Was sind eigentlich Viren? 

Mit der Covid-19 Pandemie dominierte über lange Zeit (Ende 2019 – Anfang 2023) ein Virus, das Corona-Virus, die Nachrichten weltweit. Mit der größten und tödlichsten Pandemie des 21. Jahrhunderts wuchs auch das Interesse an Informationen über Viren und dem damit verbundenem menschlichen Infektionsrisiko. 

Gegen Ende 2022/Anfang 2023 suchte uns eine starke Infektionswelle mit dem RS-Virus (Humanes Respiratorisches Synzytial-Virus) heim. Dieses Virus befällt den Atemtrakt, vor allem die Schleimhäute der oberen Atemwege und das Flimmerepithel der Luftröhre und der Bronchien.¹⁾ Von dieser Infektionswelle waren überwiegend Säuglinge und Kleinkinder betroffen.

Bei einer Infektionswelle ist die wichtigste Frage: wie können wir uns vor einer Virusinfektion bestmöglich schützen? 

Aspekte zu dieser Thematik wurden bereits in der Serie über mRNA-Impfstoffe behandelt. Heute möchte ich mich mehr auf das Thema Viren und virale Infektionen fokussieren. Es sollen grundsätzliche Fragen, was Viren sind, wie sie sich vermehren und wie man sich am besten vor Ansteckung schützen kann, beantwortet werden.

Grundsätzliches

Viren sind infektiöse, organische Strukturen, aber keine Lebewesen. Lebewesen können sich replizieren. Viren benötigen zur Replikation eine Wirtszelle. Befinden sie sich innerhalb der Wirtszelle werden sie Viren genannt, außerhalb heißen sie in der Wissenschaft (Virologie) Virionen. Die Wissenschaftler, die sich mit Viren beschäftigen, heißen dementsprechend Virologen. Diese Fachgruppe wurde zum ersten Mal einer breiten Öffentlichkeit bekannt, als sich in den 80er Jahren das AIDS-Virus weltweit ausbreitete.
Was unterscheidet Viren von Bakterien?

Viren sind infektiöse, organische Strukturen, aber keine Lebewesen. Lebewesen können sich replizieren. Viren benötigen zur Replikation eine Wirtszelle. Befinden sie sich innerhalb der Wirtszelle werden sie Viren genannt, außerhalb heißen sie in der Wissenschaft (Virologie) Virionen. Die Wissenschaftler, die sich mit Viren beschäftigen, heißen dementsprechend Virologen. Diese Fachgruppe wurde zum ersten Mal einer breiten Öffentlichkeit bekannt, als sich in den 80er Jahren das AIDS-Virus weltweit ausbreitete.
Was unterscheidet Viren von Bakterien?

Eine ganz kurze Erklärung: im Unterschied zu Viren sind Bakterien Lebewesen. Sie besitzen eine DNA und können sich im Gegensatz zu Viren selbst durch Zellteilung vermehren. Die Bakterien-DNA liegt nicht in einem vom Cytoplasma durch eine Doppelmembran abgegrenzten Zellkern, wie z.B. beim Menschen, sondern zusammengedrängt auf einen kleinen Raum im Cytoplasma.

Eigenschaften und Merkmale von Virionen
Virionen sind ganz einfach aufgebaut. Sie bestehen aus DNA oder RNA, den Trägern der genetischen Information und einer Ummantelung. Virionen haben keinen eigenen Stoffwechsel, können weder Energie umwandeln noch Proteine aufbauen. Für diese Funktionen benötigen sie die Wirtszelle von einem Menschen, Tier, Pflanze, Pilz oder auch Bakterium.

Die meisten Virionen besitzen eine umschließende Protein-Kapsel (Kapsid), einige von ihnen weisen zusätzlich noch eine Biomembran (Lipiddoppelschicht) auf. Diese wird als Virushülle bezeichnet. Man unterscheidet behüllte und unbehüllte Virionen.

Der Durchmesser von Virionen ist ca. 100x kleiner als der von Bakterien. Bakterien sind unter einem Lichtmikroskop sichtbar, Virionen nur mithilfe eines Elektronenmikroskops. Virionen sind also extrem klein. In einen Quadrat-Millimeter passen 400 Millionen Virionen.

