Viren gehören zu den kleinsten Mikroben, die in der Regel einen Durchmesser zwischen 0,02 und 0,3 Mikrometer haben, obwohl kürzlich mehrere sehr große Viren mit einem Durchmesser von bis zu 1 Mikrometer (z. B. Megavirus, Pandoravirus) entdeckt wurden. 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. Einige hundert verschiedene Viren können den Menschen infizieren.
Viren hängen für ihre Vermehrung komplett von Zellen (bakteriell, pflanzlich oder tierisch) ab. Einige Viren haben eine äußere Hülle aus Proteinen und Lipiden, die einen Proteinkapsidkomplex mit genomischer RNA oder DNA und manchmal Enzymen umgibt, die für die ersten Schritte der viralen Replikation benötigt werden.
Die Klassifikation von Viren erfolgt hauptsächlich nach ihrer Genomsequenz unter Berücksichtigung der Art und Struktur ihres Genoms und ihrer Replikationsmethode, nicht aber nach den Krankheiten, die sie verursachen (siehe Internationales Komitee für Taxonomie der Viren [ICTV]). So gibt es DNA-Viren und RNA-Viren; sowohl DNA- als auch RNA-Viren können Einzel- oder Doppelstränge des genetischen Materials haben. Einzelstrang-RNA-Viren werden weiterhin in solche mit positivsträngiger und solche mit negativsträngiger RNA unterteilt. Positive-Sense-RNA-Viren besitzen ein einzelsträngiges RNA-Genom, das als Boten-RNA (mRNA) dienen kann, die direkt translatiert werden kann, um eine Aminosäuresequenz zu produzieren. Negative-Sense-RNA-Viren besitzen ein einzelsträngiges Negative-Sense-Genom, das zunächst ein komplementäres Positiv-Sense-Antigenom synthetisieren muss, das dann zur Herstellung genomischer Negative-Sense-RNA verwendet wird.
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.
Bestimmte einzelsträngige RNA-Viren mit positivem Strang, die als Retroviren bezeichnet werden, verwenden eine ganz andere Replikationsmethode. Beispiele für Retroviren sind humane Immunschwächeviren und die humanen T-Zellen-Leukämie-Viren. 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. 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 eine Keimbahnzelle mit einem Retrovirus infiziert ist, kann sich das integrierte Provirus als endogenes Retrovirus etablieren, das auf die Nachkommen übertragen wird. Die Sequenzierung des menschlichen Genoms ergab, dass etwa 8 % des menschlichen Genoms aus endogenen retroviralen Sequenzen bestehen, was auf frühere Begegnungen mit Retroviren im Laufe der menschlichen Evolution hinweist (1). Einige Experten spekulieren, dass einige Erkrankungen mit unklarer Ätiologie, wie Multiple Sklerose, bestimmte Autoimmunerkrankungen und verschiedene Krebsarten durch endogene Retroviren verursacht werden könnten. Einige endogene humane Retroviren bleiben transkriptionell aktiv und produzieren funktionelle Proteine (z. B. die Syncytine, die zur Struktur der menschlichen Plazenta beitragen) (2).
Weil die RNA-Transkription nicht die gleichen Fehlerüberprüfungsmechanismen wie die DNA-Transkription umfasst, neigen RNA-Viren, insbesondere Retroviren, besonders zu Mutationen.
Der Mechanismus der Virusinfektion besteht darin, dass das Virus zuerst an eine oder mehrere Rezeptormoleküle auf der Zelloberfläche der Wirtszelle bindet. 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. DNA-Viren replizieren typischerweise im Kern der Wirtszelle und RNA-Viren replizieren typischerweise im Zytoplasma. 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 führen nach einer kurzen Inkubationszeit zu einer akuten Erkrankung, doch einige verlaufen asymptomatisch oder verursachen leichte Symptome, die möglicherweise nicht erkannt werden. Viele Virusinfektionen werden vom Immunsystem beseitigt, aber einige bleiben in einem latenten Zustand und manche verursachen chronische Erkrankungen.
(Siehe auch Typen von Viruserkrankungen.)
Zeitpunkt der Virusinfektionen
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:
Papovaviren (bestehend aus 2 Untergruppen: Papilloma- und Polyomaviren)
Das Ebola-Virus scheint an den immunologisch privilegierten Stellen im menschlichen Körper zu persistieren (z. B. Hoden, Augen) (3).
