Aufbau von Viren

Schematischer Aufbau

Außerhalb der Wirtszelle befindliche Viruspartikel, oder Virionen, haben einen Durchmesser von 15 nm (Circoviridae) bis 44 nm (Megavirus chilensis).

Wie Sie in Abbildung 1 sehen können, bestehen Viren aus einer Nukleinsäure (DNA oder RNA), die von einer Proteinhülle (Capsid) umgeben ist. Das Capsid schützt das Erbmaterial vor Fremdeinflüssen. Bestandteile des Capsids stellen gleichartige Untereinheiten dar, die so genannten Kapsomere. Diese bestehen wiederum aus kleineren Proteineinheiten, den sogenannten Protomeren. Nukleinsäure und Capsid bilden zusammen das Nucleocapsid.

>Viren haben je nach Anordnung der Kapsomere typische Formen, im wesentlichen sind dies vier:

1. Kubisch: Anordnung der Kapsomere als Würfel
2. Ikosaedrisch: Kapsomere bilden Dreiecksflächen
3. Helikal: Kapsomere haben schraubenförmige Anordnung
4. Filamentär: Anordnung der Kapsomere als “Fäden”

Neben diesen Hauptformen gibt es auch weitere, komplexere Formen

Zusätzlich bilden einige Viren eine mit viralen Membranproteinen durchsetzten Lipiddoppelschicht, der sogenannten Virushülle, siehe Abbildung 1 und 2 als Beispiele

Abb.2: Virus mit helikaler Symmetrie ohne Lipidhülle und Virus mit ikosaedrischer Symmetrie und Lipidhülle, eigene Illustration

Zusätzliche Proteine und Glykoproteine befinden sich in der Lipidschicht, diese werden als Spikes bezeichnet und ragen als Fortsätze aus der Hülle. Viren, die zusätzlich zum Capsid eine Virushülle aufweisen, nennt man behüllt, Viren ohne Hülle als unbehüllt.

Die Nukleinsäure der Viren kann doppelsträngig (double stranded, ds) oder einzelsträngig (single stranded, ss), segmentiert oder unsegmentiert, linear oder zirkulär vorliegen. Das Genom der meisten Viren ist unsegmentiert. Manche Viren, wie z.B. die humanpathogene Virusfamilie der Orthomyxoviren (wie z.B. Influenzaviren) besitzen allerdings ein segmentiertes Genom. Das bedeutet, dass mehrere RNA-Moleküle vorhanden sind, die jeweils für ein virales Protein kodieren, das heisst den “Schlüssel” zum passenden “Schloß” bilden.

Ein segmentiertes Genom ist Voraussetzung für das Reassortment oder Reassortierung zweier Viren. Hierbei vermischen sich die genetischen Informationen von zwei verschiedenen Virustypen, die sich in der gleichen Zelle vermehren. Das entstehende Virus enthält Segmente beider Virusgenome. Durch diese Änderung der Antigenzusammensetzung können ganz andere infektiöse Eigenschaften entstehen. Bei Influenzaviren ist dies einer der Gründe, warum kein dauerhafter Impfschutz gewährleistet werden kann.

Viren werden typischerweise nach den folgenden Merkmalen klassifiziert:

• Nucleinsäure: RNA- oder DNA-Viren
• Genom: Einzelsträngiges oder doppelsträngiges Genom
• Lipidhülle: Unbehüllte (ohne Glykoproteine und Lipide) oder behüllte Viren
• Capsidsymmetrie: Das Capsid, der Proteinmantel der Viren, kann entweder kubisch (ikosaedrisch = 20 gleichseitige Dreiecke), helikal (schraubenförmig), oder komplex (komplizierte Symmetrieverhältnisse) aufgebaut sein.
• Wirtsspezifität: u.a. animale Viren, Viroide und Bakteriophagen.

Beispieldarstellungen in 3D Ansicht

Zur Veranschaulichung hier zwei Darstellungen von Influenza und Ebola Viren.

Das Influenzavirus

Das Influenza-A-Viruspartikel oder -virion hat einen Durchmesser von 80–120 nm und produziert normalerweise sowohl ellipsoide als auch baciliforme und filamentöse Partikel.

Ungewöhnlich für ein Virus ist, daß das Influenza-A-Genom nicht aus einem einzelnen Stück Nukleinsäure besteht. Stattdessen enthält es acht Stücke segmentierter Negativ-Sense-RNA, die für 11 Proteine ​​(HA, NA, NP, M1, M2, NS1, NEP, PA, PB1, PB1-F2, PB2) kodieren.

Das EBOLA virus

Das erste und wichtigste von 6 Viren der EBOLA Familie ist das Zaire EBOLA virus (EBOV). Dieses besitzt ein RNA-Genom in zylindrischen / röhrenförmigen Virionen, die virale Hüll-, Matrix- und Nucleocapsid-Komponenten enthalten.

Die Gesamtzylinder haben im Allgemeinen einen Durchmesser von ungefähr 80 nm und ein viral codiertes Glykoprotein (GP), das als 7–10 nm lange Spitzen von seiner Lipiddoppelschichtoberfläche absteht. Die Zylinder haben eine variable Länge, typischerweise 800 nm, aber manchmal bis zu 1000 nm lang.

Die äußere Virushülle des Virions wird durch Knospenbildung aus Domänen der Wirtszellmembran abgeleitet, in die die GP-Spikes während ihrer Biosynthese eingefügt wurden. Einzelne GP-Moleküle erscheinen mit Abständen von etwa 10 nm. Die viralen Proteine ​​VP40 und VP24 befinden sich zwischen der Hülle und dem Nucleocapsid im Matrixraum.

Im Zentrum der Virionstruktur befindet sich das Nucleocapsid, das aus einer Reihe von viralen Proteinen besteht. Die RNA ist helixförmig gewickelt, die Helix hat einen Durchmesser von 80 nm.

Abb.4: 3D Darstellung eines Ebola Virus

Aufbau von SARS-CoV-2