Der Aufbau von Viren

Einleitung

Viren sind winzig kleine Parasiten, die potentielle Krankheitserreger darstellen. Sie sind überall verbreitet und lassen sich in jeder Zelle nachweisen. Wie andere parasitäre Lebewesen benötigen sie einen fremden Organismus, um sich zu vermehren. Dafür kommen zum Beispiel Pflanzen, Tieren oder auch der Mensch in Frage. Befallen Viren ein schwaches Immunsystem oder schwache Personen, wie beispielsweise Kinder, kann es zu einer Infektion kommen. Dabei gelangen die Viren über Körperöffnung, wie Mund, Nase, Auge oder durch Geschlechtsverkehr in den Körper. Heutzutage kann man sich durch Impfungen und geeignete Verhütungsmittel vor einigen Infektionserkrankungen schützen.
Bekannte Infektionserkrankungen, die über Viren übertragen werden sind AIDS (HI-Virus) oder auch Masern bei Kindern. 

 

Wie ist ein Virus aufgebaut?

Ein Virus ist ein winzig kleiner Organismus, den man nur mit Hilfe eines Elektronenmikroskops betrachten kann. Die Viren liegen bezüglich ihrer Größe im Nanometerbereich, wobei es aber durchaus größere (Marburg-Virus mit circa 1.000nm) und kleinere Viren (Poliovirus im Durchmesser etwas 30nm) gibt. Da Viren zu den obligaten Parasiten gehören, sind sie nicht in der Lage einen Stoffwechsel zu betreiben und somit auf eine Wirtszelle angewiesen.
Viren sind aus wenigen Bestandteilen aufgebaut. Ihr Erbgut besteht wie bei anderen Organismen aus Nukleinsäure. Je nach Virus kann man diese entweder der DNA oder der RNA zuordnen. Des Weiteren kann dieses Erbgut in vielen verschiedene Formen im Virus vorliegen. Beispielsweise kann das genetische Material entweder aus einem Einzelstrang oder Doppelstrang bestehen und gradlinig oder kreisförmig geformt sein. Insgesamt kann die Nukleinsäure bis zu 30% des Gesamtgewichts des Virus einnehmen.

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Das Genom des Virus wird von Strukturproteinen (Kapsomeren) umhüllt, die das Erbgut vor Umwelteinflüssen schützen. In ihrer Gesamtheit werden diese Strukturproteine als Kapsid bezeichnet, da sie eine Art Kapsel um die DNA/RNA bilden. Als Nukleokapsid bezeichnet man den Komplex aus Kapsid und Nukleinsäure.
Je nach Virusart kommt noch eine Virushülle hinzu. Dazu gehört eine doppelte Hülle aus Fett (Lipidhülle), welche aus der Hülle der Wirtszelle stammt. Besitzen Viren eine solche Fetthülle, bezeichnet man sie als behüllte Viren, die restlichen stellen die nackten Viren dar. Behüllte Viren sind empfindlich gegen fettlösliche Substanzen. So verlieren solche Viren ihre Infektiosität, wenn sie mit fettlöslichen Chemikalien behandelt werden. Aus diesem Grund sind nackte Viren oftmals resistenter als behüllte Viren. In diese Fetthülle können zusätzlich auch Glykoproteine eingelagert sein, die sich somit auf der Oberfläche des Virus befinden. Diese sind im Elektronenmikroskop als kleine Fortsätze sichtbar und werden als Spikes bezeichnet. Sie haben die Funktion, sich an die gewünschte Wirtszelle anzuheften und helfen so dem Eindringen des Virus.
Manche Viren beinhalten zusätzlich noch besondere Enzyme. Ein Beispiel hierfür ist das Menschliche-Immundefizit-Virus (HI-Virus), das zu den Retroviren gehört und eine reverse Transkriptase besitzt. Dieses Enzym ist in der Lage, eine RNA in eine DNA umzuschreiben. Die reverse Transkriptase stellt auch den Angriffsort verschiedener Substanzen dar, die als Medikamente gegen die Infektionserkrankung verabreicht werden. 

