Viren – Einfach erklärt

Virusdefinition

Vereinfacht gesagt sind Viren ansteckende Erreger, die zur Vermehrung eine lebende Körperzelle benötigen, also selbst zu den Parasiten zählen. Die als Wirt dienenden Zellen können von Menschen, Tieren, Pflanzen und sogar von Bakterien stammen. Aber nicht jede Virusart ist in der Lage, jeden dieser Organismen zu infizieren. Viren können auch außerhalb einer Wirtszelle existieren. Sie werden dann als Virion oder extrazelluläres Viruspartikel bezeichnet. Nur vermehren können sich die Viren so nicht.

Was genau ist ein Virus

Viren können nicht als eigenständige Lebewesen betrachtet werden, da sie keinen eigenen Stoffwechsel besitzen. Sie bestehen hauptsächlich aus genetischem Material (DNA/ Doppelstrang, oder RNA/ einsträngige Kopie) und einer Proteinhülle (Kapsid).

Viren sind auf Wirtszellen angewiesen, da ihnen wichtige, unverzichtbare Bestandteile für die Vermehrung fehlen. Sie verfügen über kein eigenes System zur Proteinsynthese. Die Herstellung von Proteinen ist jedoch für die Vermehrung und damit das langfristige Überleben eines Virusstamms unverzichtbar.

Der Aufbau von Viren

Neben den Unterschieden beim Erbgut (DNA oder RNA) können auch andere Bestandteile von Viren verschieden sein. So besitzt zum Beispiel nicht jedes Virus eine äußere Virushülle.

Allen Viren gemeinsam ist jedoch das Kapsid, eine das virale Erbgut umgebende und schützende Proteinhülle. Wie man der obigen Abbildung entnehmen kann, ist die genaue Konfiguration des Viruskapsids unterschiedlich. Einige Viren besitzen zusätzlich eine Lipidmembran, die sie von der Wirtszelle übernehmen und die das Kapsid umgibt. An der Außenhülle des Virus befinden sich Spikes (Glykoproteine), Oberflächenproteine, die für die Bindung an die Rezeptoren der Wirtszelle verantwortlich sind und so den Eintritt in die Zelle ermöglichen.

Lebenszyklus eines Virus

Viren werden von einem Organismus auf den nächsten übertragen. Dies kann von Mensch zu Mensch, von Tier zu Tier oder manchmal auch von Tier zu Mensch erfolgen. Prinzipiell ist die Übertragung über Speichelaustausch, über in den Mund gelangte Stuhlpartikel, über Blut, Sperma, Vaginalsekret oder als Tröpfcheninfektion über die Atemluft sowie über bestimmte Vektoren (z.B. tropische Mückenspezies) möglich.

Sind die Viren in ein Organ eingedrungen, durchlaufen sie dort in den Zellen einen bestimmte Abfolge von Schritten. Der erste Schritt ist die sogenannte Adsorption, das Anheften an die Wirtszelle. Nur wenn das Virus zu bestimmten Oberflächenmerkmalen der Zelle passt, kann es zur Infektion kommen.

Es folgt die sogenannte Penetration, das Eindringen ins Innere der Zelle. Dies verläuft je nach Virustyp unterschiedlich. Oft wird das Virus von der Zelle gewissermaßen geschluckt oder nach innen transportiert. In anderen Fällen verschmelzen Virus und Zelle. Der Vergleich zu einem trojanischen Pferd passt hier. Ist das Eindringen gelungen, wird im nächsten Schritt das Virusgenom freigesetzt, Uncoating genannt. Das Innere des trojanischen Pferdes kann nun die Zelle betreten.

Mit Hilfe des Proteinsynthese-Apparats der Wirtszelle kann nun die sogenannte Replikation erfolgen. Das Viruserbgut wird vermehrt, neue Virusproteine gebildet. In einer sogenannten Assembly-Phase werden alle Viruskomponenten zusammengebaut. So kann das neu gebildete Virus die Wirtszelle wieder verlassen und weitere Zellen infizieren.

Vermehrung eines Virus

Neben dem beschriebenen Lebenszyklus von Viren, einschließlich Adsorption, Penetration, Uncoating, Replikation, Assembly und Freisetzung, gibt es verschiedene Vermehrungsstrategien von DNA- und RNA-Viren sowie Unterschiede zwischen lytischen und lysogenen Zyklen. Die Mechanismen, durch die Viren ihre Wirtszellen nutzen, sind vielfältig.

