viren Struktur von aussen oft nicht erkennbar
• Genom (RNA oder DNA), Baltimore Klassen (wie bidlet das Virus die mRNA):
  • Class I: dsDNA
  • Class II: ssDNA
  • Class III: dsRNA
  • Class IV: ssRNA+
  • Class V: ssRNA-
  • Class VI: ssRNA+ Retrovirus
  • Class VII: dsDNA Retrovirus
  • Zusätzlich circulär oder linear
  • Allgemein: mehr RNA-Viren
• Taxonomie dank unterschiedlichen Kriterien in Ordnung/Familie/Subfamilie/Genus/Species/Variante
• Subtype mittels serotyp
• Diagnostik:
  • Direkter Nachweis: Antigennachweis, Zytopathogene Effekt, Virusgenom
  • Indirekter nachweis: Antikörpernachweis, Zelluläre Immunantwort
  • Isolierung und Anzüchten des Virus
• Subvirale elemente: Prionen, Satelliten, Viroid
• Bakteriophagen: Viren für Bakterien
  • Problem der Phagen-kodierten Toxine bei Bakterien (Diphterie, Cholera, pyrogen Streptokokken)
  • Forschung, Gentech, Therapien, Epidemiologie

Adsorption, Eintritt, Uncoating

• Viruseintritt:
  • Beeinflusst Tropismus, Angriffspunkt für Therapie und Impfstoffe
  • Protein zum Andocken benötigt
    • Behüllte: Glykoprotein (Hüllprotein)
      • Hüllprotein verankert mit Kapsid
      • Oft Oligomere mit Fusionspeptid
    • Nackte: Kapsid
      • Oberflächenstrukuren oder Fibern
    • Entsprechender Rezeptor auf Wirt (oft mehr als ein Rezeptor, auch verstärkung der Bindung)
    • Kann antigen sein
    • Bindung an "Entry Rezeptor" oder an unspezifischem Faktor
    • Mechanismen des Eintritt:
      • Konformationsveränderung am Viruspartikel
      • Aktivierung von Signalwege
        • Fusion
        • Endozytose
    • Hämagglutin bei Influenzaviren -> Sialinsäure (wird von viellen Zellen exprimiert α2-6 in obere Atemwege (Human, Schwein), α2-3 in untere Atemwege (Schwein,Vogel))
      • Hämagglutinations-Tests mittels Ery -> Quervernetzung -> Auflösen des roten Punktes, auch zum Nachweis von AK gegen Hämaglutinin einsetzbar
  • Fusion: überwinden der ZM notwendig
    • Behüllte Viren: Membranfusion mittels Fusionspeptid (mechanisch), zwei Möglichkeiten:
      • Direkte (e.g. HIV): Problem Hüllproteine bleiben auf Aussenfläche (IS!), Corticales Aktin erschwert Mobilität
      • Erst nach Endozytose (e.g. Influenza): Fusion wird anschliesslich durch tiefen pH getriggert, muss Abbau in Endosom Entkommen
        • Endozytose über unterschiedliche Pathways
    • Nackte Viren: schwierige, wenig bekannt, evtl hydrophobe Virus Regionen, Pore?
  • Intrazellulärer Transport und Uncoating:
    • Evtl. noch Transport in Zellkern (möglichst rasch), unterschiedlich Strategien
      • Freie Diffusion nur bei kleinen Viren
      • Grössere Viren benutzen oft das Zytoskelett (Aktinfilamente, Mikrotubuli)
    • Meist Uncoating an Zellkernmembran

Genom Replikation, Assembly, Budding

• Zwei zusätzliche Wege der Viren:
  • Reverse Transkriptase (DNA -> RNA)
  • RNA-Polymerase (RNA -> RNA)
  • Viren kodieren teilweise auch andere Polymerasen selber (vorallem bei Viren die in Zytoplasma replizieren)
• Produktion der mRNA:
  • Class I: dsDNA -> mRNA
  • Class II: ssDNA -> dsDNA -> mRNA
  • Class III: dsRNA -> mRNA
  • Class IV: ssRNA+ -> ssRNA- -> mRNA (ssRNA+ kann auch direkt als mRNA verwendet werden -> DNA alleine kann bereits infektiös sein)
  • Class V: ssRNA- -> mRNA
  • Class VI: ssRNA+ -> dsDNA -> mRNA
  • Class VII: dsDNA -> ssRNA+ -> dsDNA -> mRNA
• Virale Enzyme oft Angriffspunkt von Therapie (reverse Transkrptase Inhibitor bei HIV, DNA Polymerase inhibitor bei Herpes (Acyclovir))
• Vorteil von RNA-Viren: oft Keine Primer benötigt
• Nachteil von RNA-Viren: Nicht die gleichen Kontrollelemente wie Zelle -> Regulation wichtig!, kein Proofreading
• Zelluläre mRNA hat 5'cap und ist polyadenyliert
  • Capping:
    • Intiation, Schutz vor Exonuklease, Splicing
    • Viren können zelluläre Capping Enzyme benutzen, das Cap stehlen, ein zusätzliches Enzym zur Initiation bereitstellen (IRES), oder andere eigen Enzyme verwenden
  • Polyadenylierung
    • Virus: OligoU Sequenzen im Template, oder nach Transkription polyadenylierung
• Genetische Information der Viren
  • einige kb bis hunderte
• Viren sind an die Zelluläre Mechanismen angepasst (grosse unterschiede zu Bakteriophagen)
  • Eukaryotische mRNA sind monocistronisch (kodieren für nur ein Protein)
  • Viren müssen aber Platz sparen -> bicistronische RNA (versch. Anordnungen, überlappen) oder Splicing (benötigt zusätzlicher Export aus ZK)
• Manche Viren schalten Proteinsynthese des Wirtes ab
  • Spaltung des Eukaryontische IF, ersatz durch IRES
  • Dephosphorylierung von eIF4E
  • Cap-Snatching
  • Überschuss an viraler mRNA
• Genomreplikation:
  • Möglichkeiten: RNA <-> RNA, RNA <-> DNA (retrovirus), DNA <-> DNA
  • Im Zellkern oder im Zytoplasma
  • Priming benötigt (wird nicht repliziert)
    • Zirkukäre Genome
    • Hairpins
    • Proteinprimer
    • Einbau in Wirtszelle
  • DNA-Viren müssen Zelle in S-Phase zwingen oder selber Replikation bewerkstelligen (beides braucht zusätzliche Enzyme)
  • Eigener Synthese-Apparat nur bei Viren mit Grossem Genom (e.g. Pockenvirus), anfällig auf Antivirale Therapie
• Genetische Variation
  • Andauernde Veränderungen -> Selektion
  • Mutationen durch Transition, Transversion, Insertion oder Deletion
  • RNA-Viren haben höhere Fehlerrate (selten Proofreading)
  • Virus diversität nimmt mit Zeit zu innerhalb Wirt
  • Rekombination zweier viren möglich (nur intrazellulär, vorallem bei Superinfektionen einer Wirtszelle)
    • Erhöht Mutationsrate -> Gefahr bei Mischen von Viren in einem Wirt) -> Neue Viren können entstehen "antigenic shift" (wichtig bei Influenza)

Wichtigere Viren für Beispiele

• Herpes Simplex Virus, Adenovirus, HIV, Influenza Virus