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Abbildung eines Virus

Viren (Einzahl Virus)

  1. Virushülle
    Lipiddoppelschicht
  2. Kapsel (Kapsid)
    Proteinhülle aus
    Kapsomeren
  3. Nukleinsäure
    (RNA- oder DNA-Viren)
    Ribonukleinsäure
    Desoxyribonukleinsäure
  4. Membranproteine
    Lipidproteine (Spikes)
  5. Kapsomer (Untereinheit)
    A - unbehülltes Virus
    (Nukleincapsid)
    B - behülltes Virus
    (Virion)
    Aufbau aus:
    Erbmaterial - Nukleinsäuren
    Eiweißen - Proteinen
    Lipiden (manchmal)

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Wie unterscheiden sich Viren in ihrem Aufbau voneinander?

Die vielen Viren lassen sich entsprechend ihres Aufbaus in verschiedene Gruppen einteilen.
Ein wichtiges Kriterium für die Klassifikation ist die Art der Nukleinsäure. Manche Viren verschlüsseln ihr genetisches Erbgut durch DNA, andere verwenden hierzu RNA.
Bezüglich des Genoms lassen sich noch weitere Einteilungskriterien feststellen. Es wird zwischen einer einzelsträngigen und doppelsträngigen Nukleinsäuren unterschieden. Zudem kann diese gradlinig (linear) oder kreisförmig (zirkulär) im Virus vorliegen.
Das genetische Material eines Virus muss auch nicht zwingend als Ganzes vorliegen, sondern kann auch in Bruchstücke aufgeteilt sein. In diesem Fall spricht man von einem Virus mit einer segmentierten Nukleinsäure.
Neben DNA- und RNA-Viren gibt es Viren, die eine reverse Transkriptase verwenden. Dieses Enzym ist so besonders, dass solche Viren nochmals als getrennte Gruppe verstanden werden. Diese Viren sind in der Lage, ihre RNA in DNA umzuschreiben und diese in die DNA der Wirtszelle zu integrieren.
Auch das Kapsid, also die Umhüllung des Genoms aus Strukturproteinen kann in verschiedenen Formen vorliegen. Diese reichen von einer helikalen Form über einen kubischen Aufbau bis hin zu einer ikosaedrischen Umhüllung der Nukleinsäure.
Ein weiteres und auffälliges Unterscheidungsmerkmal von Viren ist das Vorhandensein oder Fehlen einer Fetthülle (Lipidhülle). Diese umgibt das Nukleokapsid, sodass man von behüllten bzw. nackten Viren spricht. Bekannte Viren, die eine Hülle aus Fetten besitzen sind zum Beispiel die Herpesviren und der HI-Virus.

Der Aufbau bekannter Viren

HI-Virus ("HIV")

Das HI-Virus ("HIV", Humanes Immundefizienz Virus) gehört zu den Retroviren und lässt sich der Gattung der Lentiviren zuordnen. Das HI-Virus ist circa 100nm groß und gehört damit zu den größeren Viren.
Das Genom des HI-Virus besteht aus zwei einzelsträngigen RNAs, die durch die reverse Transkriptase in DNA umgeschrieben werden können. Innerhalb des Kapsids befindet sich neben der RNA, der reversen Transkriptasen auch Intergrasen. Mit Hilfe dieser Enzyme kann die in DNA umgeschriebene genetische Information in die DNA der Wirtszelle eingebaut und so im gesamten Organismus verbreitet werden. Zudem finden sich im gesamten Virus Proteasen, die an der Bildung neuer infektiöser Viren beteiligt sind.
Durch Vorhandensein einer doppelten Lipidschicht handelt es sich um ein behülltes Virus. In dieser Fetthülle sind verschieden Oberflächenproteine eingelagert. Zudem sieht man unter dem Elektronenmikroskop pro HI-Virus ungefähr 10 bis 15 Fortsätze, die aus der Fetthülle hervorragen. Diese sogenannten Spikes sind Proteinkomplexe, welche eine wichtige Bedeutung innerhalb des Infektionswegs haben. Mit Hilfe der Spikes erkennt das HI-Virus die Zielzellen, die alle CD4-Rezeptoren ausbilden. Zu den Zielzellen des HI-Virus zählen insbesondere T-Helferzellen (Teil des erworbenen Immunsystems), wodurch das Immunsystem des infizierten Patienten geschwächt wird.

