Viren - Verwandlungskünstler aus dem Zwergenreich

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20.12.2013
von Annett Zündorf | Klett MINT | #mintmagazin

Viren - Verwandlungskünstler aus dem Zwergenreich

Viren sind so winzig, dass sie mit bloßem Auge nicht zu erkennen sind. Trotzdem oder gerade deswegen sind sie extrem gefährlich: Sie können Krankheiten auslösen, für die es keine Therapien gibt.

Die Schwierigkeiten mit den Viren beginnen schon bei der Definition. Was sind diese nur wenige Nanometer kleinen Nukleinsäure-Schnipsel, die – verpackt in eine Eiweißhülle – durch Luft, Blut oder Wasser zum nächsten Wirt sausen, um dort Schaden anzurichten? Gehören sie wie die Bakterien zu den Mikroorganismen?

 

Leben sie überhaupt?

Selbst Biologen sind sich nicht einig. „Die meisten sprechen erst dann von Leben, wenn Fortpflanzung, Stoffwechsel und die Fähigkeit zur Veränderung vorhanden sind“, erklärt Dr. Ulrich Kuhnt, Neurophysiologe vom Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie. Und auch wenn Viren sich in rasender Geschwindigkeit vermehren können, so schaffen sie es nie allein. Sie brauchen eine Wirtszelle, in die sie eindringen und deren Stoffwechsel sie benutzen. Denn kein Virus ist in der Lage, ohne Ribosomen Proteine zu bilden oder selber Energie zu erzeugen und zu speichern.

Als Wirte dienen den Viren Eukaryoten wie Pflanzen, Tiere und Menschen. Aber auch die prokaryotischen Bakterien werden von Viren befallen, welche dann Bakteriophagen genannt werden. „Man hat mittlerweile sogar Virophagen gefunden. Das sind Viren, die andere Viren befallen und im Doppelpack mit ihnen in eine Wirtszelle eindringen“, sagt Kuhnt.

 

Stille Zerstörer

Kaum sind Viren in der Wirtszelle angekommen, richten sie immensen Schaden an. Menschen erkranken dann an Grippe oder Schnupfen, Masern oder Hepatitis, Kinderlähmung oder HIV. Medikamente gegen die Störenfriede herzustellen ist schwierig, denn Viren sind Verwandlungskünstler der besonderen Art. Sie docken über spezielle Rezeptoren an ihre Wirtszelle an, schleusen dann ihre Erbinformation ein. Je nach Virentyp kann es sich dabei um DNA oder RNA handeln, sie kann kreis- oder fadenförmig, einzel- oder doppelsträngig vorliegen. Kaum angekommen, übernimmt die Virus-Nukleinsäure das Kommando in der Zelle, beeinflusst sie so, dass DNA oder RNA und Proteine für neue Viren hergestellt werden. Irgendwann platzt die Wirtszelle, eine riesige Anzahl frischer Viren wird frei und kann jetzt andere Zellen befallen.

Dabei treten bei den meisten Viren permanent Mutationen auf. „Die Virus-Polymerase baut ständig Fehler ein“, sagt Benedikt Weißbrich, Leiter des Labors für Virusdia­gnostik am Institut für Virologie und Immunbiologie der Uni Würzburg. Beim HI-Virus enthält etwa jedes 10.000. neue Genom einen Fehler. „Die eingebauten Fehler erweisen sich für die Viren häufig als Sackgasse. Aber es entstehen auch erfolgreiche Typen, die es schaffen, sich an der Immunabwehr des Wirtes vorbeizuschleichen.“

 

Schwierige Arzneimittelforschung

Genau das ist das Problem für Pharmaforscher. Für HIV-Infizierte wurden Medikamente entwickelt, die Viren am Eindringen in die Zelle hindern oder sie hemmen verschiedene Enzyme in der Zelle, so dass sie nicht zur Virenherstellung verwendet werden können. Durch die Vielfalt der Medikamente kann der Ausbruch von AIDS meist verhindert werden, da sich je nach Erregertyp ein passendes Mittel findet. Allerdings müssen Infizierte die Medikamente ihr Leben lang einnehmen, denn diese beseitigen die Viren nicht, sie halten sie nur unter Kontrolle. Ohne Medikamente würden sich die Viren erneut ungebremst vermehren.