Einige Erkrankungen werden durch die virale Reaktivierung im ZNS nach einer sehr langen Latenzzeit verursacht. Zu diesen Krankheiten gehören:
Progressive multifokale Leukoenzephalopathie (aufgrund des JC [John Cunningham]-Virus, einem Polyomavirus)
Subakute sklerosierende Panenzephalitis (aufgrund des Masern-Virus)
Progressive Röteln- Panenzephalitis (aufgrund von Rötelnvirus)
Gürtelrose (aufgrund des Varicella-Zoster-Virus)
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.
Übertragungswege von Viren
Der Übertragungsmodus variiert je nach Virus, und einige Viren können durch mehr als einen Übertragungsmodus verbreitet werden.
Viren, die primär Menschen infizieren, breiten sich oft über die Atemwege aus. Dies kann geschehen, wenn eine infizierte Person Atemwegströpfchen durch Sprechen, Niesen oder Husten ausstößt. Die Tröpfchen legen eine kurze Strecke zurück und können andere Personen über Schleimhautoberflächen wie Augen, Nase oder Mund infizieren (z. B. Influenza, Respiratorisches Synzytialvirus [RSV]). Bei der aerogenen Übertragung bleiben Tröpfchen oder Partikel über einen längeren Zeitraum und eine größere Entfernung in der Luft und verursachen eine Infektion, wenn sie von einer anderen Person eingeatmet werden (z. B. Masern, Varizella-Zoster-Virus). SARS-CoV-2 kann sich durch Tröpfchen- oder Luftübertragung ausbreiten.
Eine Übertragung durch Infektionsträger findet statt, wenn Oberflächen (z. B. Türklinken, Tische, medizinische Geräte) durch direkte Ausscheidung von Krankheitserregern oder durch Handkontakt mit infizierten Personen kontaminiert werden (z. B. Norovirus, Rhinovirus).
Eine fäkal-orale Übertragung ist ebenfalls häufig und erfolgt, wenn fäkales Material Lebensmittel, Wasser oder Hände kontaminiert und aufgenommen wird (z. B. Norovirus, bestimmte Enteroviren).
Die Übertragung durch Blut erfolgt durch die Übertragung von Viren über Blut oder andere Körperflüssigkeiten (z. B. HIV, Hepatitisviren A, B, C und E). Bestimmte Arboviren können auch durch Blut oder Körperflüssigkeiten übertragen werden, darunter Chikungunya, Dengue, West-Nil und Zika. Wegen des Risikos von blutübertragbaren Viren wird Blut, das für Transfusionen entnommen wird, streng getestet (siehe Tabelle Infektionskrankheiten-Übertragungstests).
Die mütterlich-fetale (vertikale) Übertragung kann von einer infizierten schwangeren Person (oft eine Primärinfektion) auf einen Fetus während der Schwangerschaft erfolgen. Eine Übertragung kann auch durch den Kontakt mit infiziertem Blut oder Vaginalsekret während der Geburt oder über die Muttermilch erfolgen.
Die sexuelle Übertragung einiger Viren kann über Blut oder Körperflüssigkeiten (z. B. Vaginalsekret, Sperma) über Schleimhautkontakt erfolgen (z. B. humanes Papillomavirus, Herpes-simplex-Virus, Zika, Ebola).
Das Zytomegalievirus und das Epstein-Barr-Virus sind die am häufigsten durch Gewebetransplantation übertragenen Viren. Andere Viren dieser Art sind:
Tollwut (rabies)
Viele Viren werden über Arthropodenvektoren wie Mücken (z. B. Chikungunya und Zika) und Zecken (z. B. Zeckenenzephalitis-Virus) übertragen (siehe Weltgesundheitsorganisation (WHO): Durch Vektoren übertragene Krankheiten). Insekten können auch Überträger bakterieller oder parasitärer Krankheitserreger sein, und Fledermäuse wurden kürzlich als Wirte vieler Säugetierviren identifiziert, am häufigsten Tollwut, aber auch Viren, die für andere schwere Infektionen beim Menschen verantwortlich sind (z. B. SARS-CoV-2, Ebola).
Zoonoseviren vermehren sich in Tieren und werden dann auf den Menschen übertragen, entweder direkt oder durch Vektoren oder Zwischenwirte. So kann beispielsweise das Middle East Respiratory Virus (MERS-CoV) von Dromedarkamelen durch direkten Kontakt mit infizierten Kamelen auf den Menschen übertragen werden. Vögel sind das primäre Reservoir für das West-Nil-Virus; Stechmücken, die sich von infizierten Vögeln ernähren, werden zu Vektoren, und eine infizierte Stechmücke kann das Virus auf Menschen und andere Säugetiere übertragen.
