Virus

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(lat. virus „Schleim“, „Saft“, „Gift“)

Als Viren werden Infektionsträger, bestehend aus einem Strang Erbmaterial (DNA oder RNA) und einer umliegenden Proteinhülle bezeichnet. Die als Kapsid genannte Proteinhülle schützt das Erbmaterial und spielt eine wichtige Rolle beim Andocken und beim Eindringen in eine Zelle. Viren haben keine eigenen Stoffwechselvorgänge und müssen sich deshalb Zellen zur Fortpflanzung bedienen. Wegen dem fehlenden Stoffwechsel und der Fähigkeit der Reproduktion untereinander, ist es strittig, ob man sie als Lebewesen bezeichnen kann. Aus biologischer Sicht stellen Viren nicht mehr und nicht weniger als ein Stück Information dar.

Vermehrungsmechanismus

Viren heften sich an eine Zelle an und bringen ihr Erbmaterial ins Zellinnere. Die befallene, umprogrammierte Zelle produziert weitere Viren. Fertige Viren werden freigesetzt, indem die Zellwand aufgelöst wird. Die Wirtszelle stirbt anschließend ab. Außerhalb der Zelle stellen die Viren jegliche Aktivität ein. Da Viren keinen Stoffwechsel besitzen, sind sie auf die Reproduktionsmechanismen der Wirtszelle angewiesen. Sie sind somit intrazelluläre Parasiten. Zellen besitzen mehrere Mechanismen, um Eindringlinge abzuwehren. Einer den effektivsten Mechanismen ist der Zelltod. Viren haben die Möglichkeit, diese Schutzmechanismen zu umgehen und sogar den Zelltod zu verhindern und die Zelle somit zur Vermehrung vom neuen Virenmaterial zu zwingen.

Ein Virus ist an einen speziellen Wirt angepasst, während es für andere Organsimen völlig harmlos ist oder ihn unter Umständen als Zwischenwirt nutzt, um den Radius der Ansteckung zu erweitern. In einen Organismus gelangen Viren über Tröpfchen- oder Schmierinfektion, über Schleimhäute oder über das Blut. Beim Eindringen in die Zelle werfen manche Viren das Kapsid ab, wenn sie das genetische Material injiziert haben. Andere Viren dringen vollständig durch die Zellmembran.

Aufbau und Klassifikation

Die Reproduktion von Viren (schematische Darstellung)

Viren kommen in zwei Zuständen vor: als Nukleinsäure in den infizierten Zellen oder als von einer Proteinhülle umgebene freie Partikel außerhalb der Zellen - sogenannte Vironen. Viren stellen in der biologischen Systematik ein eigenes Reich dar. Heute kennt man ca. 3.000 verschiedener Virenarten. Die Schätzung geht jedoch in Millionen.

Viren können unterschiedliche Formen haben. Sie kommen als Sphären mit Spikes vor, als Spiralen oder in Form asymmetrischer Windungen. Ihre Größe variiert zwischen 10 und 300 nm. Viren werden heute nach der Klassifikation von David Baltimore in sieben Gruppen eingeteilt. Es gibt RNA- oder DNA-Viren, die behüllt oder unbehüllt sein können. Behüllte Viren haben zusätzlich eine Lipidkapsel, die das Kapsid nochmals von außen schützt. Sie entsteht aus der Plasmamembran der Wirtszelle, wenn sie fertige Viren verlassen. Behüllte Viren haben den Nachteil, dass sie als Vironen sehr empfindlich sind. Ihre Lipidhülle trocknet schnell aus, wird durch Umwelteinflüsse wie Hitze, UV-Licht oder chemische Stoffe wie Desinfektionsmittel oder Seife zerstört. Unbehülte Viren können stattdessen mehrere Tage bis sogar mehrere Monate an Oberflächen überleben und ihre Virulenz behalten.

Viren besitzen kein Zytoplasma, keine Ribosomen und keine Mitochondrien; sie können keine Proteine synthesieren, keine Energie erzeugen oder sich eigenständig vermehren. Ihre Zuordnung als Lebewesen ist nach der gängigen Definition daher strittig. Problematisch ist in diesem Zusammenhang die Entwicklung antiviraler Medikamente (Virostatika). Im Gegensatz zu zellulären Erregern wie Bakterien oder Pilzen, können Viren mit Antibiotika nicht abgetötet werden. Dafür müssten lebende Zellen, in denen die Viren sitzen, zerstört werden. Impfung ist die einzig wirksame Methode, einige bestimmte Virusinfektionen zu verhindern.

