VIROLOGIE: GESCHICHTE, WAS ES STUDIERT, ARTEN VON VIREN, BEISPIELE - BIOLOGIE - 2025

Die Virologie ist der Zweig der Biologie, der den Ursprung, die Entwicklung, die Klassifizierung, die Pathologie sowie die biomedizinischen und biotechnologischen Anwendungen von Viren untersucht. Viren sind kleine Partikel von 0,01 bis 1 µm, deren genetische Information ausschließlich für ihre eigene Replikation bestimmt ist.

Die Gene von Viren werden durch die molekulare Maschinerie der infizierten Zelle zur Vermehrung entschlüsselt. Viren sind daher obligate intrazelluläre Parasiten, die von den Stoffwechselfunktionen lebender Zellen abhängen.

Quelle: Bildnachweis: Cynthia Goldsmith Inhaltsanbieter: CDC / Dr. Erskine. L. Palmer; Dr. ML Martin

Das am häufigsten vorkommende genetische Material auf dem Planeten entspricht dem von Viren. Sie infizieren andere Viren und alle Lebewesen. Immunsysteme verteidigen sich nicht immer erfolgreich gegen Viren: Einige der verheerendsten Krankheiten von Mensch und Tier werden durch Viren verursacht.

Menschliche Viruserkrankungen umfassen Gelbfieber, Polio, Influenza, AIDS, Pocken und Masern. Viren sind an etwa 20% der Krebserkrankungen beim Menschen beteiligt. Jedes Jahr töten virale Atemwegs- und Darminfektionen Millionen von Kindern in Entwicklungsländern.

Einige Viren eignen sich zur Typisierung von Bakterien, als Enzymquellen, zur Schädlingsbekämpfung, als antibakterielle Wirkstoffe, zur Krebsbekämpfung und als Genvektoren.

Geschichte

Im späten 19. Jahrhundert stellten Martinus Beijerinck und Dmitri Ivanovski unabhängig voneinander fest, dass bakterienfreie Filtrate aus erkrankten Tabakpflanzen ein Mittel enthielten, das gesunde Pflanzen infizieren kann. Beijerinck nannte dieses Mittel contagium vivum fluidum.

Wir wissen jetzt, dass die Beijerinck- und Ivanovski-Filtrate das Tabakmosaikvirus enthielten. Ebenfalls im 19. Jahrhundert kamen Friedrich Loeffler und Paul Frosch zu dem Schluss, dass MKS bei Rindern durch einen nicht bakteriellen Wirkstoff verursacht wird.

Im ersten Jahrzehnt des 20. Jahrhunderts zeigten Vilhelm Ellerman und Olaf Bang die Übertragung von Leukämie bei Hühnern unter Verwendung zellfreier Filtrate. Diese Experimente ließen den Schluss zu, dass es tierische Viren gibt, die Krebs verursachen können.

Im zweiten Jahrzehnt des 20. Jahrhunderts beobachtete Frederick Twort die Lyse von Mikrokokken auf Agarplatten, in denen er versuchte, das Pockenvirus zu züchten, unter der Annahme, dass diese Lyse durch ein Virus oder durch Enzyme von Bakterien verursacht worden war. Felix d'Hérelle seinerseits entdeckte, dass die Bazillen, die Ruhr verursachen, von Viren lysiert wurden, die er Bakteriophagen nannte.

1960 erhielt Peter Medawar den Nobelpreis für die Entdeckung, dass Viren genetisches Material (DNA oder RNA) enthielten.

Virentypen

Viren werden nach ihren Eigenschaften klassifiziert. Dies sind die Morphologie, das Genom und die Interaktion mit dem Wirt.

Die Klassifizierung basierend auf der Interaktion des Virus mit dem Wirt basiert auf vier Kriterien: 1) Produktion einer infektiösen Nachkommenschaft; 2) ob das Virus den Wirt tötet oder nicht; 3) wenn klinische Symptome vorliegen; 4) Dauer der Infektion.

