Viren im Überblick

Viren gehören zu den kleinsten Mikroben, die typischerweise zwischen 0,02 und 0,3 Mikrometer groß sind, obwohl kürzlich mehrere sehr große Viren mit einer Länge von bis zu 1 Mikrometer (Megavirus, Pandoravirus) entdeckt wurden. Viren hängen für ihre Vermehrung komplett von Zellen (bakteriell, pflanzlich oder tierisch) ab. Einige Viren haben eine äußere Hülle aus Proteinen und Lipiden, die einen Proteinkapsidkomplex mit genomischer RNA oder DNA und manchmal Enzymen umgibt, die für die ersten Schritte der viralen Replikation benötigt werden.

Die Klassifikation von Viren erfolgt grundsätzlich nach ihrer Genomsequenz unter Berücksichtigung von Art und Struktur ihres Genoms und ihrer Replikationsmethode, nicht aber nach den von ihnen verursachten Krankheiten (siehe Internationales Komitee für Taxonomie der Viren [ICTV], Veröffentlichung 2021). So gibt es DNA-Viren und RNA-Viren; sowohl DNA- als auch RNA-Viren können Einzel- oder Doppelstränge des genetischen Materials haben. Einzelstrang-RNA-Viren werden weiterhin in diejenigen mit (+)-Sense- und solche mit (-)-Sense-RNA unterteilt. Positive-Sense-RNA-Viren besitzen ein einzelsträngiges RNA-Genom, das als Boten-RNA (mRNA) dienen kann, die direkt translatiert werden kann, um eine Aminosäuresequenz zu produzieren. Negative-Sense-RNA-Viren besitzen ein einzelsträngiges Negative-Sense-Genom, das zunächst ein komplementäres Positiv-Sense-Antigenom synthetisieren muss, das dann zur Herstellung genomischer Negative-Sense-RNA verwendet wird. DNA-Viren replizieren typischerweise im Kern der Wirtszelle und RNA-Viren replizieren typischerweise im Zytoplasma.

Bestimmte Einzelstrang-(+)-Sense-RNA-Viren, die als Retroviren bezeichnet werden, verwenden eine ganz andere Replikationsmethode. Retroviren verwenden reverse Transkription, um eine doppelsträngige DNA-Kopie (ein Provirus) ihres RNA-Genoms zu erstellen, das in das Genom der Wirtszelle eingefügt wird. Reverse Transkription erfolgt unter Verwendung des Enzyms reverse Transkriptase, das das Virus in seiner Schale mit sich trägt. Beispiele für Retroviren sind humane Immunschwächeviren und die humanen T-Zellen-Leukämie-Viren. Sobald das Provirus in die DNA der Wirtszelle integriert ist, wird es unter Verwendung typischer zellulärer Mechanismen transkribiert, um virale Proteine und genetisches Material zu produzieren.

Wenn eine Keimbahnzelle mit einem Retrovirus infiziert ist, kann sich das integrierte Provirus als endogenes Retrovirus etablieren, das auf die Nachkommen übertragen wird. Die Sequenzierung des menschlichen Genoms zeigte, dass mindestens 1% des menschlichen Genoms aus endogenen retroviralen Sequenzen besteht, was vergangene Begegnungen mit Retroviren im Verlauf der menschlichen Evolution anzeigt. Einige endogene humane Retroviren bleiben transkriptionell aktiv und produzieren funktionelle Proteine (z. B. die Syncytine, die zur Struktur der menschlichen Plazenta beitragen) (1). Einige Experten spekulieren, dass einige Erkrankungen mit unklarer Ätiologie, wie Multiple Sklerose, bestimmte Autoimmunerkrankungen und verschiedene Krebsarten durch endogene Retroviren verursacht werden könnten.

Weil die RNA-Transkription nicht die gleichen Fehlerüberprüfungsmechanismen wie die DNA-Transkription umfasst, neigen RNA-Viren, insbesondere Retroviren, besonders zu Mutationen.

Virale Genome sind klein; das Genom von RNA-Viren liegt im Bereich von 3,5 Kilobasen (einige Retroviren) bis 27 Kilobasen (einige Reoviren) und das Genom von DNA-Viren liegt im Bereich von 5 Kilobasen (einige Parvoviren) bis 280 Kilobasen (einige Pockenviren). Diese überschaubare Größe zusammen mit den aktuellen Fortschritten in der Nukleotid-Sequenzanalyse-Technologie bedeuten, dass die teilweise und komplette Sequenzierung von Virus-Genomen ein wesentlicher Bestandteil epidemiologischer Untersuchungen von Krankheitsausbrüchen werden wird.

Damit es zu einer Infektion kommt, muss das Virus sich zunächst an ein oder eines von mehreren Rezeptormolekülen auf der Oberfläche der Wirtszelle anheften. Dann betritt die virale DNA oder RNA die Wirtszelle und trennt sich von der äußeren Hülle („uncoating“) und repliziert sich innerhalb der Wirtszelle in einem Prozess, der unter Beteiligung spezifischer Enzyme abläuft. Die neu synthetisierten viralen Komponenten bauen sich dann zu einem kompletten Viruspartikel auf. Oft stirbt die Wirtszelle ab und setzt neue Viren frei, die wiederum andere Wirtszellen infizieren. Jeder Schritt der viralen Replikation umfasst andere Enzyme und Substrate und bietet eine Möglichkeit, in den Infektionsvorgang einzugreifen.