Es ist wichtig, zwischen der Replikation von Bakteriophagen (Viren, die Bakterien infizieren) und eukaryotischen Viren (Viren, die eukaryotische Zellen infizieren) zu unterscheiden. Eukaryoten können sowohl einzellig als auch mehrzellig sein und umfassen Pflanzen, Tiere, Pilze und Protozoen.

Sobald sich ein Virus in einer bakteriellen Wirtszelle befindet, gibt es zwei Vermehrungswege: Erstens den lytischer Zyklus, der bei DNA-Schäden oder anderen Stressfaktoren auftritt. Der Bakteriophage übernimmt hier die Transkriptions- und Translationsmaschinerie der Wirtszelle. Zweitens werden im lysogenen oder gemäßigten Zyklus Bakteriophagengene in das bakterielle Wirtsgenom eingebaut. Das Phagengenom wird dann in einem gutartigen, ruhenden Zustand repliziert: Das Phagengenom kann exprimiert werden, wenn die Bakterienzelle gestresst ist (z.B. bei Nährstoffmangel).

Alle DNA-Viren vermehren sich im Zellkern (mit Ausnahme des Poxvirus).  Während alle RNA-Viren sich im Zytoplasma vermehren (mit Ausnahme von Influenza- und Retroviren).

Viren und Bakterien - was ist der Unterschied

Viren und Bakterien können sehr ähnliche Krankheitssymptome auslösen. In Aufbau und Beschaffenheit bestehen zwischen den beiden Erregergruppen jedoch deutliche Unterschiede. Das ist wichtig zu wissen, weil sich daraus völlig unterschiedliche Behandlungen ergeben.

Anders als Viren sind Bakterien kleine, einzellige Organismen. Daher können sich Bakterien unter geeigneten Umgebungsbedingungen auch außerhalb eines anderen Organismus vermehren – im Gegensatz zu den Viren. Ein wesentlicher Unterschied zwischen Bakterien und Menschen, Tieren und Pflanzen ist, dass sie keinen Zellkern besitzen.

Nicht alle Bakterien machen uns krank. Im Gegenteil: Viele Bakterienstämme sind für uns Menschen essentiell und wichtiger Bestandteil einer gesunden Darm- und Hautflora.

Mutation von Viren

Viren können sich durch Mutationen in ihrem Erbgut verändern. Wenn in der oben beschriebenen Replikationsphase Fehler auftreten, können kleine Erbgutveränderungen entstehen. In den allermeisten Fällen führt dies zur Funktionsunfähigkeit des Virus. Dennoch sind Mutationen für das langfristige Fortbestehen der Virusnachkommen hilfreich. So können Varianten des Virus entstehen, die möglicherweise erschwerten Bedingungen trotzen können.

Ein gutes Beispiel hierfür ist das Coronavirus. Die Omikron-Mutation des SARS-CoV-2-Virus weist allein im Spike-Protein über 30 Mutationen auf, davon 10 in dem Bereich, der an die Körperzellen andockt und so das Eindringen in die Zelle ermöglicht. In der Summe macht es das Omikron Virus leichter, dem Immunsystem per Immun-Escape zu entgehen und selbst Geimpfte oder Genesene erneut anzustecken.

Es ist auch möglich, dass ein Organismus zeitgleich von zwei verschiedenen Virusstämmen infiziert wird - beispielsweise beim Grippevirus. In diesem Fall können ganze Genabschnitte ausgetauscht werden, wodurch ein völlig neuer Subtyp entsteht. Man bezeichnet das als Antigenshift.

Omikron-Variante des Coronavirus

Das Coronavirus SARS-CoV-2 ist ein RNA-Virus, das über eine Virushülle verfügt. Es hat genetisch die größte Ähnlichkeit zu zwei anderen Coronaviren, die nur bei Fledermäusen vorkommen. Daher kommen Fledermäuse als ursprüngliche Quelle von SARS-CoV-2 infrage, aber es könnte noch einen Zwischenwirt gegeben haben.