Vermehrung und Ausbreitung

Die verschiedenen Wege, wie Viren in Zellen von Menschen eindringen:

1. Clathrin-vermittelter Eintritt (Vesicular Stomatitis Virus) Clathrin ist ein Adapter-Protein.

2. Fusions-vermittelter Eintritt (HIV).

3. Makropinozytose-vermittelter Eintritt (Vacciniavirus) 

4. Phagozytose-ähnlicher Eintritt (Herpes-simplex-Virus)

5. Phagocytose (wie bei Bakterien)  

6. Caveolin-vermittelter Eintritt (Simian-Virus-40)

Ein Virus hat keinen eigenen Stoffwechsel. Daher kann es sich nicht selbst fortpflanzen. Es benötigt dazu Wirtszellen.

Der Prozess der Fortpflanzung eines Virus läuft meistens wie folgt ab:

1. Das Virion heftet sich an ein Oberflächenprotein der Wirtszelle, das dem Virion als Rezeptor dient. Der Rezeptor fungiert als Schlüssel zum Zelleintritt.
2. Nach der Aufnahme in die Zelle muss das Virion zuerst von seiner Hülle befreit werden.
3. Das Erbmaterial des Virus liegt jetzt frei und kann sich mit Hilfe der DNA der Wirtszelle vermehren. Das Virus programmiert die DNA der Wirtszelle um. Danach werden nur noch neue Viren gebildet.
   Bei den unterschiedlichen Virenarten zeigt dieser Prozess in Details Unterschiede.
4. Der Zusammenbau der neuen Viren erfolgt im Zellkern oder im Zytoplasma. Jedes Virus-Genom wird dann noch mit einen Proteinmantel (Kapsid) umhüllt. Die Freisetzung der neuen Viren erfolgt entweder durch „Knospung“. Das Virus-Genom mit Kapsid nähert sich der Innenwand der Zellmembran, wird dort beim Ausschleusen von einem Teil der Wirtszellmembran umhüllt und verlässt als behülltes Virus die Wirtszelle oder durch „Zell-Lyse“. Die Wirtszelle platzt auf, die Viren werden frei gesetzt und können neue Zellen infizieren.

Es gibt unterschiedliche Übertragungswege von Viren. Da sie sich nicht selbst fortbewegen können, sind sie auf „Transportvehikel“ angewiesen. 

Die wichtigsten Verbreitungswege der humanpathogenen Viren: 

• Tröpfcheninfektion. Verbreitung über die Luft z.B. durch Niesen oder Husten. (Grippeviren)
• Über Aerosole. Größere Tröpfchen wie bei einer Tröpfcheninfektion sinken schnell zu Boden. Aerosole sind viel kleiner und können mehrere Stunden in der Luft schweben. Sie verteilen sich so über weite Bereiche. Aerosole entstehen überall dort, wo Tröpfchen fein vernebelt werden, wie beim Sprechen oder Singen. Die „Nebelteilchen“ haben die Größe von Feinstaub. Beim Einatmen gelangen sie auch in die tieferen Regionen der Lunge.²⁾
  (z.B. Corona-Viren)
• Schmierinfektion. Über kontaminierte Oberflächen. (z.B. Herpes simplex Viren)

Humanpathogene Viren³⁾

So werden Viren bezeichnet, die menschliche Zellen befallen. Je nach Virustyp docken sie nur an spezifischen Rezeptoren eines Zelltyps an. Bestimmte Virustypen können auch an Rezeptoren andocken, die in gleicher oder ähnlicher Form auf verschiedenen Zelltypen sitzen. Die Rezeptoren befinden sich immer an der Außenseite der Wirtszelle. Über sie ist das Virus in der Lage durch die Zellmembran in die Zelle einzudringen.

Als virale Zoonosen, z.B. Tollwut und Ebola, werden virale Infektionen beim Menschen bezeichnet, die von Tieren übertragen werden.

Die Zeitspanne vom Eindringen in die Zelle bis zum Auftreten neuer Viren in der Wirtszelle ist je nach Virustypen unterschiedlich groß.

• Adenoviren (Erkältungserreger) 30 Stunden
• Retroviren (HIV) 8 – 10 Stunden
• Herpesviren 5 Stunden

Die Anzahl der pro Wirtszelle gebildeten Viren unterscheidet sich je nach Virustyp erheblich.

