Viren: die Vermehrung von Viren

Die Vermehrung der Viren fängt mit dem Anheften und Eindringen in die Wirtszelle an. DNA-Viren replizieren typischerweise im Zellkern der Wirtszelle, RNA-Viren replizieren hingegen in den meisten Fällen im Zytoplasma. Bei DNA-Viren wird die virale DNA direkt in die DNA der Wirtszelle integriert. Anschließend wird das virale Genprodukt mit der Transkription und Translation durch die Wirtszelle hergestellt. Danach wird das Virusgenom freigesetzt und kann weitere Zellen befallen.

Beim HI-Virus handelt es sich um ein einzelsträngiges-RNA-Retrovirus. Da es keine DNA besitzt, kann das Virusgenom, nachdem es in die Wirtszelle eingedrungen ist und das Erbmaterial freigesetzt hat, nicht direkt transkribiert werden. Das Genom muss zuerst in eine doppelsträngige DNA umgeschrieben werden. Dafür bringt das Virus das Enzym Reverse-Transkriptase in seinen Viruspartikeln mit. Erst durch die Reverse-Transkription kann das viralen Genom in das Wirtsgenom integriert werden. Danach wird das Genom wie bei einem DNA-Virus transkribiert und translatiert. Besonders für das HI-Virus ist auch, dass es zunächst lange in einem lysogenen Zyklus bleibt, bis es in einen lytischen Zyklus wechselt und die Erkrankung auftritt. Das kann bis zu 15 Jahre dauern.

Die Vermehrung der Viren durchläuft sechs Schritte:

1. Schritt: Anheftung an eine Wirtszelle 2. Schritt: Eindringen in die Wirtszelle 3. Schritt: Freisetzen des Virengenoms 4. Schritt: Vermehrung der Viren (Replikation) 5. Schritt: Neue Viren werden zusammengebaut 6. Schritt: Freisetzung der Viren

Hierbei verwenden sie die Zellen von Wirten wie Pflanzen oder Tieren, aber auch Bakterien.

Es gibt eine Vielzahl an Medikamenten um eine HIV-Infektion zu behandeln. Antivirale Medikamente können an verschiedenen Stellen des Vermehrungszyklus der Viren ansetzen, so zum Beispiel:
- Entry-Hemmer verhindern das Eindringen des Virus in die Wirtszelle.
- Reverse-Transkriptase-Hemmer unterbinden die Anpassung des Erbguts des Virus an jenes der Wirtszelle.
- Integrase-Hemmer verhindern den Einbau des Viruserbmaterials.

Bakterien sind Lebewesen, dass heißt, sie können sich eigenständig fortpflanzen. Das geschieht durch eine “normale” Zellteilung. Viren hingegen sind keine Lebewesen. Sie haben keinen eigenen Stoffwechsel und können sich auch nicht alleine fortpflanzen. Um sich zu vermehren, müssen Viren Wirtszellen infizieren. Nach der Infektion wird das Material der Wirtszelle für neue Viren genutzt.

Als Einzeller besitzen alle Bakterien eine Zellmembran. Zusätzlich haben viele Bakterienarten auch noch eine Zellwand um sich zu schützen. Sie können sich durch Zellteilung eigenständig fortpflanzen. Ihr Erbgut liegt meistens in der Form eines doppelsträngigen DNA Ringes vor. Sie besitzen alle Organelle die notwendig sind, um neue DNA zu erzeugen oder Stoffwechsel zu betreiben. Der Aufbau der Viren ist sehr einfach. Sie bestehen aus einsträngiger oder doppelsträngiger DNA oder RNA, die meist von einer Eiweißhülle umgeben ist. Auf der Oberfläche der Eiweißhülle finden sich manchmal Spikes. Viren betreiben keinen eigenständigen Stoffwechsel und können sich nicht eigenständig vermehren. Um sich zu vermehren, benötigen sie eine Wirtszelle.

Es gibt den lytischen Zyklus und den lysogenen Zyklus.

Die Vermehrung der Viren kann in insgesamt sechs Schritte eingeteilt werden:
1. Schritt: Anheften an eine Wirtszelle
2. Schritt: Eindringen in die Wirtszelle
3. Schritt: Freisetzung des Virusgenoms
4. Schritt: Vermehrung der Viren (Replikation)
5. Schritt: Zusammenbauen der Viren
6. Schritt: Freisetzung der neuen Viren

Der Begriff "Programmieren" stammt aus der Informatik. Wie ein Programmierer einen Computer dazu bringt zu machen, was er möchte, können Viren zum Beispiel andere Zellen dazu programmieren neue Viren herzustellen.

Es gibt diverse antivirale Medikamente, sogenannte Virostatika, welche die Viren hemmen. Je nach Virus kommt ein anderes Medikament zum Einsatz. Virostatika können zum Beispiel das Anheften der Viren an eine Wirtszelle verhindern, das Vervielfältigen des Virenerbguts innerhalb der Wirtszelle stoppen oder den Zusammenbau der verschiedenen Viruskomponenten zu einem neuen Virus unterbinden.

