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Viren im Überblick

Von

Laura D Kramer

, PhD, Wadsworth Center, NYSDOH

Inhalt zuletzt geändert Feb 2018
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Viren sind die kleinsten Parasiten, typischerweise im Bereich von 0,02 bis 0,3 μm, obwohl vor kurzem mehrere sehr große Viren, die bis zu 1 μm lang sind (Megavirus, Pandoravirus) entdeckt worden sind. Viren hängen für ihre Vermehrung komplett von Zellen (bakteriell, pflanzlich oder tierisch) ab. Viren haben eine äußere Abdeckung aus Protein und manchmal Lipid, einen RNA- oder DNA-Kern und manchmal Enzyme, die für die ersten Schritte der viralen Replikation notwendig sind.

Viren werden hauptsächlich nach der Art und der Struktur ihres Genoms und ihrem Replikationsverfahren klassifiziert, nicht aufgrund der Krankheiten, die sie verursachen. Somit gibt es DNA-Viren und RNA-Viren; beide Typen können Einzel- oder Doppelstränge genetischen Materials haben. Einzelstrang-RNA-Viren werden weiterhin in diejenigen mit (+)-Sense- und solche mit (-)-Sense-RNA unterteilt. DNA-Viren replizieren typischerweise im Kern der Wirtszelle und RNA-Viren replizieren typischerweise im Zytoplasma. Allerdings nutzen bestimmte Einzelstrang-(+)-Sense-RNA-Viren, die als Retroviren bezeichnet werden, eine ganz andere Replikationsmethode.

Retroviren verwenden reverse Transkription, um eine doppelsträngige DNA-Kopie (ein Provirus) ihres RNA-Genoms zu erstellen, das in das Genom der Wirtszelle eingefügt wird. Reverse Transkription erfolgt unter Verwendung des Enzyms reverse Transkriptase, das das Virus in seiner Schale mit sich trägt. Beispiele für Retroviren sind humane Immunschwächeviren und die humanen T-Zellen-Leukämie-Viren. Sobald das Provirus in die DNA der Wirtszelle integriert ist, wird es unter Verwendung typischer zellulärer Mechanismen transkribiert, um virale Proteine und genetisches Material zu produzieren. Wenn die infizierte Zelle zur Keimbahn gehört, kann das integrierte Provirus als ein endogenes Retrovirus, das auf Nachkommen übertragen wird, etabliert werden.

Die Sequenzierung des menschlichen Genoms zeigte, dass mindestens 1% des menschlichen Genoms aus endogenen retroviralen Sequenzen besteht, was vergangene Begegnungen mit Retroviren im Verlauf der menschlichen Evolution anzeigt. Einige endogene humane Retroviren bleiben transkriptionell aktiv und produzieren funktionelle Proteine (z. B. die Syncytine, die zur Struktur der menschlichen Plazenta beitragen). Einige Experten spekulieren, dass einige Erkrankungen mit unklarer Ätiologie, wie Multiple Sklerose, bestimmte Autoimmunerkrankungen und verschiedene Krebsarten durch endogene Retroviren verursacht werden könnten.

Weil die RNA-Transkription nicht die gleichen Fehlerüberprüfungsmechanismen wie die DNA-Transkription umfasst, neigen RNA-Viren, insbesondere Retroviren, besonders zu Mutationen.

Damit es zu einer Infektion kommt, muss das Virus sich zunächst an ein oder eines von mehreren Rezeptormolekülen auf der Oberfläche der Wirtszelle anheften. Dann betritt die virale DNA oder RNA die Wirtszelle und trennt sich von der äußeren Hülle („uncoating“) und repliziert sich innerhalb der Wirtszelle in einem Prozess, der unter Beteiligung spezifischer Enzyme abläuft. Die neu synthetisierten viralen Komponenten bauen sich dann zu einem kompletten Viruspartikel auf. Oft stirbt die Wirtszelle ab und setzt neue Viren frei, die wiederum andere Wirtszellen infizieren. Jeder Schritt der viralen Replikation umfasst andere Enzyme und Substrate und bietet eine Möglichkeit, in den Infektionsvorgang einzugreifen.

Die Folgen der Virusinfektion sind sehr unterschiedlich. Viele Infektionen verursachen eine akute Erkrankung nach einer kurzen Inkubationszeit, aber einige sind asymptomatisch oder verursachen nur leichte Symptome, die nicht oder nur im Nachhinein erkannt werden können. Viele virale Infektionen werden durch die körpereigenen Abwehrkräfte komplett eliminiert, aber einige bleiben in einem latenten Zustand und manche verursachen chronische Erkrankungen.