Aciclovir wird bei Herpeserkrankungen eingesetzt – es hemmt die Replikation der DNA, indem die Virus-Polymerase verkehrte Bausteine einbaut. Doch für viele andere Viruserkrankungen gibt es keine Medikamente. Zum einen helfen Virostatika – die antiviralen Arzneimittel – oft nur zu Beginn einer Infektion. Sind z.B. Masern einmal ausgebrochen, ist es schon zu spät für eine Behandlung. Zum anderen können Virostatika auch die Wirtszelle schädigen und zum Teil schwere Nebenwirkungen verursachen.

Seit vielen Jahren setzen Ärzte und Forscher deshalb auf das Impfen. Bei der Impfung erhält der Körper eine Dosis abgeschwächter Erreger oder Teile des Virus gespritzt, das Immunsystem erkennt die neuen Feinde und bildet Antikörper. Diese bleiben lange, manche ein Leben lang, aktiv. Sobald ein bekannter Feind eindringt, wird er von Antikörpern weggefangen. Der Geimpfte­ ist immun gegen diese Krankheit.

 

Impfen oder nicht?

„Auf diesem Weg wurde beispielsweise die Kinderlähmung fast ausgerottet“, erinnert Kuhnt. Auch die Masern versucht man seit vielen Jahren auszurotten. Immer wieder kommt es weltweit zu Epidemien mit Toten. „Um einen vollständigen Schutz der Bevölkerung zu garantieren, müssen 95 Prozent zweimal geimpft sein. In Deutschland sind aber nur etwa 90 Prozent zweimal geimpft. Dadurch können sich Infektketten bilden und viele Menschen stecken sich an“, erklärt Weißbrich. Warum sind nicht mehr geimpft?

Vor einigen Jahren erregte der britische Arzt Andrew Wakefield Aufsehen mit einer Studie, nach der Kinder, die eine Kombinationsimpfung gegen Masern, Mumps und Röteln erhalten hatten, häufiger an Autismus erkrankten. Längst wurde diese These widerlegt und Wakefield wegen unethischer Forschungsmethoden die Zulassung als Arzt entzogen. Trotzdem gibt es Eltern, die ihre Kinder nicht impfen lassen, sondern lieber an „Maser-Partys“ teilnehmen, damit sich die Kleinen anstecken, erkranken und immun werden.

Rund ein Zehntel aller Krebsfälle weltweit werden durch Onkoviren verursacht. Die Parasiten animieren die Zelle zu unkontrolliertem Wachstum. „Hepatitis-B ist eine Ursache für Krebs der Leberzellen, Papillomaviren können Gebärmutterhalskrebs auslösen“, erklärt Weißbrich.

Zur Gruppe der Papillomaviren gehören etwa 100 verschiedene Typen. Sie werden beim Geschlechtsverkehr übertragen und infizieren Schleimhautzellen. Daraus können harmlose Feigwarzen entstehen oder aber bösartige Veränderungen, die bei Frauen Sterilität oder gar den Tod verursachen. Medikamente gibt es nicht. Deshalb rät die ständige Impfkommission Mädchen zwischen zwölf und 17 Jahren zur Impfung. „Damit ist man vor den Haupterregern geschützt“, sagt Weißbrich.

Und die vielen anderen Viren? „Forscher entwickeln gerade neue Medikamentenklassen. Da sehe ich ein großes Potenzial für die nächsten Jahre“, prognostiziert Weißbrich.

 

Abiwissen Biologie

Retroviren

Retroviren sind Virentypen, die als Erbgut einsträngige RNA tragen. Diese wird nach dem Eindringen in die Wirtszelle mit Hilfe des Enzyms Reverse Transkriptase in DNA umgeschrieben und mittels einer Integrase ins Genom des Wirts eingebaut. Zu den Retroviren gehört der HI-Virus. Die virale reverse Transkriptase besitzt keine Korrekturfunktion. Dadurch kommt es häufig zu Fehlern. Diese hohe Mutationsrate trägt dazu bei, dass beispielsweise die Bekämpfung von HIV so schwierig ist. Die Hemmung der reversen Transkriptase ist ein Ansatzpunkt der HIV-Kombitherapie.

 

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