Biologie (14/14) - Applied Digital Life Sciences

Einführung in Biologie im Bachelorstudium Applied Digital Life Sciences der ZHAW: https://www.zhaw.ch/de/lsfm/studium/b...

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DOI = https://api.datacite.org/10.60877/40c...

Für die Genexpression sind RNA-Viren auf ein ssRNA(+)-Stadium angewiesen. Es lässt sich an den Ribosomen der Wirtszelle für die Proteinsynthese einsetzen. Bei ssRNA(+)-Viren kann das virale Genom diese Funktion direkt übernehmen. Bei ssRNA(-)-Viren überführt eine virale RNA-Polymerase die ssRNA(-)-Vorlage in das ssRNA(+)-Stadium. Ähnliches gilt für dsRNA-Viren. Auch hier ist eine virale RNA-Polymerase notwendig, um vom dsRNA-Genom das ssRNA(+)-Stadium erreichen zu können. Bei Retroviren überführt eine virale reverse Transkriptase das zu Beginn des Infektionsprozesses vorliegende ssRNA(+)-Genom in DNA. Ausgehend vom dsDNA-Stadium kann ein Retrovirus den zellulären Weg zur Genexpression verwenden.

Auch DNA-Viren sind für die Genexpression auf ein ssRNA(+)-Stadium angewiesen. Die Einzelstrang-DNA-Viren mit ssDNA(+)- und ssDNA(-)-Genomen komplementieren dem fehlenden Strang und erreichen damit das dsDNA-Stadium. Bei dsDNA-Viren liegt das Genom bereits als dsDNA vor. Ab dem dsDNA-Stadium können die Viren den regulären zellulären Weg der Genexpression nutzen.

Sämtliche Viren kennen als Vermehrungsstrategie den lytischen Zyklus. Ausgehend von einem Virion entstehen nach der Infektion zahlreiche Virionen in der Wirtszelle. Ihre Freisetzung kann mit der Lyse der Wirtszelle einher gehen, was dem Zyklus seinen Namen gab.

Bei manchen Viren existiert zusätzlich ein lysogener Zyklus. Nach der Infektion der Wirtszelle mit einem Virion wird das virale Genom ins Genom der Wirtszelle integriert, ohne dass Virionen entstehen. Bei jeder Zellteilung der Wirtszelle wird das virale Genom mitrepliziert und an die Tochterzellen weitergegeben. Gerät die Wirtszelle unter Stress, kann das Virus aus dem lysogenen zurück in den lytischen Zyklus wechseln.

Ein Beispiel für ein Virus mit einem lysogenen Zyklus wäre Herpes simplex Typ 1. Nach der Erstinfektion im Säuglingsalter persistiert das Virus als ringförmiges DNA-Molekül in Neuronen des Ganglions trigeminale, die Bestandteil des Zentralnervensystems sind. Bei Stress wie einer Infektionserkrankung, UV-Licht oder psychischer Belastung kann das Virus in den lytischen Zyklus wechseln und Virionen erzeugen. Sie gelangen entlang der Axone zu den Hautpartien in der Mundregion. Die entstehenden Bläschen enthalten eine Flüssigkeit, die eine hohe Anzahl Virionen enthält und infektiös ist.

Das Influenza-Virus ist ein ssRNA(-)-Virus mit einer Hülle. Es besitzt 8 Gene, die auf 8 verschiedenen RNA-Molekülen vorliegen und für 10 virale Proteine codieren. Für die Immunantwort von Bedeutung sind die beiden Oberflächenproteine Hämagglutinin und Neuraminidase, da sie die wichtigsten Antigene des Virus darstellen. Durch Punktmutationen verändern sich diese Proteine permanent. Nach einer Infektion gebildete Antikörper werden aufgrund dieser Veränderungen im Folgejahr nicht mehr mit der ursprünglichen Affinität an die Antigene binden. Daher besteht in Folgejahren lediglich noch eine Teilimmunität, und man erkrankt Jahr für Jahr aufs Neue, jedoch meist nicht sehr stark. Diese kontinuierliche Veränderung wird als Antigen-Drift bezeichnet und führt zu den jährlich bekannten Erkrankungswellen in der kalten Jahreszeit.

Weil der natürliche Wirt für Influenza-Viren Vögel sind, findet sich dort eine bedeutend grössere Vielfalt unterschiedlicher Influenza-Stämme. Wird ein geeigneter Organismus gleichzeitig von einem humanen und einem aviären Stamm infiziert, können neue Stämme entstehen, welche Eigenschaften von beiden in sich vereinen. Dieses Phänomen wird als Antigen-Shift bezeichnet. Wenn ein neuer Stamm weiterhin gut an den Menschen angepasst ist und trotzdem genügend neue Merkmale aufweist, besteht die Möglichkeit, dass die Menschheit noch nicht über eine Teilimmunität verfügt. Solche Stämme haben das Potential eine Pandemie auslösen zu können.

00:00 Themen der heutigen Lektion
01:13 Genexpression bei RNA-Viren
09:38 Genexpression bei DNA-Viren
13:50 Lytischer und lysogener Zyklus
23:04 Beispiel Herpes simplex Typ 1 (Fieberbläschen)
30:33 Beispiel Influenza
33:44 Antigen-Drift
42:51 Antigen-Shift