Häufige Virusinfektionen beim Menschen

• Infektionen der Atemwege
  Die häufigsten Atemwegsinfektionen betreffen die oberen Atemwege und sind verbunden mit Halsschmerzen, Nasennebenhöhlenentzündung oder Erkältung.
• Davon zu unterscheiden sind Infektionen der unteren Atemwege, wie Grippe (Influenza), Lungenentzündung und Infektionen mit Coronaviren.
• Infektionen des Magen-Darm-Trakts
  z.B. Noroviren und Rotaviren (Gastroenteritis)
• Infektionen der Leber
  z.B. Hepatitis
• Infektionen des Nervensystems
  z.B. Tollwutvirus, West-Nil-Virus (Enzephalitis)
• Infektionen der Haut
  z.B. Warzen

Virus Mutationen
Mutationen bei Viren sind aufgrund der sehr hohen Replikationsrate normal und recht häufig. Wichtig ist dabei die Frage, ob das Virus dadurch gefährlicher (tödlicher) wird und/oder den durch aktive Immunisierung aufgebauten Schutz (Impfschutz) umgehen kann. 

Ein Virus ist darauf angelegt, sich möglichst oft zu vermehren. Ein Virus wird in der Wirtszelle immer wieder kopiert oder besser gesagt, wird die Erbinformation abgeschrieben. Dabei passieren Schreibfehler, die zu zufälligen Veränderungen des Virus führen. Das nennt man Mutation. Sind diese mutierten Viren schwächer als das Ursprungsvirus oder verlieren sie durch die Mutation die Fähigkeit in die Wirtszelle einzudringen, sterben sie ab und verschwinden wieder. Es kann aber auch sein, dass ein Virus infektiöser (ansteckender) wird, mehr Menschen infiziert und so nach und nach das Ursprungsvirus verdrängt. Dann setzt sich die Mutante gegenüber dem Ursprungsvirus durch. Es besteht die Möglichkeit, dass Impfstoffe gegenüber einer Mutante an Wirkung verlieren. Dann können sich Viren trotz Impfung weiter vermehren. Der Impfstoff muss an die neue Virusvariante angepasst werden.

Mutationen können aber auch dazu führen, dass ein Virus von einer Spezies auf eine andere Spezies überspringen kann, beispielsweise vom Tier auf den Menschen. Diese Mutationen sind besonders gefährlich. Normalerweise reicht die einfache Mutation eines Virusgens nicht aus, um diesen Sprung zu schaffen. Um diesen Sprung zu schaffen, muss es zu einer Vermischung von verschiedenen Viren kommen. Dies ist viel schwerer möglich, aber mit einer geringen Wahrscheinlichkeit kann es dazu kommen.

Vorbeugung vor Virusinfektionen

• Allgemeinen Vorsichtsmaßnahmen. Gründliches Händewaschen vor dem Essen, nach dem Benutzen öffentlicher Verkehrsmittel oder Toiletten. Mit ungewaschenen Händen nicht ins Gesicht fassen. Kontakt mit Infizierten vermeiden. Abstand halten. Vorsicht bei bestimmten Lebensmitteln. Noroviren können über rohes Fleisch oder Trinkwasser übertragen werden.
• Impfungen: Viele Virusinfektionen lassen sich durch Impfungen vermeiden. Impfungen schützen vor einem Virustyp, wie Grippe, Gürtelrose Hepatitis oder Covid-19. Es gibt auch kombinierte Impfstoffe wie den MMS-Impfstoff (Masern, Mumps und Röteln). Man spricht bei einer Impfung von einer aktiven Immunisierung. Das Immunsystem wird angeregt spezifische Antikörper zu produzieren. Im Gegensatz zur aktiven Immunisierung werden bei einer passiven Immunisierung Antikörper gegen einen bestimmten Virustyp verabreicht. Diese Impfung bietet einen zeitlich begrenzten Schutz, beispielsweise vor Hepatitis A oder kurz nach einer Ansteckung mit bestimmten Viren wie dem Tollwut-Virus.

Da im Zusammenhang mit Virusinfektionen auch häufig über das menschliche Immunsystem gesprochen wird, werde ich in einem meiner nächsten Beiträge das menschliche Immunsystem erklären.

Literaturverzeichnis 

1) https://de.wikipedia.org/wiki/Humanes_Respiratorisches_Synzytial-Virus

2) https://www.ndr.de/ratgeber/gesundheit/Corona-Infektionsgefahr-durch-Aerosole-in-Raeumen,coronavirus2154.html

3) https://www.netdoktor.de/krankheiten/infektionen/viren/