Viren?

Im Prinzip sind Viren kaum mehr als eine Ladung Erbgut, umgeben von einer schützenden Proteinhülle. Sie sind die Minimalisten im Reich der Natur. Im Vergleich zur Komplexität einer lebenden Zelle ist ihr simpler Aufbau wie eine Hundehütte verglichen mit der Sixtinischen Kapelle. Doch das macht Viren nicht weniger effizient und erfolgreich – im Gegenteil.

Influenza-Virus
Bei Influenzaviren besteht das Erbgut aus RNA. © CDC

Variantenreiches Erbgut

Viren sind perfekt an ihren Daseinszweck angepasst – sie bringen genau die Ausrüstung mit, die sie für ihre Vermehrung und damit für das Weiterbestehen ihrer Art benötigen. Allen Viren gemeinsam ein Erbgut, das die Bauanleitung für die aus Proteinen bestehende Virenhülle sowie für wichtige Enzyme des Virus birgt. Die Größe des Genoms ist dabei je nach Virenart extrem verschieden – die Spanne reicht von Bakteriophagen mit nur rund 3.500 Basen oder Polioviren mit 7.500 Basen bis zu Riesenviren mit 1,2 Millionen Basen.

Im Gegensatz zu allen echten Organismen, deren genetischer Code über das Erbmolekül DNA weitergegeben wird, ist das Erbgut von Viren extrem variabel: Je nach Virentyp kann es aus DNA oder RNA bestehen und auch Einzelstränge oder aber Doppelsträngen aufgebaut sein. Zu den DNA-Viren gehören unter anderem Herpesviren, Papillomaviren und auch das Pockenvirus.

Unter den RNA-Viren sind besonders viele Erreger gefährlicher und weit verbreiteter Infektionskrankheiten – auch das neue Coronavirus SARS-CoV-2, sowie EbolaMasern und Influenzagehören in diese Gruppe. Außerdem sind viele von Mücken oder Zecken übertragene Krankheiten von RNA-Viren verursacht, darunter Dengue, ZikaWest-Nil-Fieber oder Gelbfieber. Auch der Erreger von Aids, das HI-Virus, besitzt als Erbgut RNA.

Effizient konstruierte Schutzkapsel

Die zweite bei allen Viren vorhandene Komponente ist die Virenkapsel, das Kapsid. Sie umhüllt das Virenerbgut und besteht aus mehrfachen Kopien eines oder weniger Proteine. Dadurch ist die komplette Kapsid-Bauanleitung kurz und lässt sich platzsparend im Genom der Viren unterbringen. Ein Nachteil dieser effizienten Konstruktion ist es allerdings, dass sich die Proteinzusammensetzung des Kapsids nicht so leicht ändert – Viren mit nur ihrem Kapsid als Außenhülle können sich daher weniger gut an neue Wirte anpassen.

Poliovirus
Das Kapsid des Poliovirus besteht aus 60 Kopien von vier Proteinen. © CDC/ Sarah Poser

Auch die Anordnung der Proteine im Kapsid ist ein Beispiel für die Effizienz der Natur: In der Regel bilden die Proteine ein Muster sich wiederholender identischer Grundeinheiten, aus denen sich dann die symmetrische Virenkapsel ergibt. In der einfachsten Form bilden die Proteine scheibenartige Einheiten, die sich zu einer Helix zusammenlagern und das Virenerbgut in ihrem Innern einschließen. Zu den Viren mit einem solche helikalen Kapsid gehören das Tabakmosaikvirus, aber auch Influenzaviren, Masernviren oder das Tollwutvirus.

Die zweite, sehr häufige Kapsidform ist ein Ikosaeder – eine 20-flächiges Gebilde, das aus dreieckigen Grundeinheiten aus jeweils drei gleichen Proteinen aufgebaut ist. Je nach Virentyp setzt sich das Ikosaeder aus 20 solcher Dreiereinheiten oder deren Vielfachen zusammen. Zu den einfachsten und kleinsten Viren mit diesem Kapsid gehören das Poliovirus und die Rhinoviren – die Erreger, die bei uns am häufigsten den klassischen Schnupfen auslösen. Ihr Kapsid besteht aus vier verschiedenen Proteinen, die jeweils 20 dieser Dreier-Grundeinheiten bilden.

Virenhülle Influenza
Die Virenhülle – hier beim Influenzavirus – besteht aus einer Lipidmembran, in der Hüllproteine sitzen. © CDC

Geklaute Hülle

Doch das ist noch nicht alles: Viele als Epidemie-Auslöser gefürchtete Viren – darunter auch das Coronavirus SARS-CoV-2 – besitzen neben Erbgut und Kapsid noch eine dritte Komponente – die Virenhülle. Sie besteht wie die Membran unserer Zellen aus einer Doppellipidmembran, in die Proteine eingelagert sind. Diese Hülle umgibt das Nukleokapsid und schirmt so das Innenleben des Virus vor der Außenwelt ab.

Der Clou dabei: Die meisten behüllten Viren besorgen sich ihre Virenhülle, indem sie einfach durch die Zellmembran hindurchknospen und dabei ein Stück davon um sich wickeln – ergänzt durch zuvor von der Wirtszelle hergestellten viralen Proteinen. Das bedeutet, dass die Viren sich eine eigene Bauanleitung für die Doppellipidmembran sparen können – sie klauen sich die Hülle einfach. Umgekehrt erleichtert die Membranhülle es diesen Viren, in die Zelle einzutreten, denn ihre Hülle kann einfach wieder mit der Zellmembran verschmelzen und so das erbgutgefüllte Kapsid in den Innenraum freisetzen.

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