Unter bestimmten optimalen Bedingungen können sich Viren schneller vermehren als Bakterien. Bakterien vermehren sich exponentiell (durch Zellteilung) während ein Virus im lytischen Zyklus über eine einzige Wirtszelle zahlreiche Viren produzieren kann.

Die Grippeviren oder auch Influenzaviren sind einzelsträngige RNA-Viren (ssRNA). Das heißt, dass ein Virus einem komplementären RNA-Strang der mRNA entspricht. Da eine eukaryotische Zelle (inklusive der menschlichen Zelle) keine Enzyme zur Komplementierung von ssRNA besitzt, muss der Grippevirus mindesten eine Molekül einer viralen RNA-Polymerase mit in die Wirtszelle einbringen, um das komplementäre mRNA-Stück zu produzieren und die viralen Proteine und RNA zu bauen. Die Bauteile eines Virus werden dann in der Wirtszelle zusammengebaut und nach außen freigesetzt.

Wie in anderen Tieren fängt die Vermehrung der Viren in menschlichen Zellen mit dem Anheften und dem Eindringen in die Wirtszelle an. Danach wird das Virusgenom freigesetzt. Ab hier teilt sich die Vermehrung in den lytischen Zyklus und den lysogenen Zyklus auf. Bei manchen Viren kommt ausschließlich die lytische Variante vor, während andere beide Varianten benutzen. Im lytischen Zyklus wird der Zellstoffwechsel der Wirtszelle auf die Produktion von Viren umgestellt und das Protein und Genom von Viren produziert. Sind alle Bauteile des neuen Virus vorhanden, dann werden neue Viren zusammengebaut und freigesetzt. Bei diesem Prozess kann die Wirtszelle zerstört werden. Im lysogenen Zyklus integrieren die Viren ihr Genom in das Genom der Wirtszelle. Bei den folgenden Zellteilungen wird das Genom der Viren mit verdoppelt ohne die Wirtszelle zu zerstören.

Die Vermehrung der Viren fängt mit dem Anheften und Eindringen in die Wirtszelle an. Danach wird das Virusgenom freigesetzt. Ab hier teilt sich die Vermehrung in den lytischen Zyklus und den lysogenen Zyklus auf. Bei manchen Viren kommt nur die lytische Variante vor, während andere beide Varianten benutzen. Danach kommt zur Freisetzung der neuen Viren.

Wenn man Viren durch den epidemiologischen Blickwinkel anschaut, dann spricht man von der Basisreproduktionsrate. Was einen hierbei interessiert, ist der durchschnittliche Wert für das Auftreten eines sekundären Falles nach der Feststellung eines primären Falles. Es gibt keine für Viren allgemeine Vermehrungsrate. Allerdings sind die Werte von vielen krankheitserregenden Viren wie den Masern, Windpocken oder Keuchhusten bekannt.

Die Dauer hängt stark von der Virusart und der Art der Wirtszelle ab. Bei Viren ist der entscheidende Schritt für die Geschwindigkeit ihrer Vermehrung, wie lange sie von einem Wirt zum nächsten brauchen. Wenn dieser Prozess schnell geht, können sie sich sehr schnell vermehren.

Viren vermehren sich zu allen Jahreszeiten, solange sie passende Wirte finden. Die Frage wäre daher eher: Warum vermehren sich Viren im Winter schneller? Das gilt nicht für Viren im Allgemeinen, aber Viren wie Grippeviren oder Coronaviren scheinen sich im Winter schneller und umfangreicher verbreiten zu können. Für diese Viren wurde es wissenschaftlich belegt, dass die aus Lipiden geformten Außenhüllen bei Temperaturen um 0 °C und trockener Luft stabiler sind. Dadurch sind die Viren besser geschützt und so auch sicherer bei der Übertragung. Außerdem wird vermutet, dass die Schleimhaut der Atemwege bei trockener Luft anfälliger für eine Infektion ist. Ein weiterer entscheidender Punkt ist, dass sich die Menschen, als Wirte der Viren im Winter mehr in Innenräumen aufhalten, wo weniger Luftaustausch stattfindet. So können die Viruspartikel schneller einen neuen Wirt finden. Das kann man als eine höhere Wirtsdichte bezeichnen, was die Verbreitung von Viren im Winter vereinfacht.

Evolutionär gesehen kann nur das erhalten bleiben, was sich vermehrt.

Die Vermehrung von Viren findet in lebenden Wirtszellen statt.

Wie bei andere Viren auch, geschieht die Virusvermehrung bei Coronaviren in lebenden Zellen. Der COVID-19 Virus, bevorzugt hierbei bestimmte Regionen, wie den Hals-Rachen-Bereich oder die Lunge des Menschen.