Influenzaviren: Orthomyxoviridae mit segmentiertem Genom
Influenzaviren sind behüllte Orthomyxoviren mit segmentiertem RNA-Genom. Ihre Hüllproteine Hämagglutinin und Neuraminidase bestimmen den Subtyp, und durch Reassortment entstehen neue Varianten.
Das Wichtigste in Kürze
- Influenzaviren gehören zu den Orthomyxoviridae: behüllte RNA-Viren mit segmentiertem einzelsträngigem RNA-Genom (acht Segmente bei Influenza A).
- Sie bringen eine eigene RNA-abhängige RNA-Polymerase mit und enthalten weder DNA noch Reverse Transkriptase.
- Hämagglutinin bindet an Sialinsäure und vermittelt die Fusion, Neuraminidase spaltet Sialinsäure und setzt neue Viren frei. Beide sitzen in der Hülle, nicht im Nucleocapsid.
- Influenza A wird nach HA und NA in Subtypen wie H1N1 oder H5N1 typisiert und infiziert Menschen und Tiere wie Vögel und Schweine.
- Reassortment ist der Austausch ganzer Genomsegmente in einer doppelt infizierten Zelle. Es kann einen Antigenshift auslösen.
Worum es geht
Influenzaviren verursachen die echte Grippe. Sie sind das Paradebeispiel für ein Virus mit segmentiertem Genom. Aus diesem Bauprinzip folgt, warum sich das Virus so sprunghaft verändern kann und wo Arzneistoffe wie Oseltamivir angreifen.
Einordnung und Genom
Influenzaviren gehören zur Familie der Orthomyxoviridae. Es sind behüllte RNA-Viren. Um ihr Inneres liegt eine Lipidhülle, die sie bei der Knospung aus der Membran der Wirtszelle mitnehmen. Den allgemeinen Aufbau von Hülle und Capsid erklärt die Seite zum Bau der Viren.
Das Erbgut ist einzelsträngige RNA in Minusstrang-Orientierung. Es liegt nicht als ein einziges Molekül vor, sondern verteilt auf mehrere Stücke. Bei Influenza A sind es acht Segmente. Man spricht von einem segmentierten Genom. Jedes Segment ist mit Nucleoprotein bedeckt und trägt einen eigenen Polymerasekomplex. Diese Ribonucleoproteine bilden das Nucleocapsid. Darüber liegt eine Schicht aus dem Matrixprotein M1.
Minusstrang-RNA kann die Zelle nicht direkt als mRNA ablesen. Deshalb codiert das Virus eine eigene RNA-abhängige RNA-Polymerase und bringt sie im Virion mit. Sie kopiert RNA direkt in RNA. Ein DNA-Zwischenschritt kommt nicht vor. Influenzavirionen enthalten keine DNA, und eine Reverse Transkriptase fehlt ihnen ebenfalls, anders als den Retroviren wie HIV.
Wie alle Viren vermehren sich Orthomyxoviren nur intrazellulär. Sie sind obligate Zellparasiten. Saprophyten leben dagegen von toter organischer Substanz, was ein Virus ohne eigenen Stoffwechsel nicht kann.
Diese Kombination wird im Examen gerne gefragt: Orthomyxoviridae, Lipidhülle, segmentiertes einzelsträngiges RNA-Genom und virale RNA-abhängige RNA-Polymerase. Achte auf die Abgrenzung: Reverse Transkriptase gehört zu den Retroviren, das unbehüllte, unsegmentierte Poliovirus zu den Picornaviren.
Die Tabelle stellt Influenza den Viren gegenüber, mit denen man es am leichtesten verwechselt. Das Poliovirus gehört eben nicht zu den Orthomyxoviridae.
| Virus | Familie | Genom | Hülle | Kennzeichnendes Enzym |
|---|---|---|---|---|
| Influenzavirus | Orthomyxoviridae | ssRNA (−), segmentiert | ja | RNA-abhängige RNA-Polymerase |
| Poliovirus | Picornaviridae | ssRNA (+), unsegmentiert | nein | RNA-abhängige RNA-Polymerase |
| HIV | Retroviridae | ssRNA (+), zwei Kopien | ja | Reverse Transkriptase |
| Herpesviren | Herpesviridae | dsDNA | ja | virale DNA-Polymerase |
Hämagglutinin und Neuraminidase
In der Hülle stecken zwei Glykoproteine, die als Spikes nach außen ragen. Das Hämagglutinin (HA) bildet Trimere. Es bindet an Sialinsäure auf der Wirtszelle und leitet so die Anheftung ein. Nach der Endocytose vermittelt es die Fusion von Virushülle und Endosomenmembran. So gelangen die Segmente ins Cytoplasma. Den Namen trägt es, weil es Erythrocyten verklumpen kann.