Das Immunsystem spielt eine wichtige Rolle bei der Interaktion zwischen Virus und Wirt, da es die Entwicklung der Infektion bestimmt. Somit kann die Infektion akut und subklinisch sein (das Virus wird aus dem Körper ausgeschieden) oder persistent und chronisch (das Virus wird nicht aus dem Körper ausgeschieden).

Die Klassifizierung basierend auf Genomunterschieden (Baltimore-System) und die taxonomische Klassifizierung, die alle Merkmale von Viren berücksichtigt, sind die heute am häufigsten verwendeten Systeme zur Katalogisierung von Viren.

Klassifizierung basierend auf Morphologie

Um diese Klassifizierung zu verstehen, müssen die Teile bekannt sein, aus denen ein Virus besteht. Viren bestehen aus einem Genom und einem Kapsid und können eine Hülle haben oder nicht. Das Genom kann DNA oder RNA sein, einzel- oder doppelsträngig, linear oder zirkulär.

Das Kapsid ist eine komplexe Struktur, die aus vielen identischen viralen Proteinuntereinheiten besteht, die als Kapsomere bezeichnet werden. Seine Hauptfunktion ist es, das Genom zu schützen. Es dient auch dazu, die Wirtszelle zu erkennen und an sie zu binden und den Transport des Genoms in die Zelle sicherzustellen.

Die Hülle ist die Membran aus Lipiden und Glykoproteinen, die das Kapsid umgibt. Es wird von der Wirtszelle abgeleitet. Es variiert erheblich in Größe, Morphologie und Komplexität. Das Vorhandensein oder Fehlen von Umschlägen dient als Kriterium für die Virusklassifizierung.

Es werden drei Kategorien von nicht umhüllten Viren erkannt: 1) isometrisch, ungefähr kugelförmig (Ikosaeder oder Ikosadeltaeder); 2) filamentös, mit einer einfachen Helixform; 3) komplex, ohne die vorherigen Formen. Einige Viren, wie der Bakteriophage T2, kombinieren die isometrischen und filamentösen Formen.

Wenn das Virus umhüllt ist, können sie auch morphologischen Kategorien zugeordnet werden, basierend auf den Eigenschaften des Nukleokapsids innerhalb der Membran.

Genombasierte Klassifikation: Baltimore-System

Diese von David Baltimore vorgeschlagene Klassifizierung berücksichtigt die Natur des Virusgenoms im Hinblick auf den Mechanismus, den es verwendet, um Nukleinsäure zu replizieren und Messenger-RNA (mRNA) für die Proteinbiosynthese zu transkribieren.

Im Baltimore-System werden Viren, deren RNA-Genom den gleichen Sinn wie mRNA hat, als Viren mit positiver Sense-RNA (+) bezeichnet, während Viren, deren Genom den entgegengesetzten Sinn (komplementär) zu mRNA hat, als Viren mit bezeichnet werden Negative Sense-RNA (-). Doppelsträngige Genomviren gehen in beide Richtungen.

Ein Nachteil dieser Klassifizierung besteht darin, dass Viren mit ähnlichen Replikationsmechanismen nicht unbedingt andere Merkmale aufweisen.

Baltimore-Systemklassen

Klasse I. Virus mit einem doppelsträngigen DNA-Genom. Transkription ähnlich der der Wirtszelle.

Klasse II. Viren mit einem einzelsträngigen DNA-Genom. DNA kann von (+) und (-) Polarität sein. Vor der mRNA-Synthese in doppelsträngig umgewandelt.

Klasse III. Viren mit einem doppelsträngigen RNA-Genom (dsRNA). Mit segmentiertem Genom und mRNA, die aus jedem Segment der DNA-Matrize synthetisiert wurden. Enzyme, die an der vom Virusgenom kodierten Transkription beteiligt sind.

Klasse IV. Viren mit einzelsträngigem RNA-Genom (ssRNA), Polarität (+). Synthese von mRNA, der die Synthese des komplementären Strangs vorausgeht. Die Transkription ähnelt der der Klasse 3.

Klasse V. Virus mit ssRNA-Genom, das dem der Sense-mRNA entgegengesetzt ist (-). Synthese von mRNA, die viruskodierte Enzyme benötigt. Die Produktion neuer Generationen des Virus erfordert die Synthese von intermediärer dsRNA.