Das Oberflächenmerkmal der Zellen, an die sich SARS-CoV-2 anheften kann (Adsorption), ist das sogenannte Angiotensin-konvertierende Enzym 2 (ACE2). Die Anheftung erfolgt dabei über das Spike-Protein des Coronavirus. Die vielen Mutationen im Spike-Protein bei Omikron sind ein wesentlicher Grund für die erhöhte Übertragbarkeit und die insgesamt geringe Empfindlichkeit gegenüber neutralisierenden Antikörpern.

Im Vergleich zu vorherigen Varianten vermehrt sich Omikron deutlich schneller. Das Risiko, schwer an einer Corona-Infektion zu erkranken, ist mit Omikron aber deutlich gesunken. Dies ist dennoch weiterhin möglich – insbesondere fürRisikogruppen und ungeimpfte Personen.

Andere häufige Virusarten

Viren haben im Aufbau viele Gemeinsamkeiten, aber es gibt auch zahlreiche Unterschiede. Dies betrifft vor allem, auf welchem Wege sie übertragen werden, welches Organsystem sie befallen und welche Krankheitszeichen sie verursachen.

Folgend eine Übersicht über einige der global wichtigsten Virusarten. Hierzu zählen das Epstein-Barr-Virus, das Ebola-Virus, dieHumanen Papillomaviren, das Zika-Virus, das Norovirus, das Hantavirus, die Hepatitis-Viren, das HI-Virus (Informationen zu den neuesten Entwicklungen bei derHIV-Impfung finden Sie hier), Influenza-Viren und nicht zuletzt Herpes-Simplex-Viren:

Infektionskrankheiten

Übertragungswege und Präventionsmaßnahmen

Zu den diversen Übertragungswegen von Viren, wie Tröpfcheninfektion, Schmierinfektion, Blutkontakt und sexuelle Übertragung kommen globale Gesundheitsbedrohungen wie beispielsweise das Zika- oder West-Nil-Virus, das durch Mücken übertragen wird. Dazu kommen neu auftretende Übertragungswege oder Vektoren.

Zu den wirksamsten präventiven Maßnahmen gegen Virusinfektionen gehören Hygienemaßnahmen und Impfungen. Neben dem Ziel einer Impfung, die geimpfte Person vor einer ansteckenden Krankheit zu schützen, geht es auch darum, einen schweren Krankheitsverlauf und mögliche Folgekrankheiten zu verhindern. Wie uns die Corona Pandemie gezeigt hat, können auch Empfehlungen für bestimmte Verhaltensweisen, wie soziale Distanzierung und das Tragen von Masken, helfen, uns zu schützen.

Symptome und Behandlung

Da viele Viruserkrankungen mit ernstzunehmenden Krankheitsfolgen einhergehen, stellt sich die Frage nach den Behandlungsmöglichkeiten. Grundsätzlich wird unterschieden zwischen Therapien, die auf die Linderung der hervorgerufenen Symptome abzielen, und solchen, die sich gegen das Virus selbst richten, also die eigentliche Ursache bekämpfen.

Bei den meisten Viren besteht aktuell nur die Möglichkeit, bei stärkeren Beschwerden diese symptomatisch zu behandeln. Dies gilt für die meisten Erkältungsviren, bei denen die Symptome zwar rasch auftreten, aber auch schnell wieder abklingen. Mit Medikamenten wie Paracetamol lässt sich etwaiges Fieber senken. Die Viren zu stoppen, gelingt aktuell noch nicht.

In bestimmten Fällen gibt es Medikamente, mit denen das Virus gezielt bekämpft werden kann. Das sind die sogenannten Virustatika. Diese wirken präventiv. Sie können das Virus daran hindern, sich im Körper zu vermehren. Ist dies jedoch bereits geschehen, nimmt die virale Erkrankung ihren Lauf.

Die Präparate zielen auf unterschiedliche Schritte im Lebenszyklus von Viren ab. Manche verhindern, dass sich das Virus an die Wirtszelle anheftet und in sie eindringt, andere das Freisetzen und Ablesen des viralen Genoms. Einige stören den Zusammenbau der Virusbestandteile und wieder andere verhindern die Ausschleusung und Freisetzung neuer Viren aus der Wirtszelle. Die Entscheidung, ob es ein passendes Präparat gibt und eine Behandlung damit sinnvoll ist, treffen Betroffene am besten gemeinsam mit den Hausärzt:innen.