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Allgemeine Virologie

Abstract

Viren sind infektiöse Partikel und potentielle Krankheitserreger, die obligat von einer Wirtszelle abhängig sind, um ihren Vermehrungszyklus durchlaufen zu können. Eine Infektion mit Viren verläuft in vielen Fällen asymptomatisch, wobei es zu lebenslang persistierenden Infektion kommen kann (z.B. bei Herpesviridae). Da viele infizierte Patienten das Virus schon weitergeben können bevor sie Symptome zeigen, ist eine hohe Durchseuchung möglich und eine Eindämmung aufgrund fehlender Therapien in vielen Fällen schwierig. Ein wichtiges Beispiel ist das HI-Virus, an dem weltweit ca. 34 Millionen Menschen erkrankt sind und bei dem der größte Stellenwert in der Bekämpfung der Übertragung durch Aufklärung und Prophylaxe liegt.

Grundlagen

Ein Virus ist ein obligat intrazellulärer Parasit, dessen metabolische Prozesse wie die Synthese von Proteinen von einer Wirtszelle abhängig sind. Es erfüllt damit nicht alle Kriterien des Lebens (wie z.B. einen eigenständigen Stoffwechsel). Eine Sichtbarmachung mit dem Lichtmikroskop ist bei einer Partikelgröße von maximal 300nm (Pockenvirus) nicht möglich. Die Erstbeschreibung eines Virus erfolgte durch Dmitri Iossifowitsch Iwanowski im Jahr 1892.

Aufbau

Viren vermehren sich nicht durch Zweiteilung, sondern durch Zusammenlagerung einzelner Bestandteile, die mithilfe der Wirtszelle produziert werden. Die Viren unterscheiden sich zwar in ihrer Morphologie, eine Darstellung ist aber arbeits- und zeitaufwendig und mittlerweile in der Diagnostik bekannter Erkrankungen nicht mehr üblich. Die wichtigsten Virusbausteine umfassen:

  • Genom
    • Aufbau aus RNA oder DNA
    • Einzelsträngig oder doppelsträngig
    • Polarität
  • Kapsid
  • Hülle
    • Stammt aus Wirtszelle, nicht bei jedem Virus vorhanden
  • Spikes
    • Virale Rezeptorproteine für die Adhäsion an der Wirtszelle

Viraler Lebenszyklus

Viren gelangen nach der Infektion in ihr entsprechendes Wirtsorgan , dort durchlaufen sie einen langen Replikationszyklus, an dessen Ende die Zusammenlagerung der einzelnen Bestandteile steht.

  1. Anheften (Adsorption) an der Wirtszelle: Die Infektion mit Viren ist von Oberflächenmerkmalen der Wirtszellen abhängig (z.B. infiziert das HI-Virus alle Zellen mit CD4-Oberflächenmerkmal)
  2. Eindringen (Penetration) in die Wirtszelle: Bei unbehüllten Viren durch Endozytose oder Transmembrantransport. Behüllte Viren fusionieren entweder mit der Hülle der potentiellen Wirtszelle oder dringen ebenfalls mittels Endozytose ein.
  3. Freisetzung (Uncoating) der Nukleinsäure
  4. Vermehrung (Replikation) der Nukleinsäure und Bildung von Virusproteinen
  5. Zusammenbau (Assembly) der Viruskomponenten im Anschluss an Translation und Transkription
  6. Freisetzung der Viren: Bei behüllten Viren durch Knospung, bei unbehüllten Viren mittels Wirtszelllyse

Der Zeitraum zwischen Uncoating in der Wirtszelle und der Produktion erkennbarer Viruspartikel wird Eklipse genannt

Pathogenese

Die krankmachende Wirkung des Virus kann auf das Virus selbst oder auf die ausgelöste Immunabwehr zurückzuführen sein, manchmal verläuft eine Infektion aber auch ohne Beeinträchtigung des Wirts. Neben diesen Auswirkungen viraler Infektionen bereiten Viren zusätzlich oft den Weg für anschließende bakterielle Superinfektionen. Folgende Mechanismen viraler Pathogenität können unterschieden werden:

  • Zytolyse → Bei der Freisetzung der fertigen Viren kommt es zum Untergang der Wirtszelle
  • Immunpathologische Wirtsreaktion → Das Virus selbst ist nicht zytopathogen, die zelluläre Immunantwort durch zytotoxische T-Zellen führt aber dennoch zur Zerstörung infizierter Zellen (z.B. Hepatitis B)
  • Viren können zu Funktionsmodifikation mit gesteigerter Zellproliferation oder Immortalisierung führen
  • Bei der Latenz kommt es nicht zur Beeinträchtigung der Wirtszelle, da nur eine minimale Transkription des Virusgenoms stattfindet
  • Neben der Infektion von eukaryontischen Zellen (wie z.B. menschlichen Zellen), gibt es auch Viren, die bakterielle Zellen befallen. Diese Bakteriophagen können zu einer Übertragung von genetischem Material auf das befallene Bakterium führen und übertragen so in manchen Fällen Virulenzfaktoren, die für die Infektion des Menschen relevant sind.