Klasse VI. Virus mit ssRNA-Genom, das vor der Replikation intermediäre dsDNA produziert. Es verwendet Enzyme, die das Virus trägt.

Klasse VII. Viren, die ihre dsDNA über eine intermediäre ssRNA replizieren.

Taxonomische Klassifikation

Das Internationale Komitee für die Taxonomie von Viren hat ein taxonomisches Schema zur Klassifizierung von Viren festgelegt. Dieses System verwendet die Abteilungen Reihenfolge, Familie, Unterfamilie und Geschlecht. Es gibt immer noch eine Debatte über die Anwendung des Artenkonzepts auf Viren.

Die für die taxonomische Klassifizierung verwendeten Kriterien sind der Wirtsbereich, die morphologischen Eigenschaften und die Art des Genoms. Darüber hinaus werden andere Kriterien berücksichtigt, wie die Länge des Phagenschwanzes (Virus, das Bakterien infiziert), das Vorhandensein oder Fehlen bestimmter Gene im Genom und die phylogenetischen Beziehungen zwischen Viren.

Ein Beispiel für diese Klassifizierung ist: Bestellung Mononegavirales; Familie Paramyxoviridae; Paramyxovirinae-Unterfamilie, Gattung Morbillivirus; Arten, Masernvirus.

Die Namen von Familien, Unterfamilien und Gattungen sind vom Herkunftsort, dem Wirt oder den Symptomen der vom Virus verursachten Krankheit inspiriert. Zum Beispiel gibt der Ebola-Fluss in Zaire der Gattung Ebola den Namen; Das Tabakmosaik gibt der Gattung Tomabovirus seinen Namen.

Viele Virusgruppennamen sind Wörter lateinischen oder griechischen Ursprungs. Zum Beispiel wird Podoviridae von den griechischen Podos abgeleitet, was Fuß bedeutet. Dieser Name bezieht sich auf Kurzschwanzphagen.

Beispiele für Viren

Influenza-Virus

Sie infizieren Vögel und Säugetiere. Sie haben unterschiedliche Morphologie mit Hülle. Einzelsträngiges RNA-Genom. Sie gehören zur Klasse V von Baltimore und zur Familie der Orthomyxoviridae.

Influenzaviren gehören zu dieser Familie. Die meisten Fälle von Influenza werden durch Influenza-A-Viren verursacht. Ausbrüche durch Influenza-B-Viren treten alle 2 bis 3 Jahre auf. Diejenigen, die von Influenza-C-Viren produziert werden, sind weniger häufig.

Das Influenza-A-Virus hat vier Pandemien verursacht: 1) die spanische Grippe (1918–1919), ein Subtyp des H1N1-Virus unbekannter Herkunft; 2) Asiatische Grippe (1957–1958), H2N2-Subtyp, aviären Ursprungs; 3) Hongkong-Grippe (1968–1969), Subtyp H3N3, aviären Ursprungs; 4) Schweinegrippe (2009–2010), Subtyp H1N1, Schweineherkunft.

Die verheerendste bekannte Pandemie wurde durch die spanische Grippe verursacht. Es hat mehr Menschen getötet als im Ersten Weltkrieg.

Die Buchstaben H und N stammen von den Membranglykoproteinen Hämagglutinin bzw. Neuraminidase. Diese Glykoproteine ​​liegen in einer Vielzahl von Antigenformen vor und sind an neuen Varianten beteiligt.

Retrovirus

Sie infizieren Säugetiere, Vögel und andere Wirbeltiere. Sphärische Morphologie mit Hülle. Einzelsträngiges RNA-Genom. Sie gehören zur Baltimore-Klasse VI und zur Familie der Retroviridae.

Das humane Immundefizienzvirus (HIV), Gattung Lentivirus, gehört zu dieser Familie. Dieses Virus schädigt das Immunsystem der infizierten Person und macht es anfällig für Infektionen durch Bakterien, Viren, Pilze und Protozoen. Die durch HIV verursachte Krankheit ist als erworbenes Immunschwächesyndrom (AIDS) bekannt.