Geschichte der Entdeckung

Im 18. Jahrhundert hat man als Virus alles bezeichnet, wo man den Auslöser für eine Infektion gesehen hat. Im späten 19. Jahrhundert wiesen unabhängig voneinander der dänische Agronom Adolf Mayer und der russische Biologe Dimitri Iwanowski die Existenz von Viren bei Experimenten mit von Tabakmosaikkrankheit befallenen Pflanzen nach. Empirisch fanden Wissen­schaftler zum Ende des 19. Jahrhunderts heraus, dass Viren alle Filter, die Bakterien zurückhalten, passieren können, dass sie pathogen sind und dass sie einen fremden Organismus zur Vermehrung benötigen. Diese Krankheitserreger waren jedoch so klein, dass sie unter einem Lichtmikroskop nicht sichtbar gemacht werden konnten. Erster Bildnachweis von Viren konnte erst in den 1930er Jahren mit der Erfindung des Elektronenmikroskops gemacht werden.

Evolution der Viren

Es gibt mehrere Hypothesen zur Entstehung der Viren, von denen sich drei als die wahrscheinlichsten herauskristallisierten:

Hypothese der Reduktion

Viren existierten als kleine parasitäre Zellen in größeren Zellen bzw. als einfache Bakterien mit Zellkern (hypothetische Ribozyten). Im Laufe der Zeit reduzierten die Ribozyten ihre Organellen auf ein Minimum und verloren immer mehr von ihrer genetischen Information, bis eine auf das Minimum reduzierte Form entstand, eine sogenannte Virozelle.

Hypothese der flüchtigen DNA

Viren entstanden aus Fragmenten von körpereigenen DNA bzw. RNA, denen es sich unter bestimmten Umständen gelang, sich vom Organismus zu lösen (Virus escape).

Hypothese der Koevolution

Viren entstanden als eigenständige Formen sehr früh aus den ersten sich selbst replizierenden Molekülen und existierten parallel mit den ersten Protozoen (Virus first).

Einer weiteren Hypothese zufolge vollzog sich der Übergang vom Leben auf Basis der RNA zur DNA dank Viren. Viren, die die DNA laut dieser Hypothese als arste "erfunden" hätten, hätten die Information zwischen anderen Organismen verbreitet (Horizontaler Gentransfer). Zumindest unter den Einzellern gelten Viren als Motor der Evolution.

Die Wissenschaft, die sich mit den Viren beschäftigt, heißt Virologie.

Wissenswertes

  • Viren sind hochspezialisierte, reduzierte Lebensformen, die zu ihrem Überleben und ihrer Vermehrung absolut auf die Existenz von Zellen angewiesen sind.[1] Viren haben keinen eigenen Stoffwechsel und keinen Bewegungsapparat; ihre Zurechnung zu lebenden Mikroorganismen ist daher strittig. Bei Virenerkrankungen z.B. Grippe sind Antibiotika nutzlos.
  • Viren können auch Bakterien befallen (Bakteriophagen).
  • Viren sind die kleinsten Lebewesen, wenn man sie als solche bezeichnen kann. Ihre Größe bewegt sich zwischen 10 und 300 nm. Damit ist das kleinste Virus nur 30 Mal größer als das größte Atom.
  • Das kleinste Virus enthält drei Gene. Zum Vergleich: ein typisches Bakterium hat 3.000 Gene, ein Fadenwurm 19.000 Gene, der Mensch hat um die 30.000 Gene, und der Weizen etwa 100.000 Gene!
  • Die Viren sind in der Lage, artübergreifende Mutationen hervorzurufen (Horizontaler Gentransfer). Viren hängen sich an die DNS eines Gastorganismus, vermehren sich mit ihm und passen sich über Generationen hinweg an eine Art an, von der sie sich irgendwann lösen und andere Arten infizieren. Damit übertragen sie zugleich einige Gene des ursprünglichen Gastorganismus mit. So haben die Katzen vor 5 bis 10 Millionen Jahren irgendwo an den Küsten des Mittelmeeres das Pavianvirogen erworben. Aber auch zwischen anderen Arten kommen Genverknüpfungen vor - so zwischen Bakterien und Fischen. Es gibt sohwohl bakterienartige Gene in Fischen als auch fischartige Gene in Bakterien.[2]

Quellennachweise


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