Die Neuraminidase (NA) bildet Tetramere und ist ein Enzym. Sie spaltet Sialinsäure ab. Ohne sie blieben neue Viren nach der Knospung an der Zelloberfläche hängen. Die Neuraminidase wirkt wie eine Schere, die das letzte Band durchtrennt. Genau hier setzen Neuraminidasehemmer wie Oseltamivir und Zanamivir an.
HA und NA sind Hüllproteine. Das Nucleocapsid besteht aus der RNA, dem Nucleoprotein und dem Polymerasekomplex.
HA und NA sind die wichtigsten Oberflächenantigene. Gegen sie bildet der Körper neutralisierende Antikörper. Nach ihnen werden Influenza-A-Viren typisiert. Es gibt zahlreiche HA- und NA-Varianten, und der Subtyp nennt beide: H1N1, H3N2 oder das Vogelgrippevirus H5N1. Die grobe Einteilung in die Typen A, B und C beruht dagegen auf inneren Proteinen.
Wirtsspektrum und Reassortment
Influenza-B-Viren befallen fast nur den Menschen. Influenza A hat ein breites Wirtsspektrum. Es infiziert Menschen und Tiere, vor allem Vögel und Schweine. Wasservögel gelten als natürliches Reservoir. Einige Stämme springen von Tieren auf den Menschen über, etwa H5N1.
Wenn verschiedene Stämme in einem Wirt zusammentreffen, kann ein besonderer Mechanismus greifen.
Austausch ganzer Genomsegmente zwischen zwei Virusstämmen, die dieselbe Zelle infiziert haben. Es ist eine Form der genetischen Rekombination, die nur Viren mit segmentiertem Genom offensteht.
Die Grundlage ist die Segmentierung. Infizieren zwei Stämme dieselbe Zelle, liegen beide Segmentsätze nebeneinander vor. Jedes neue Virion verpackt acht Segmente, gleich welcher Herkunft. So entstehen Nachkommen mit neu gemischtem Genom. Man kann sich das wie zwei Kartenspiele vorstellen, die gemischt und neu ausgeteilt werden.
Schweine eignen sich besonders als Mischgefäß. Ihre Zellen tragen Rezeptoren für Vogel- und für Menschenviren. Diesen Fall zeigt die Abbildung.
Erhält ein Virus dabei ein neues HA- oder NA-Segment, ändert sich der Subtyp sprunghaft. Dieser Antigenshift trifft auf eine Bevölkerung ohne Immunschutz und kann Pandemien auslösen. Das Pandemievirus H1N1 von 2009 vereinte Segmente aus Schweine-, Vogel- und Menschenviren. Kleine Punktmutationen in HA und NA heißen dagegen Antigendrift. Sie machen die jährliche Anpassung des Grippeimpfstoffs nötig. Dem Poliovirus mit seinem unsegmentierten Genom bleibt Reassortment verschlossen.
Quiz
Aussage 1
Influenzaviren schreiben ihr Genom mithilfe einer Reversen Transkriptase in DNA um.
Influenzaviren nutzen eine RNA-abhängige RNA-Polymerase und kopieren RNA direkt in RNA. Reverse Transkriptase ist typisch für Retroviren wie HIV.
Aussage 2
Das Nucleocapsid des Influenzavirus ist aus Hämagglutinin und Neuraminidase aufgebaut.
HA und NA sind Hüllproteine. Das Nucleocapsid besteht aus RNA, Nucleoprotein und Polymerasekomplex.
Aussage 3
Die Neuraminidase löst neu gebildete Viren von der Wirtszelle, indem sie Sialinsäure abspaltet.
Ohne Neuraminidase blieben die Viren an der Zelloberfläche hängen. Hier wirken Neuraminidasehemmer wie Oseltamivir.
Aussage 4
Für ein Reassortment muss eine Zelle gleichzeitig mit zwei verschiedenen Influenzastämmen infiziert sein.
Nur dann liegen zwei Segmentsätze nebeneinander vor, aus denen neue Virionen gemischte Kombinationen verpacken.
Aussage 5
Influenzaviren besitzen eine Lipidhülle und ein segmentiertes, einzelsträngiges RNA-Genom.
Als Orthomyxoviren sind sie behüllt, und ihr RNA-Genom ist auf acht Segmente verteilt (Influenza A).
Aussage 6
Influenza-A-Viren infizieren ausschließlich den Menschen.
Influenza A hat ein breites Wirtsspektrum und infiziert Menschen sowie Tiere, vor allem Vögel und Schweine.
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