Viren: Wie sind Viren aufgebaut?

Inhalt

• Aufbau von Viren – Biologie
• Virus – Beispiele

Aufbau von Viren – Biologie

Spätestens seit der Krankheit Covid‑19, die durch ein Coronavirus ausgelöst wird, ist uns bewusst, welche weitreichenden Folgen Viren haben können. Mit bloßem Auge sind sie nicht zu sehen, aber eine Infektion mit Viren kann große Auswirkungen auf uns haben. Doch wie sind Viren aufgebaut? Welche Bestandteile braucht ein Virus, um uns und andere Lebewesen zu infizieren? Bevor wir diese Fragen beantworten, klären wir die Frage: Was sind Viren?

Viren sind per Definition keine Lebewesen, da sie keinen eigenen Stoffwechsel haben. Ihre Vermehrung ist von einem Wirt abhängig. Dieser kann ein Mensch, ein Tier, eine Pflanze oder ein Bakterium sein. Alle notwendigen Informationen für ihre Vermehrung und Ausbreitung tragen sie jedoch in sich. Widmen wir uns nun dem Aufbau von Viren.

Viren – allgemeiner Aufbau
Viren weisen eine große Vielfalt in Form, Größe und auch Aufbau auf. Jedoch kann man den Aufbau eines Virus stark vereinfacht in zwei Hauptbestandteile einteilen:

• eine Eiweißkapsel, das Kapsid
• und das darin liegende Erbgut, auch als Genom bezeichnet

Das Virusgenom
Schon bei der Art des Genoms gibt es Unterschiede! Man unterscheidet Viren nach den folgenden Genomformen:

• DNA-Viren: Einige Viren besitzen, wie wir Menschen, doppelsträngige DNA, oft abgekürzt als dsDNA. Es gibt aber auch Viren mit einzelsträngiger DNA, abgekürzt als ssDNA.

• RNA-Viren: Auch hier unterscheidet man analog zu den DNA‑Viren zwischen Viren mit doppelsträngiger RNA (dsRNA) und einzelsträngiger (ssRNA). Weiterhin wird bei der einzelsträngigen RNA nach Plus- und Minus‑Strang differenziert. In der Biologie spricht man auch von der Polarität. Der Plus-Strang (ss(+)RNA) entspricht der mRNA, während der Minus‑Strang (ss(-)RNA) ein sogenanntes Negativ der mRNA abbildet. Die Minus‑Strang RNA verhält sich demnach komplementär zur mRNA, ähnlich wie die mRNA zur DNA.

Das Virusgenom kann zirkulär (geschlossen) vorliegen oder linear (nicht geschlossen). Außerdem unterscheidet man zwischen segmentiertem und nichtsegmentiertem Genom. Im Vergleich zum menschlichen Genom ist das der Viren sehr klein, aber es enthält alle nötigen Informationen, um neue Viruspartikel zu generieren.

Das Viruskapsid
Jedes Virus besitzt eine Schutzhülle um sein Genom, das Kapsid. Die Einheit aus Genom und Kapsid bezeichnet man in der Biologie als Nukleokapsid. Aber was genau ist dieses Kapsid?
Das Kapsid besteht aus vielen Proteinuntereinheiten, den Kapsomeren. Sowohl die Anzahl der Kapsomeren als auch die Anzahl der vorkommenden Kapsomerarten ist spezifisch für jede Virus‑Art und im Genom definiert. Im einfachsten Fall gibt es nur eine Art von Kapsomeren. In der Regel besteht das Kapsid jedoch aus zwei bis fünf verschiedenen Kapsomerarten.
Die Form des Kapsids kann abhängig von der Virusart sehr unterschiedlich ausfallen, hat jedoch immer eine regelmäßige Struktur und ist teilweise durch viele Symmetrieachsen gekennzeichnet. In der unten stehenden Abbildung sind einige Formen dargestellt. Es ist schon erstaunlich, welche faszinierenden Strukturen die Natur hervorbringt.

Die Virushülle
Viren, die nur aus dem Nukleokapsid bestehen, bezeichnet man als nackte Viren. Weiterhin gibt es aber auch behüllte Viren. Diese zeichnen sich durch eine zusätzliche, äußere Hüllmembran aus. Diese Membran ist eine Phospholipid‑Doppelschicht, die von der Zellmembran der Wirtszelle abstammt. Der Grund hierfür liegt in der Vermehrung von Viren.
In der äußeren Hüllmembran sind zusätzliche Virusproteine eingelagert. Bei einigen Viren ragen diese spezifischen Strukturen aus der Hülle heraus und werden daher als Spikes bezeichnet. Im Elektronenmikroskop betrachtet ähneln sie einer „Krone“. Coronaviren (lat. corona, Krone) weisen derartige Strukturen auf. Mithilfe dieser Proteine können behüllte Viren an Rezeptoren der Wirtszelle andocken und eindringen. Bei nackten Viren sind es im Übrigen die Proteine des Kapsids, welche an die Rezeptoren der Wirtszelle binden.

So vielgestaltig wie das Kapsid kann auch die Form der Hüllmembran ausfallen. Neben der Kugelform gibt es auch noch würfelförmige, schraubenförmige oder auch fadenförmige Viren.

Bakteriophagen
Bakteriophagen sind Viren, die Bakterien befallen. Sie unterscheiden sich in ihrem Aufbau von den bisher beschriebenen Viren. Ein Bakteriophage besteht aus einem Nukleokapsid mit einem Schwanz und Schwanzfasern.

Virus – Beispiele

Es gibt sicher einige Virusarten und -stämme, von denen du schon gehört hast: HIV, Masern- oder Coronaviren. Schauen wir uns den Aufbau einiger populärer Viren an:

• Das Humane Immundefizienz-Virus, bekannter unter der Abkürzung HIV, verursacht die Autoimmunkrankheit Aids. Es gehört zur Familie der Retroviren und ist ein behülltes Virus mit einzelsträngiger RNA als Genom. Retroviren im Allgemeinen zeichnen sich durch ihre Fähigkeit aus, ihr Genom in die DNA der Wirtszelle zu integrieren. Dabei wird entgegen der uns bekannten Transkription die RNA mittels eines Viren‑Enzyms in DNA umgeschrieben. Daher der Name Retroviren.

• Die Familie der Herpesviren umfasst behüllte Viren mit doppelsträngiger DNA als Genom. Der bekannteste Vertreter dieser Familie ist das Herpes-simplex-Virus (HSV). Es verursacht Lippenherpes, kann aber auch zu lebensbedrohlichen Hirnhautentzündungen führen.

• Die Familie der Coronaviren umfasst behüllte Viren mit einzelsträngiger RNA. Coronaviren zählen zu den Erkältungsviren. Jedoch gibt es auch Vertreter der Familie, die schwere Lungenerkrankungen wie SARS und Covid‑19 hervorrufen können. Zuletzt löste das Coronavirus SARS‑CoV‑2 aufgrund seiner hohen Ansteckungsrate eine Pandemie aus.

• Die Familie der Adenoviren umfasst nackte Viren mit einer doppelsträngigen DNA. Sie können verschiedene Erkrankungen auslösen, unter anderem des Magen‑Darm‑Traktes, der Atemwege oder der Bindehaut.