Mikrobiologie (Subject) / Virologie (Lesson)

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• Begriffe "Viren" und "Virion" infektiöse Partikel mit nur einer Nucleinsäure (DNA oder RNA) => KEINE Lebewesen!!! von Proteinhülle (Capsid) umgeben manche Viren haben weitere Hüllen (Proteine, Lipide, Polysaccharide) Nucleinsäure + Capsid => "Nucleocapsid" "Virion" => gesamter Viruspartikel (Nucleinsäuren + Hüllen) auf seinem Weg zu einer neuen Zielzelle (Wirtszelle), inaktives extrazelluläres Stadium zur Vermehrung auf den Stoffwechsel der Wirtszelle angewiesen, benutzt Metabolismus der Wirtszelle zum Wachstum meist sehr wirtsspezifisch Größe 20-300 nm, zT. weniger als 5 Gene!!  
• Nach welchen 4 Gesichtspunkten können Viren eingeteilt werden? - mit oder ohne Hülle (stammt von der Wirtszelle) - DNA- oder RNA-Genome - einzelsträngige (ss) oder doppelsträngige (ds) DNA bzw. RNA - Wirt: Bakterienviren (=Bakteriophagen), Pflanzenviren, Tierviren, Viren von Algen, Pilzen, Protozoen
• In welcher Form können Nucleinsäuren in Viren vorkommen? DNA (linear oder ringförmig) ds DNA: Schnupfen (Adeno), Herpes, Pocken ss DNA: Parvo (Ringelröteln) ds DNA mit RNA-Zwischenschritt: Hepadna (Hepatitis B), ... RNA (meist linear) ds RNA: Reo (Rotaviren), Birna (div. Tierkrankheiten), ... ss RNA positiv (+): Picorna (MKS), Calici (Katzenschnupfen), Corona (SARS), ... ss RNA negativ (-): Rhabto (Tollwut), Figo (Marburg, Ebola), Borna (neuropsychiatrische Krankheiten) ss RNA positiv (+) gerichtet mit DNA-Zwischenschritt: Retro (HIV, Onkoviren)
• Welche 3 Formen von Capsiden kennen Sie? kugelförmig: icosahedrale Struktur => 20 Flächen aus gleichseitigen Dreiecken stäbchenförmig: Zylinderform, helicale Symmetrie unregelmäßige Formen
• Lebenszyklus von Viren (Überblick) Initiation Anlagerung Eindringen Freisetzen der Nucleinsäure Replikation Genomreplikation Transkription Proteinsynthese (Translation) Ausschleusung Zusammenbau Freisetzung der Viren Reifung (Virus wird infektiös) Reifung (Morphogenese)
• Anlagerung und Eindringen von Viren in Wirtszellen Anlagerung (Attachment) Virus hat spezielle Bindungsproteine für zelluäre Rezeptoren (wirtsspezifisch) Eindringen (Penetration) Endozytose: Einschließen des Virus in eine Vakuole -> Auflösen dieser mittels Lysosomen -> Entlassen des Virus ins Cytoplasma (behüllte Viren) bzw. Freisetzen der viralen Nukleinsäure (unbehüllte Viren) Fusion: Virushülle bindet sich mit der Zellmembran -> Freisetzen des Virus als Nukleocapsid (also ohne Hülle) ins Cytoplasma Translokalisierung: Durchschleusen des ganzen, nichtbehüllten Virus durch die Zellmembran direkt ins Cytoplasma
• Replikation von Viren Genomreplikation Mechanismus abhängig von der Art und Konformation der Nukleinsäure Transkription Das Umschreiben einer Nukleinsäure in eine RNA mittels einer RNA-Polymerase Proteinsynthese (Translation) virale Proteine werden durch die Synthese-Maschinerie der Wirtszellen synthetisiert (Synthese der Wirtsproteine wird z.T. fast komplett unterdrückt), Produktion von viralen Strukturproteinen und viralen Funktionsproteinen (Enzyme)
• Ausschleusung aus der Wirtszelle und Reifung von Viren Ausschleusung: Selbstzusammenbau: Spontane Aggregation Gerüst-induzierter Zusammenbau Vorläuferprotein-Modifikation Freisetzung (Einwicklen, Knospung) Behüllte Viren brauchen noch Bausteine der Zelle für die Hülle Unbehüllte Viren warten bis der Zelltod eintritt bzw. töten die Zelle um sich zu befreien Reifung (Morphogenese): das finale Stadium => Virus wird infektiös manchmal in der Wirtszelle, manchmal nach Ausschleusung Strukturveränderungen im Partikel virale Proteasen aber auch zelluläre Enzyme des Wirtes sind involviert
• Analytik (Nachweis, Zählung, Vermehrung) von Viren Vermehrung (Anreicherung zum Nachweis nötig): pflanzliche und tierische Zellkultur Hühnereiembryo, Säugetiere Bakterienkulturen Nachweis: serologische, immunologische Tests (Antigen) elektronenmikroskopisch Zellkulturen, z.T. Tierversuche notwendig DNA/RNA-Sonden PCR-Technik "diagnostisches Fenster" Zählung: Titer-Methoden Plaque-Tests (Zählung der Löcher im Bakterienrasen)
• Infektionswege und die Folgen einer viralen Infektion direkte/indirekte Infektion durch Vektoren: Insektenstiche/ -bisse Bissverletzungen durch kranke Haus- und Nutztiere kontaminierte Spritzen und chirurgische Bestecke Wasser-, LM- und FM-Kontaminationen (über Verdauungstrakt) Haut- und Schleimhautkontakt (v.a. bei Verletzungen) Körperflüssigkeiten und Bluttransfusionen Verdauungs- und Ausscheidungsprodukte (Schmierinfektion) Aerosolübertragung (Atemwege => Lunge) Folgen: akute Erkrankung chronische Erkrankung Sekundär-/ Spätfolgen Immunität Ausheilung (temporär oder lebenslang)