Erfahren Sie mehr zu diesem Thema: HI - Virus und HIV

 

Grippevirus

Das Grippe- oder auch Influenzavirus kann die „echte“ Grippe (Influenza) auslösen, die enorm stärkere Symptome aufweist als eine gewöhnliche Erkältung. Es gibt mehrere Arten des Grippevirus, die sich im Aufbau in kleinen Details unterscheiden. Jedoch haben alle Grippeviren den gleichen Grundaufbau. Das Grippevirus

  • ist circa 100nm groß,
  • gehört zu den RNA-Viren,
  • hat als Erbgut acht einzelsträngige RNA-Stränge, die oft als Bruchstücke vorliegen,
  • ist von einer Fetthülle umgeben, sodass man von einem behüllten RNA-Virus spricht und
  • beinhaltet  mehrere Enzyme, wie zum Beispiel den RNA-Polymerase-Komplex (für die Vervielfältigung des Erbguts verantwortlich)

Weitere Informationen zu der Erkrankung, die das Virus auslöst, finden Sie unter Grippe

Masernvirus

Das Masernvirus ist der Auslöser der Kinderkrankheit Masern. Dieser Erreger befällt ausschließlich den Menschen, sodass auch die einzige Infektionsquelle eine erkrankte Person ist.

Das Masernvirus ist mit 100 bis 250nm ein großes Virus. Es gehört zu den RNA-Viren und besitzt eine Umhüllung aus Fett (Lipidhülle). Dieses behüllte RNA-Virus lässt sich der Gruppe der Paramyxoviren zuordnen, die alle über eine Tröpfcheninfektion übertragen werden. Das bedeutet, dass der Erreger über die Luft verteilt wird, ausgelöst durch beispielsweise Niesen, Husten oder einfaches Sprechen. Dabei führt eine Ansteckung mit dem Virus nahezu immer zum Ausbruch der Masern.

Den einfachsten Schutz vor dieser Erkrankung bietet eine Impfung im Kindesalter. Oft wird diese als Kombinationsimpfung angeboten, sodass man gleichzeitig gegen Masern, Röteln und Mumps geschützt ist.

Lesen Sie etwas über die Masernimpfung

Hepatitis-B-Virus

Das Hepatitis-B-Virus ist Auslöser von Hepatitis B, einer Entzündung der Leber. Diese Infektionskrankheit ist die weltweit häufigste und kann zu Leberzirrhose oder auch Leberzellkarzinomen führen.

Das Virus ist ein behülltes DNA-Virus, wobei das Erbgut teilweise doppelsträngig vorliegt.  Zudem besitzt das Hepatitis-B-Virus wie auch das HI-Virus eine reverse Transkriptase. Dieses Enzym schreibt RNA-Kopien des Erbguts in DNA um. Diese virale genetische Information wird dann in die DNA der Wirtszelle eingebaut. Somit befindet sich der Virus nun in den befallenen Leberzellen, was die Therapie erschwert.

Heute ist eine Impfung gegen Hepatitis B möglich und wird bei Kindern empfohlen. Bei schon bestehender Erkrankung kann man verschiedene Substanzen einsetzen, die sich gegen die Viren richten (Virostatika). Diese Behandlung bringt jedoch eine große Vielfalt an Nebenwirkungen mit sich.

Erfahren Sie mehr zu Übertragungswegen, Symptomen und Therapiemöglichkeiten von Hepatitis B

Weiter Informationen

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Autor: Dr. Nicolas Gumpert
Veröffentlicht: 02.05.2018 - Letzte Änderung: 22.10.2021
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