Diagnostik

Wichtigstes Mittel bei der Diagnostik sind serologische Untersuchungen und der Nukleinsäurenachweis. Um spezifische Mehrproduktionen erkennen zu können, sollten im Zweifel verschiedene Materialien vergleichend untersucht werden.

  • Antikörpernachweis mittels Hämagglutination oder Neutralisationstest
  • Antigennachweis mittels ELISA oder Immunfluoreszenz
  • Die PCR kann i.d.R. für alle wichtigen Viren angewendet werden. Es ist dabei ein quantitativer Nachweis der Viruslast (z.B. für HIV, HCV) sowie ein qualitativer Nachweis möglich.
  • Die Virusisolierung ist Voraussetzung von Resistenztestungen (und wird z.B. im Rahmen einer HI-Virus-Infektion eingesetzt).

Als weitere diagnostische Mittel werden auch die kulturelle Anzucht und die Elektronenmikroskopie angewendet, diese sind aber eher zeit- und arbeitsaufwendig und haben mittlerweile einen geringen Stellenwert in der Diagnostik viraler Erkrankungen.

DNA-Viren mit Hülle

Herpesviridae

Die größte Familie der behüllten DNA-Viren sind die Herpesviridae, deren humanpathogenen Subfamilien den Menschen als einziges Reservoir haben und eine hohe Durchseuchung aufweisen. Aufgrund der klinischen Bedeutung werden sie in einem gesonderten Kapitel (Herpes-Virus-Infektionen) behandelt.

Weitere behüllte DNA-Viren

(Sub‑)Familie und Besonderheiten Erkrankung

Hepadnaviridae

(Ortho‑)Poxviridae

DNA-Viren ohne Hülle

(Sub‑)Familie und Besonderheiten Erkrankung

Adenoviridae

  • Adenovirus
    • Mehr als 50 Serotypen
    • Übertragung durch kontaminiertes Wasser oder fäkal-oral
    • Die verschiedenen Serotypen befallen unterschiedliche Zellen und können nach Primärinfektion persistieren

Papillomaviridae

  • Humane Papillomaviren (HPV)
    • Unterscheidung von ca. 100 Genotypen
      • Low-Risk-Subtypen: u.a. HPV 6 und 11
      • High-Risk-Subtypen: u.a. HPV 16 und 18 (Weitere: 31, 33, 45, 52, 58 etc.)
    • Übertragung vor allem durch Geschlechtsverkehr
    • Persistiert nach Primärinfektion
    • Prävention durch aktive HPV-Impfung bei Mädchen und Jungen

Polyomaviridae

JC-Viren

  • Übertragung wahrscheinlich schon im Kindesalter
  • Persistiert nach Primärinfektion
BK-Viren
  • Übertragung im Kleinkindalter auf aerogenem Weg
  • Persistiert nach Primärinfektion
  • Polyomavirus-Nephropathie unter Immunsuppression

Parvoviridae

RNA-Viren mit Hülle

Paramyxoviridae

  • Alle hier aufgeführten Paramyxoviridae kommen nur beim Menschen vor und werden durch Tröpfcheninfektion übertragen
(Sub‑)Familie und Besonderheiten Krankheiten

Morbiliviren

Rubulaviren

Paramyxoviren
  • Parainfluenzavirus
    • Es werden bevorzugt die oberen Atemwege befallen
    • Erkrankungen sind sowohl human- als auch veterinärmedizinisch relevant

Flaviviridae

(Sub‑)Familie und Besonderheiten Krankheiten

Hepaciviren

Flaviviren

FSME-Virus
  • Reservoir des Virus sind z.B. Nagetiere
  • Vektor sind Zecken
    • Die Viren vermehren sich in den Speicheldrüsen des Vektors
    • Vorkommen der Vektoren vor allem in Europa, Russland und Asien
  • Schutzimpfung für exponierte Personen empfohlen (z.B. Waldarbeiter)