Bei einer latenten Infektion verbleibt die virale RNA oder DNA in Wirtszellen, repliziert jedoch nicht und verursacht über einen langen Zeitraum keine Krankheit, manchmal über viele Jahre hinweg. Eine latent Virusinfektionen kann während der asymptomatischen Periode übertragbar sein, was die Verbreitung von Mensch zu Mensch erleichtert. Manchmal bewirkt ein Trigger (insbesondere Immunsuppression) eine Reaktivierung.

Zu den häufigsten Viren, die latent bleiben, gehören

Chronische Virusinfektionen zeichnen sich durch kontinuierliche, lang anhaltende Virusausscheidungen aus; Beispiele sind die kongenitale Infektion mit dem Röteln-Virus oder mit dem Cytomegalovirus und persistierende Hepatitis B oder C. HIV kann sowohl latente als auch chronische Infektionen verursachen.

Einige Erkrankungen werden durch die virale Reaktivierung im ZNS nach einer sehr langen Latenzzeit verursacht. Zu diesen Krankheiten gehören

Die variante Creutzfeldt-Jakob-Krankheit und BSE wurden früher als langsame Viruserkrankungen bezeichnet, weil sie längere Inkubationen (Jahre) haben. Inzwischen ist aber bekannt, dass sie durch Prionen verursacht werden; Prionen sind proteinhaltige Krankheitserreger, die nicht bakteriell, pilzbedingt oder viral sind und die kein genetisches Material enthalten.

Einige hundert verschiedene Viren können den Menschen infizieren. Viren, die primär Menschen infizieren, breiten sich oft über respiratorische Sekrete und enterische Ausscheidungen aus. Einige werden sexuell und durch Bluttransfer (z. B. über Transfusion, Schleimhautkontakt oder Punktion mit einer kontaminierten Nadel) oder durch Gewebetransplantation übertragen. Viele Viren werden durch Nagetier- oder Arthropodvektoren übertragen und Fledermäuse sind vor kurzem als Träger für fast alle Säugetierviren identifiziert worden, darunter einige, die für bestimmte schwere humane Infektionen verantwortlich sind (z. B. schweres akutes respiratorisches Syndrom [SARS]).

Viren kommen weltweit vor, ihre Ausbreitung wird jedoch durch angeborene Resistenz, früher durchgemachte Infektionen oder vorherige Impfungen, sanitärhygienische und andere Maßnahmen des öffentlichen Gesundheitsdienstes sowie die prophylaktische Gabe von antiviralen Medikamenten beeinflusst.

Der Lebenszyklus zoonotischer Viren spielt sich hauptsächlich in Tieren ab; Menschen sind sekundäre oder akzidentelle Wirte. Diese Viren sind auf Gebiete und Umgebungen beschränkt, die in der Lage sind, ihren nichtmenschlichen Infektionszyklus zu gewährleisten (Vertebraten, Arthropoden oder beide).

Viren und Tumorerkrankungen

Einige Viren sind onkogen und prädisponieren für bestimmte maligne Tumore:

Diagnose

Einige Viruserkrankungen können wie folgt diagnostiziert werden:

Eine definitive Labordiagnose ist insbesondere notwendig, wenn eine spezifische Therapie hilfreich sein kann oder wenn der Erreger eine Gefahr für die öffentliche Gesundheit darstellt (z. B. pandemische Influenza, HIV). Virologische Laboratorien an Krankenhäusern können meist auf einige Viren hin testen, aber für weniger häufige Erkrankungen (z. B. Tollwut, östliche Pferdeenzephalitis, humanes Parvovirus B19), müssen die Proben zu staatlichen Referenzlaboratorien gesendet werden. (Anmerkung der Redaktion: z. B. Friedrich-Löffler-Institut, Robert-Koch-Institut)

Die serologische Untersuchung in akuten und rekonvaleszenten Stadien kann empfindlich und spezifisch, aber langsam sein. Bei einigen Viren, insbesondere bei Flaviviren, sind Kreuzreaktionen verwirrend. Die Diagnosestellung kann manchmal durch Viruskultur, PCR oder Virusantigennachweise beschleunigt werden. Gelegentlich kann eine Histopathologie mit Elektronenmikroskopie (nicht Lichtmikroskopie) helfen. Für spezifische diagnostische Verfahren, Einführung zur Labordiagnose der Infektionskrankheit.

Virale Genome sind klein; das Genom von RNA-Viren liegt im Bereich von 3,5 Kilobasen (einige Retroviren) bis 27 Kilobasen (einige Reoviren) und das Genom von DNA-Viren liegt im Bereich von 5 Kilobasen (einige Parvoviren) bis 280 Kilobasen (einige Pockenviren). Diese überschaubare Größe zusammen mit den aktuellen Fortschritten in der Nukleotid-Sequenzanalyse-Technologie bedeuten, dass die teilweise und komplette Sequenzierung von Virus-Genomen ein wesentlicher Bestandteil epidemiologischer Untersuchungen von Krankheitsausbrüchen werden wird.

