Viren – lytischer und lysogener Zyklus

Viren – lytischer und lysogener Zyklus Übung

• 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.

• 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.

• 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.