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Viren – lytischer und lysogener Zyklus 06:37 min

Textversion des Videos

Transkript Viren – lytischer und lysogener Zyklus

Hallo! Willkommen zum Video mit dem Thema: Viren – lytischer und lysogener Zyklus. In diesem Video lernst du zwei verschiedene Arten der Vermehrung von Viren kennen. Wir besprechen zuerst den lytischen Zyklus am Beispiel der T4-Phage. Danach wird der lysogene Zyklus der λ-Phage dargestellt. Um das Video optimal zu verstehen, solltest du folgendes Vorwissen haben: Du solltest wissen, was ein Virus ist und wie sich Viren grundsätzlich von Bakterien unterscheiden. Du solltest auch bereits davon gehört haben, was Phagen sind: nämlich Viren, die Bakterien befallen. Wie du hoffentlich bereits weißt, sind Viren auf Wirtszellen angewiesen. Die Vermehrung findet innerhalb der Wirtszelle statt. Wir besprechen zuerst den lytischen Zyklus. Dieser wird von den sogenannten virulenten Phagen durchgeführt, zum Beispiel die sogenannte T4-Phage. Sie besteht aus einer Proteinhülle, dem Kapsid, und Erbmaterial. Im Kopf ist die DNA enthalten. Die Phage verfügt außerdem über ein Schwanzrohr, Schwanzfasern und Spikes zum Anheften an der Wirtszelle. Unter dem lytischen Zyklus versteht man den Vermehrungszyklus von virulenten Phagen, bei dem das Bakterium lysiert wird. Das heißt, das Bakterium wird im letzten Stadium des Vermehrungszyklus zum Platzen gebracht. Es kommt somit zum Tod des Bakteriums. Das bakterielle, ringförmige Chromosom ist hier rot dargestellt. Wir besprechen nun die Einzelschritte des lytischen Zyklus der T4-Phage. Der erste Schritt ist die Adsorption. Hierbei benutzt die Phage ihre Schwanzfasern, um an bestimmten Rezeptoren, also Proteinen, an der Oberfläche anzuheften. Als nächstes findet die Injektion der DNA in die Bakterienzelle statt. Hierfür wird durch eine Art „Schwanzstift“ ein Loch in die Wand und Membran der Bakterienzelle gestochen. Die virale DNA wird in das Bakterium eingeschleust. Nun kommt es zu einer Umprogrammierung der Bakterienzelle. Es kommt zum enzymatischen Abbau der DNA des Wirts, also des Bakterienchromosoms. In der Wirtszelle findet die Phagenproduktion statt. Da Viren keinen eigenen Stoffwechsel aufweisen, wird die Bakterienzelle dazu veranlasst, erst die virale DNA zu replizieren und danach die viralen Proteine herzustellen, die dann zu neuen Phagen zusammengebaut werden. Im letzten Stadium kommt es zur Produktion eines Enzyms, das die Zellwand abbaut. Die Bakterienzelle platzt. Man spricht von einer Lyse. Dabei werden viele neue Phagen freigesetzt. Jede von ihnen kann nun wieder eine andere Bakterienzelle infizieren und der Zyklus fängt von vorne an. Schauen wir uns jetzt den lysogenen Zyklus an. Dieser findet bei den sogenannten temperenten Viren oder temperenten Phagen statt. Wir besprechen als Beispiel den Vermehrungszyklus der nach dem griechischen Buchstaben Lambda benannten Phage. Die λ-Phage ähnelt der T4-Phage, weist jedoch keine langen Schwanzfasern auf. Beim lysogenen Zyklus handelt es sich um einen Vermehrungszyklus, bei dem das virale Genom als sogenannte „Prophage“ in das Genom der Wirtszelle eingebaut wird, ohne dass diese zerstört wird. Gucken wir uns den Ablauf des lysogenen Zyklus der λ-Phage genauer an: Zuerst kommt es wieder zur Adsorption, also zum Anheften an der Oberfläche der Bakterienzelle. Es kommt zur Injektion der viralen DNA in die Wirtszelle. Nun findet der Einbau der viralen DNA in das Bakterienchromosom statt. Man spricht von einer „Prophage“. Bei jeder Zellteilung des Bakteriums kommt es automatischer Weise zur Replikation der Prophage. Diese wird auf die bakterielle Tochterzelle übertragen. Bei bestimmten Umweltbedingungen kommt es zur Induktion. Die Prophage wird ausgeschnitten und verlässt das Bakteriengenom. Dadurch kann ein Übergang in den lytischen Zyklus stattfinden. Bei diesem würde es wieder zur Lyse der Zelle kommen. Fassen wir die beiden Prozesse zusammen: Der lytische Zyklus fängt mit der Adsorption und der Injektion der DNA an. Das Bakterium wird zur Replikation der viralen DNA und zur Phagenproduktion gezwungen. Zuletzt findet eine Lyse der Zelle statt. Neue Phagen werden freigesetzt. Diese können jeweils einen neuen Zyklus in Gang setzen. Beim anderen Vermehrungsprozess, dem lysogenen Zyklus, findet auch zuerst eine Adsorption und Injektion der DNA statt. Anders als beim lytischen Zyklus kommt es zum Einbau der viralen DNA als sogenannte Prophage. Bei der Zellteilung kommt es zur Replikation der Prophage. Nach der Induktion wird diese ausgeschnitten und es kann zum Übergang in den lytischen Zyklus kommen. Noch eine kleine Eselsbrücke: Beim lytischen Zyklus mit dem Buchstaben „T“ kommt es zum Tod der Bakterienzelle. Beim lysogenen Zyklus wird die Prophage ins Genom der Wirtszelle eingebaut. Danke für deine Aufmerksamkeit. Tschüss, bis zum nächsten Video.