Gelbfieber-Virus

  • Reservoir des Virus sind vor allem Affen
  • Vektor sind Stechmücken
    • Nach dem Stich vermehren sich die Viren zuerst in dendritischen Zellen
    • Vorkommen vor allem in Afrika und Südamerika
  • Schutzimpfung für exponierte Personen empfohlen (Reiseimpfung)

Dengue-Virus

  • Reservoir des Virus ist der Mensch
  • Vektor sind Stechmücken
    • Vorkommen vor allem in Karibik, Südamerika, Südostasien und Ozeanien

Zikavirus

Orthomyxoviridae

(Sub‑)Familie und Besonderheiten Krankheiten

Influenzavirus

  • Drei humanpathogene Arten
  • Unterscheidung von Subtypen durch die Oberflächenantigene Hämagglutinin (H) und Neuraminidase (N)

Influenza-A-Virus

Influenza-B-Virus

  • Einziges Reservoir ist der Mensch
  • Impfung für Risikopersonen empfohlen
  • Eher mild verlaufende Grippe

Influenza-C-Virus

  • Reservoir sind Menschen und Schweine

Weitere behüllte RNA-Viren

(Sub‑)Familie und Besonderheiten Krankheiten

Rhabdoviridae

Coronaviridae

Retroviridae

  • Immundefizienz bis hin zur Entwicklung von AIDS

Bunyaviridae

Hantavirus
  • Unterschiedliche Subtypen je nach Region
  • Reservoir sind Nagetiere
  • Mehrere Übertragungswege möglich
    • Aerogen durch kontaminierte Stäube
    • Bisse von infizierten Tieren können zu einer Übertragung führen
Krim-Kongo-Virus

Arenaviridae

  • Lassa-Virus
    • Kommt vor allem in Westafrika vor
    • Reservoir sind Ratten
    • Übertragung vor allem durch virushaltige Stäube

Togaviridae

Filoviridae

  • Ebolavirus /Marburgvirus
  • Vorkommen in Zentral- und Westafrika
  • Natürliche Wirte sind höchstwahrscheinlich Flughunde und Affen

RNA-Viren ohne Hülle

Picornaviridae

Subfamilie und Besonderheiten Krankheiten

Enterovirus

  • Übertragung: Fäkal-oral

Coxsackievirus

ECHO-Virus (Enteric Cytopathogenetic Human Orphan Virus)
  • Verursachen ein breites Krankheitsspektrum
Poliovirus

Hepatitis A-Virus (HAV)

  • Hohe Durchseuchung von Wasser und Lebensmitteln vor allem in subtropischen und tropischen Regionen
  • Übertragung fäkal-oral
  • Keine Chronifizierung!
  • Schutzimpfung mit Totimpfstoff für exponierte Personen und als Reiseimpfung empfohlen

Rhinovirus

  • Mehr als 110 Serotypen
  • Sehr hohe Inzidenz
  • Übertragung durch Tröpfchen- und Schmierinfektion
  • Vermehrung beschränkt sich auf die lokale Eintrittspforte (Nasopharynx-Epithel)

Weitere unbehüllte RNA-Viren

(Sub‑)Familie und Besonderheiten Krankheiten

Astroviridae

  • Astrovirus
    • Infektiosität ist einen Tag vor und einen Tag nach der klinisch manifesten Erkrankung gegeben
    • Übertragung fäkal-oral

Reoviridae

  • Rotavirus
    • Reservoir sind neben dem Menschen vor allem Kälber und Schweine
    • Übertragung fäkal-oral
    • Besonderheiten des Genoms
    • Schutzimpfung mit Lebendimpfstoff für Kinder empfohlen

Hepeviridae

  • Hepatitis-E-Virus (HEV)
    • Wild- und Hausschweine haben wahrscheinlich Bedeutung als Reservoir
    • Übertragung fäkal-oral

Caliciviridae

  • Norovirus
    • Kommen nur beim Menschen vor
    • Übertragung fäkal-oral und durch Aerosole, die beim Erbrechen entstehen
    • Hohe Kontagiosität

Deltaviridae

Grundlagen der Therapie

Virustatika sind gegen Viren gerichtete Medikamente, die ihre Wirkung an verschiedenen Punkten des viralen Vermehrungszyklus entfalten. Durch die enge Verknüpfung der Viren mit ihrer Wirtszelle ist eine Selektivität der Medikamente nicht immer möglich, so dass es zu ausgeprägten Nebenwirkungen für den Menschen kommen kann.

Wichtige Beispiele sind:

Des Weiteren werden auch immunmodulatorische Medikamente wie Interferone eingesetzt (z.B. bei Hepatitis B).