Therapie

Antivirale Medikamente

Die Anwendung antiviraler Substanzen macht rasche Fortschritte. Eine antivirale Chemotherapie kann auf verschiedene Phasen der Virusreplikation gerichtet sein. Es kann

  • Beeinträchtigung der Anlagerung von viralen Partikeln an Wirtszellmembranen oder Entschichten von viralen Nukleinsäuren

  • Inhibieren Sie einen zellulären Rezeptor oder Faktor, der für die virale Replikation benötigt wird

  • Blockieren Sie spezifische viruskodierte Enzyme und Proteine, die in den Wirtszellen produziert werden und die für die virale Replikation essentiell sind, aber nicht für den normalen Stoffwechsel der Wirtszellen

Antivirale Medikamente werden am häufigsten therapeutisch oder prophylaktisch gegen Herpesviren (einschließlich Zytomegaloviren), respiratorische Viren, HIV, chronische Hepatitis B und chronische Hepatitis C eingesetzt. Manche Substanzen sind jedoch gegen viele verschiedene Virusarten wirksam. Einige gegen HIV wirksame Substanzen werden bei anderen viralen Infektionen wie z. B. Hepatitis-B verwendet.

Interferone

Interferone sind Substanzen, die von infizierten Wirtszellen als Antwort auf virale oder andere Fremdantigene freigesetzt werden.

Es gibt viele verschiedene Interferone, die zahlreiche Effekte haben wie z. B. Blockierung der Translation und Transkription viraler RNA und Beendigung der viralen Replikation, ohne physiologische Zellfunktionen zu stören.

Interferone werden manchmal gekoppelt an Polyethylenglykol (pegylierte Form) gegeben, was eine langsame und anhaltende Interferonfreisetzung erlaubt.

Zu den viralen Störungen, die mit einer Interferontherapie behandelt werden oder wurden, zählen

Die Nebenwirkungen der proinflammatorisch wirkenden Interferone beinhalten Fieber, Schüttelfrost, Schwäche und Myalgien, beginnend typischerweise 7–12 Stunden nach der ersten Injektion und bis zu 12 Stunden anhaltend. Ebenso kann es zu Depressionen und einer Hepatitis kommen, bei hoher Dosierung auch zu einer Knochenmarksuppression.

Prävention

Vakzine

Vakzine beruhen auf der Induktion oder Stimulierung der natürlichen, spezifischen Immunität. Zu den viralen Vakzinen, die allgemein verwendet werden, gehören Hepatitis A, Hepatitis B, das humane Papillomavirus, Influenza, Japanische Enzephalitis, Masern, Mumps, Poliomyelitis, Tollwut, Rotavirus, Röteln, Varizellen, Gelbfieber. Vakzine gegen Adenoviren und Pocken sind verfügbar, werden jedoch nur bei Hochrisikogruppen (z. B. militärische Rekruten) angewendet.

Viruserkrankungen können durch gute Impfstoffe ausgemerzt werden. Pocken wurden 1978 ausgerottet und die Rinderpest (durch ein Virus, das eng mit dem menschlichen Masernvirus verwandt ist, verursacht) wurde im Jahr 2011 ausgerottet. Poliomyelitis ist in beinahe allen Ländern ausgemerzt worden; nur in einigen Ländern behindern Logistik und religiöse Gefühle weiterhin die Impfung. Masern sind in einigen Teilen der Welt nahezu ausgerottet worden, vor allem auf dem amerikanischen Kontinent, aber weil Masern sehr ansteckend sind und die Impfungsabdeckung selbst in Regionen, in denen sie als ausgerottet gilt, unvollständig ist, steht eine endgültige Ausrottung nicht unmittelbar bevor.

Die Aussichten auf die Beseitigung anderer hartnäckigerer Virus-Infektionen (wie etwa HIV) sind derzeit ungewiss.

Immunglobuline

Immunglobuline ( Passive Immunisierung) sind für eine passive Immunisierung in bestimmten Situationen verfügbar. Sie können präexpositionell verwendet werden (z. B. bei Hepatitis A), postexpositionell (z. B. bei Tollwut oder Hepatitis) und zur Behandlung von Erkrankungen (z. B. Ekzema vaccinatum).

Schutzmaßnahmen

Viele virale Infektionen können durch vernünftige Schutzmaßnahmen (die abhängig sind von der Übertragungsart eines bestimmten Wirkstoffs) verhindert werden.

Wichtige Maßnahmen sind

  • Händewaschen

  • Angemessene Zubereitung und Wasseraufbereitung

  • Vermeidung von Kontakt mit kranken Menschen

  • Safer-Sex-Praktiken

Bei Infektionen, bei denen Insekten als Vektor dienen (z. B. Stechmücken, Zecken), ist die Vermeidung oder Abwehr dieser Vektoren wichtig.

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