5 Kommentare
  1. könnte jemand bitte an mich die Eselbrücke vom Lysogenerzyklus schreiben?

    Von farah k., vor mehr als einem Jahr
  2. Sehr hilfreiches und aussagekräftiges Video, welches mir auf die Schnelle sehr gut helfen konnte.
    Vielen lieben Dank :-)

    Von Anja Joop, vor etwa 2 Jahren
  3. Hallo :)

    Nein, es gibt Viren die DNA nutzen als Träger der Erbinformation und es gibt Viren die keine DNA haben, sondern RNA als Träger er Erbinformation.

    Von Marcel Schenke, vor mehr als 4 Jahren
  4. Ist Virale DNA nicht immer RNA?

    Von Jule Zieher, vor mehr als 4 Jahren
  5. Habe das "Tschüs" am Ende vermisst :P ansonsten super Video, wie immer (Y)

    Von Earmin69, vor mehr als 5 Jahren

Viren – lytischer und lysogener Zyklus Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Viren – lytischer und lysogener Zyklus kannst du es wiederholen und üben.

  • Beschreibe den Ablauf des lytischen Zyklus.

    Tipps

    Das Wort Adsorption kommt aus dem Lateinischen und bedeutet anheften. Hierbei lagern sich die Enden der Schwanzfäden an spezifische Oberflächenstrukturen der Bakterienmembran an.

    Nachdem die Gene der Phagen-DNA die Kontrolle über das Bakterium erlangt haben, wird die DNA repliziert. Danach beginnt die Produktion der Virusbausteine.

    Lysozyme sorgen dafür, dass die Zelle platzt und sich die Bakterienzelle auflöst (Lyse). Dadurch werden die Phagen freigesetzt, welche wiederum neue Bakterien infizieren können. Der Zyklus beginnt erneut.

    Lösung

    Der lytische Vermehrungszyklus lässt sich in folgende Phasen gliedern:

    1. Adsorption: Die Anheftung des Phagen erfolgt über spezifische Oberflächenstrukturen der Bakterienzelle.
    2. Injektion: Die Phage sticht durch die Membran der Bakterienzelle und schleust darüber seine virale DNA ein.
    3. Latenzphase: Die Gene der viralen DNA übernehmen die Kontrolle über das Bakterium. Die Bakterien-DNA wird enzymatisch abgebaut.
    4. Produktions- und Reifungsphase: Die Phage nutzt den Stoffwechsel der Bakterienzelle, um die Virusbausteine aufzubauen. Diese Einzelteile bauen sich zusammen und es entstehen neue Phagen.
    5. Freisetzung: Ein Enzym (Lysozym) sorgt dafür, dass die bakterielle Zellwand aufgelöst wird. Die Zelle platzt (Lyse) und die Phagen werden freigesetzt.
    Da diese Form der Vermehrung die Lyse der Bakterienzelle zur Folge hat, werden die T-Phagen als virulent (giftig, krankheitserregend) bezeichnet – im Gegensatz zur temperenten (enthaltsamen, gemäßigten) Lambda-Phage.

  • Benenne und beschrifte den dargestellten Vermehrungszyklus

    Tipps

    Bei der Adsorption bindet die Phage an spezielle Anheftungsstellen auf der Außenseite der Bakterienzelle.

    Das Enzym Lysozym sorgt dafür, dass die Bakterienzelle zerstört wird. Dieser Vorgang wird als Lyse (Auflösung) bezeichnet.

    Lösung

    Viren besitzen keinen eigenen Stoffwechsel. Deshalb sind sie auf Wirtszellen angewiesen, um sich zu vermehren.

    Die Vermehrung von Viren kann im lytischen oder lysogenen Vermehrungszyklus ablaufen. Der lytische Vermehrungszyklus ist oben dargestellt.

    Beide Vermehrungszyklen beginnen zunächst mit der Adsorption, also der Anheftung der Phage an spezifische Bindungsstellen der Bakterienzelle. Bei der Injektion wird die Viren-DNA in die Wirtszelle eingeschleust.

    Ab hier unterscheiden sich die beiden Vermehrungszyklen voneinander. Beim lytischen Zyklus wird die DNA der Wirtszelle abgebaut und der Stoffwechsel durch die Phagen-DNA kontrolliert. Sie wird repliziert. Weiterhin werden die Bestandteile der Phagen produziert und zusammengebaut. Das zellwandauflösende Enzym Lysozym verursacht das Zerstören der Wirtszelle (Lyse). Die Phagen werden freigesetzt und der Zyklus beginnt erneut.