Andere Gattungen von Retroviridae verursachen ebenfalls schwere Krankheiten. Zum Beispiel: Spumavirus (Affenflauschvirus); Epsilonretrovirus (Walleye dermales Sarkomvirus); Gammaretrovirus (murines Leukämievirus, Katzenleukämievirus); Betaretrovirus (murines Brusttumorvirus); und Alpharetrovirus (Rous-Sarkom-Virus).

Herpesvirus

Es infiziert kaltblütige Säugetiere, Vögel und Wirbeltiere. Morphologie des Virus: ikosaedrische Kapsel mit Umschlag. Doppelsträngiges DNA-Genom. Sie gehören zur Klasse I von Baltimore und zum Herpesviral-Orden.

Einige Mitglieder sind: Herpes-simplex-Virus 2 (verursacht Herpes genitalis); humanes Cytomegalievirus (verursacht Geburtsfehler); Herpesvirus-KaposiB ^™ -Sarkom (verursacht Kaposi-Sarkom); EpsteinBƂBarr-Virus oder EBV (verursacht Drüsenfieber und Tumoren).

Viren, die Polio und andere verwandte Viren verursachen

Es infiziert Säugetiere und Vögel. Morphologie des Virus: isometrisch oder ikosaedrisch. Einzelsträngiges RNA-Genom. Sie gehören zur Baltimore-Klasse IV und zur Familie der Picornaviridae.

Einige Gattungen dieser Familie sind: Hepatovirus (verursacht Hepatitis A); Enterovirus (verursacht Poliomyelitis); Aphthovirus (verursacht Maul- und Klauenseuche).

Viren, die Tollwut und verwandte Viren verursachen

Sie infizieren Säugetiere, Fische, Insekten und Pflanzen. Helikale Morphologie mit Hülle. Einzelsträngiges RNA-Genom. Sie gehören zur Klasse V von Baltimore und zur Familie der Rhabdoviridae.

Zu dieser Familie gehören die Viren, die Krankheiten wie Tollwut verursachen, die durch die Gattung Lyssavirus verursacht werden. vesikuläre Stomatitis, verursacht durch die Gattung Vesiculovirus; und die gelbe Zwergkartoffel, verursacht durch die Gattung Novirirhabdovirus.

Virus, das infektiöses Erythrem verursacht

Es infiziert Säugetiere, Vögel und Insekten. Symmetrische ikosaedrische Morphologie. Einzelsträngiges DNA-Genom. Sie gehören zur Klasse II von Baltimore und zur Familie der Parvoviridae.

Ein Mitglied dieser Familie ist das B19-Virus der Gattung Erithrovirus, das beim Menschen ein infektiöses Erythrem verursacht, das normalerweise keine Symptome hervorruft. Das B19-Virus infiziert die Vorläuferzellen der roten Blutkörperchen.

Einige Mitglieder von Parvoviridae werden als Genvektoren verwendet.

Virenanwendungen

Viren können zum Nutzen des Menschen eingesetzt werden, indem rekombinante Viren konstruiert werden. Sie haben ein Genom, das durch molekularbiologische Techniken modifiziert wurde.

Rekombinante Viren sind möglicherweise nützlich für die Gentherapie, deren Zweck darin besteht, bestimmte Krankheiten zu heilen oder Impfstoffe herzustellen.

HIV wurde verwendet, um Genvektoren (lentivirale Vektoren) für die Gentherapie zu konstruieren. Es wurde gezeigt, dass diese Vektoren in Tiermodellen für retinale Pigmentepithelerkrankungen wie Retinitis pigmentosa, die durch autosomal rezessive Vererbung oder Mutationen verursacht werden, wirksam sind.

Als Impfstoffvektoren verwendete Viren sollten ein geringes pathogenes Potenzial aufweisen. Dies wird anhand von Tiermodellen überprüft. Dies ist der Fall bei Impfstoffen, die gegen Pockenviren, vesikuläre Stomatitis und Ebola entwickelt wurden oder sich in der Entwicklung befinden.

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