Die Folgen der Virusinfektion sind sehr unterschiedlich. Viele Infektionen führen nach einer kurzen Inkubationszeit zu einer akuten Erkrankung, doch einige verlaufen asymptomatisch oder verursachen leichte Symptome, die möglicherweise nicht erkannt werden. Viele Virusinfektionen werden vom Immunsystem beseitigt, aber einige bleiben in einem latenten Zustand und manche verursachen chronische Erkrankungen.

Bei einer latenten Infektion verbleibt die virale RNA oder DNA in Wirtszellen, repliziert jedoch nicht und verursacht über einen langen Zeitraum keine Krankheit, manchmal über viele Jahre hinweg. Eine latent Virusinfektionen kann während der asymptomatischen Periode übertragbar sein, was die Verbreitung von Mensch zu Mensch erleichtert. Manchmal bewirkt ein Trigger (insbesondere Immunsuppression) eine Reaktivierung.

Zu den häufigsten Viren, die latent bleiben, gehören

• Herpesviren

• Humanes Immundefizienzvirus (HIV)

• Papovaviren (bestehend aus 2 Untergruppen: Papilloma- und Polyomaviren)

Das Ebola-Virus scheint an den immunologisch bevorzugten Stellen im menschlichen Körper zu persistieren (z. B. Hoden, Augen) (2).

Einige Erkrankungen werden durch die virale Reaktivierung im ZNS nach einer sehr langen Latenzzeit verursacht. Zu diesen Krankheiten gehören

• Progressive multifokale Leukoenzephalopathie (aufgrund des JC [John Cunningham]-Virus, einem Polyomavirus)

• Subakute sklerosierende Panenzephalitis (aufgrund des Masern-Virus)

• Progressive Röteln- Panenzephalitis (aufgrund von Rötelnvirus)

Chronische Virusinfektionen zeichnen sich durch kontinuierliche, lang anhaltende Virusausscheidungen aus; Beispiele sind die kongenitale Infektion mit dem Röteln-Virus oder mit dem Cytomegalovirus und persistierende Hepatitis B oder C. HIV kann sowohl latente als auch chronische Infektionen verursachen.

Einige hundert verschiedene Viren können den Menschen infizieren. Viren, die primär Menschen infizieren, breiten sich oft über respiratorische Sekrete und enterische Ausscheidungen aus. Blut, das für die Transfusion gesammelt wird, wird auf eine Reihe von Viren getestet (siehe Tabelle Übertragungstests auf Infektionskrankheiten). Viele Viren werden durch Nagetiere oder Arthropoden übertragen, und Fledermäuse wurden kürzlich als Wirte für viele Säugetierviren identifiziert, darunter auch einige, die für bestimmte schwere Infektionen beim Menschen verantwortlich sind (z. B. SARS-CoV-2).

Einige Viren werden über Schleimhautkontakt sexuell übertragen, wie z. B. Zika. Andere Viren werden durch die Übertragung von Blut (z. B. durch Punktion mit einer kontaminierten Nadel oder durch Transfusion) übertragen, darunter die Hepatitisviren A, B, C und E sowie die folgenden Arboviren:

• Chikungunya

• Dengue

• West-Nil

• Zika

Das Zytomegalievirus [CMV] und das Epstein-Barr-Virus sind die am häufigsten durch Gewebetransplantation übertragenen Viren. Andere Viren dieser Art sind:

• Arboviren wie Zika, West-Nil und Dengue

• Lymphozytäres Choriomeningitisvirus (LCMV)

• HIV-1

• Tollwut (rabies)

• Hepatitis-B (HBV)

• Herpes-simplex-Virus (HSV)

Viren kommen weltweit vor, ihre Ausbreitung wird jedoch durch angeborene Resistenz, früher durchgemachte Infektionen oder vorherige Impfungen, sanitärhygienische und andere Maßnahmen des öffentlichen Gesundheitsdienstes sowie die prophylaktische Gabe von antiviralen Medikamenten beeinflusst.

Der Lebenszyklus zoonotischer Viren spielt sich hauptsächlich in Tieren ab; Menschen sind sekundäre oder akzidentelle Wirte. Diese Viren sind auf Gebiete und Umgebungen beschränkt, die in der Lage sind, ihren nichtmenschlichen Infektionszyklus zu gewährleisten (Vertebraten, Arthropoden oder beide).

Bei derVariante der Creutzfeldt-Jakob-Krankheit (vCJK) und der bovinen spongiformen Enzephalopathie (BSE) ging man zunächst davon aus, dass sie durch ein Virus verursacht werden, und bezeichnete sie aufgrund ihrer langen Inkubationszeit (Jahre) als langsame Viruskrankheiten, doch inzwischen weiß man, dass sie durch Prionen verursacht werden; Prionen sind proteinhaltige Krankheitserreger, die nicht bakteriell, pilzbedingt oder viral sind und die kein genetisches Material enthalten.

(Siehe auch Typen von Viruserkrankungen.)