    Beim lysogenen Zyklus wird dagegen die DNA der Wirtszelle nicht abgebaut, sondern die Phagen-DNA in diese eingebaut. So wird diese bei nachfolgenden Zellteilungen mit repliziert. Wird die Viren-DNA (Prophage) aus dem Bakterienchromosom geschnitten, kann es zum Übergang in den lytischen Zyklus kommen.

  • Vergleiche Bakterien und Viren miteinander.

    Tipps

    Antibiotika helfen nur gegen Bakterien, indem sie Strukturen wie die Zellwände angreifen.
    Bei viralen Infekten dagegen werden lediglich die Symptome behandelt, aber nicht die Viren – die muss das körpereigene Abwehrsystem allein bekämpfen.

    Sowohl Viren als auch Bakterien sind mit dem bloßen Auge nicht zu erkennen. Viren sind viel kleiner als Bakterien und deshalb erst unter einem Elektronenmikroskop zu erkennen. Bakterien dagegen sieht man auch unter einem Lichtmikroskop.

    Lösung

    Bakterien sind viel größer als Viren. Während sich die Größe von Bakterien im Mikrometer-Bereich (µm) bewegt und sie somit auch unter dem Lichtmikroskop zu sehen sind, erscheinen Viren erst unter Zuhilfenahme eines Elektronenmikroskops (Nanometer, nm).

    Viren sind zudem viel einfacher aufgebaut als Bakterien. Viren bestehen im Grunde nur aus einer Proteinhülle (Capsid), die Erbgut enthält. Bakterien sind schon komplexere Einzeller, welche eine Zellwand besitzen und zum Stoffwechsel befähigt sind.

    Die Vermehrung erfolgt bei Bakterien wie auch bei den Zellen des Menschen durch Zellteilung. Eine selbstständige Vermehrung ist den Viren nicht möglich. Dafür benötigen sie Wirtszellen. Sie nutzen den Stoffwechsel dieser Wirtszellen, um sich zu vermehren.

    Da Viren weder einen eigenen Stoffwechsel aufweisen noch in der Lage sind, sich selbstständig fortzupflanzen, werden sie in der Regel nicht zu den Lebewesen gezählt. Bakterien dagegen zählen zu den Lebewesen.

    Sowohl Bakterien als auch Viren können uns krank machen. Antibiotika sind allerdings nur gegen Bakterien wirksam. Sie greifen Strukturen wie die Zellwand an. So hindern Antibiotika Bakterien an der Vermehrung oder töten sie sogar ganz ab. Sogenannte Virostatika setzen an unterschiedlichen Punkten der Vermehrungszyklen von Viren an. Dies verhindert die Vermehrung und Ausbreitung der Viren im Körper. Ein Medikament, das nur Viren und keine körpereigenen Zellen abtötet, gibt es dagegen noch nicht.

  • Vervollständige die Eselsbrücken zu den Vermehrungszyklen.

    Tipps

    Phagen sind Viren, die sich auf Bakterien als Wirtszellen spezialisiert haben.

    Das Enzym Lysozym sorgt für die Lyse der Wirtszelle, indem die Zellwand aufgelöst wird.

    Lösung

    Beim lytischen Zyklus kommt es zum Tod der Wirtszelle. Der Grund dafür ist die Lyse, also das Auflösen der Zellwand der Wirtszelle.

    Beim lysogenen Zyklus wird das genetische Material, also die Phagen-DNA, in die DNA der Wirtszelle eingebaut.

  • Ermittle die Ursache für die Wirtsspezifität von Viren.

    Tipps

    Ein wichtiger Begriff für die Wirtspezifität ist das Schlüssel-Schloss-Prinzip.

    Lösung

    Bei der Adsorption docken Viren über spezielle Anheftungsstellen an Rezeptoren auf der Wirtszelle an. Dies passiert nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip: Die Rezeptoren der Wirtszelle sind das Schloss, welches nur zu einem bestimmten Schlüssel, nämlich der spezifischen Anheftungsstelle der Viren, passt. Deshalb sind Viren in der Regel wirtsspezifisch.
    Als Beispiel hast du die Bakteriophage T4 kennengelernt, welche nur das Bakterium Escherichia coli befällt.

  • Bewerte die Aussagen zu Viren auf Richtigkeit.

    Tipps

    Zur Fortpflanzung benötigen Viren zwingend Wirtszellen.

    Lösung

    Nach gängigen Definitionen sind Viren keine Lebewesen. Zwar zeichnen sie sich durch genetische Variabilität aus (Kriterium: Evolution), allerdings besitzen sie weder einen eigenen Stoffwechsel noch können sie sich selbstständig fortpflanzen. Für beide Vorgänge sind sie auf Wirtszellen angewiesen. Außerdem sind sie keine Zellen und auch nicht aus Zellen aufgebaut.

    Viren werden als Grenzfall des Lebens bezeichnet. Sie könnten den Übergang von „noch nicht lebendig“ hin zu „lebendig“ bilden. Andersherum wäre es möglich, dass sich Viren aus Lebewesen (z.B. Bakterien) zurückentwickelt haben.