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• Wie kann man sich vor einer Viruserkrankung schützen? Expositionsprophylaxe Impfung aktive Immunität passive Immunität Quarantäne oder Keulung von infizierten/kranken Tieren Quarantäne von infektiösen Personen (Marburg, Ebola,...) Hygiene-Maßnahmen (z.B. Import-Verbot) Bekämpfung von Virusüberträgern (Mücken, Zecken, Nagetiere,...) antivirale Therapeutika (erst wenige Mittel im Einsatz)
• Beispiele für virusbedingte Erkrankungen beim Menschen Picorna-Viren: MKS, Kinderlähmung, Hepatitis A Rheo-Viren: Enteritis, Bluetongue Rhabto-Viren: Tollwut Toga-Viren: FSME, Röteln Retro-Viren: Tumore, HIV Orthomyxo-Viren: Influenza Paramyxo-Viren: Masern, Mumps, Staupe
• Tierpathogene Viren Picorna-Viren: MKS Rheo-Viren: Bluetongue Rhabto-Viren: Tollwut  
• Folgen einer Virusinfektion bei Mensch und Tier Transformation zu Tumorzellen Lyse: Tod der Zelle und Freisetzung des Virus Persistierende Infektion: langsame Virusfreisetzung ohne Zelltod Latente Infektion: schadet anfangs nicht, dann lytische Infektion
• Was sind Bakteriophagen? Viren mit Bakterien als Wirtszelle (Bakterium stirbt ab!) kommen in den natürlichen Lebensräumen der Bakterien vor (z.B. Boden) mehr als 800 bekannte Phagen ausgeprägte Wirtsspezifität vorwiegend lineare ds oder ss DNA (auch ss RNA) vielgestaltige Morphologie zylindrische-fadenförmig oder kubisch mit oder ohne Sporn in Bezug auf den Zelltod virulente Phagen: Zelltod unmittelbar temperente Phagen: Zelltod erst in späterer Generation möglich
• Wozu kann man Bakteriophagen gezielt einsetzen? Gegenspieler von Bakterien (Bekämpfung von technologisch schädlichen oder pathogenen Bakterien; in der Natur ökologischer Kontrollmechanismus) Vektor für "genetic engineering" spezifischer Nachweis von Bakterien
• Lebenszyklus eines virulenten Phagen Adsorptionsphase: Phagen erkennen mit Tentakeln passende Bakterien, Anheftung mit Spikes Penetrationsphase: Erzeugung eines Lochs in der Bakterienzellwand, Injektion der Phagen-DNA durch Spornkontraktion Synthesephase (Latenzperiode): Stoffwechsel der befallenen Zelle wird zum Aufbau von Phagenpartikeln umfunktioniert, Synthese von Phagenenzymen, dann DNA und Strukturelementen Morphogenese (Reifung): Zusammenbau der Phagen aus den Einzelteilen Lysis der Bakterienzelle: Freisetzung von ~ 100-1000 neuen Phagen nach ca. 25-30 min.
• Lebenszyklus eines temperenten Phagen Adsorptionsphase Penetrationsphase Integration der Phagen-DNA in das Bakterienchromosom ("Prophage") Blockierung des Prophagen: Anlagerung eines "Repressors" zur Blockierung der Information, Bakterienzelle jetzt aber in einem "lysogenen" Zustand Weiteres Schicksal der lysogenen Zelle: bei Zellteilung wird der Prophage weitergegeben (Lysogenie vererbt) wenn die Phage Fremdgene mitgebracht hat -> ggf. Erwerb neuer Eigenschaften für die Bakterienzelle Ausgliederung nach Induktion - dadurch Übergang in virulenten Phagen -> sofortiger Zelltod in seltenen Fällen "Ausheilung" der Zelle durch Phagen-Verlust/Ausgliederung, zB Lambda-Phage von E.coli
• Welche Bedeutung haben Bakteriophagen für LM- und Fermentationsindustrie? Verhinderung des Überhandnehmens von Bakterienpopulationen i.d. Natur (Kontrollmechanismus) spezifische Bekämpfung von Bakterien (zB Listerien in Käse) große Gefahr für Fermentationsindustrie (Milchwirtschaft, Biotechnologie,...): wertvolle Starterkulturen und Produktionsstämme werden spezifisch lysiert => Produktionsausfälle; Verhinderung durch gutes Hygiene- und Kulturmanagement
• Problematik der Pflanzenviren Infektion passiv durch kleine Wunden oder über Vektoren (zB Insekten) Folgen: Nekrosen, meist aber systemischer Befall Bekämpfung sehr schwierig: Züchtung (virusfreie, virusresistente Sorten), Diagnose und Eliminierung von befallenen Pflanzen Nr. 2 der Schadorganismen bei Pflanzen (nach Pilzen)
• Viroide: Definition und Bedeutung befallen Pflanzen => Pflanzenkrankheiten kleine, ringförmige RNA-Moleküle kleinste bekannte Pathogene keine Proteine codiert => Vermehrung hängt total vom Wirt ab Symptome: keine/geringfügig bis tödlich stammen vermutlich von regulatorischen RNAs ab => haben im Lauf der Evolution ihre konstruktive Rolle verloren => katalysieren nun zerstörerische Vorgänge in der Zelle zB. PSTV - potatoe spindle tuber viroid, Kokosnuss-Cadang-Cadang-Viroid

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