Viren und Tumorerkrankungen
Einige Viren sind onkogen und verursachen direkt bestimmte Karzinome oder prädisponieren dafür:
Humanes Immundefizienzvirus (HIV):Kaposi-Sarkom, Non-Hodgkin-Lymphom, Zervixkarzinom, Hodgkin-Lymphom und Karzinome von Mund, Hals, Leber, Lunge und Anus
Humanes Papillomavirus (HPV): Zervixkarzinom, Peniskarzinom, Vaginakarzinom, Analkarzinom, oropharyngeales Karzinom, und Ösophaguskarzinom
Eine Infektion mit dem humanen T-Zell-lymphotropen Virus 1: Spezielle Arten von humaner Leukämie und Lymphome.
Epstein-Barr-Virus: Nasopharynxkarzinom, Burkitt-Lymphom, Hodgkin-Lymphom und Lymphome bei immunsupprimierten Empfängern von transplantierten Organen.
Hepatitis B- und Hepatitis C- Viren: Hepatozelluläres Karzinom
Das humane Herpesvirus 8: Kaposi-Sarkom, das Primäre Effusionslymphom der serösen Höhlen (BCBL = Body Cavity-Based Lymphoma) und der Morbus Castleman (eine lymphoproliferative Erkrankung).
Literatur
1. Suntsova M, Garazha A, Ivanova A, Kaminsky D, Zhavoronkov A, Buzdin A. Molecular functions of human endogenous retroviruses in health and disease. Cell Mol Life Sci. 2015;72(19):3653-3675. doi:10.1007/s00018-015-1947-6
2. Dupressoir A, Lavialle C, Heidmann T. From ancestral infectious retroviruses to bona fide cellular genes: role of the captured syncytins in placentation. Placenta. 33(9):663-671, 2012. doi:10.1016/j.placenta.2012.05.005
3. Schindell BG, Webb AL, Kindrachuk J. Persistence and sexual transmission of filoviruses. Viruses. 10(12):683, 2018. doi: 10.3390/v10120683
Diagnose von viralen Infektionen
Virusinfektionen und assoziierte Krankheiten können auf verschiedene Weise diagnostiziert werden, unter anderem
Klinisch aufgrund der wahrscheinlichen Expositionsanamnese, insbesondere während einer Epidemie (z. B. bei Influenza, Norovirus, SARS-CoV-2) oder charakteristischen Symptomen oder Anzeichen (z. B. bei Masern, Röteln, Roseola infantum, Erythema infectiosum und Windpocken)
Untersuchung von Blut oder anderen Proben (z. B. Sputum)
Die Labortestverfahren für Viren variieren je nach Virus und der Verfügbarkeit innerhalb eines Gesundheitssystems. Optionen
Nukleinsäure-Amplifikationstests (NAATs), einschließlich Polymerase-Kettenreaktion (PCR) -Methoden, erkennen ein spezifisches Virus
Antigen-Nachweistests für virale Proteine
Die Serologie weist Antikörper nach
Die Viruskultur züchtet Viren in Zellkulturen
Direkter Fluoreszenz-Antikörper-Test (DFA) unter Verwendung fluoreszenzmarkierter Antikörper zum Nachweis viraler Antigene
Eine definitive Labordiagnose ist insbesondere notwendig, wenn eine spezifische Therapie hilfreich sein kann oder wenn der Erreger eine Gefahr für die öffentliche Gesundheit darstellt. In den Vereinigten Staaten können die meisten Krankenhauslaboratorien auf viele Viren testen, aber für weniger häufige Erkrankungen (z. B. Tollwut, östliche Pferdeenzephalitis, humanes Parvovirus B19) müssen die Proben an die staatlichen Gesundheitslabore oder an die Centers for Disease Control and Prevention geschickt werden. Bei den untersuchten Proben kann es sich um Blut, Sputum, Gewebe oder andere Proben handeln, je nach Virus und Test.
NAAT sind empfindlich und spezifisch, und die Ergebnisse können je nach Test in 1 bis 2 Stunden oder in 12 oder mehr Stunden vorliegen. Antigentests werden in der Regel für ein schnelles Screening verwendet, und einige liefern Ergebnisse innerhalb von 15 Minuten, aber diese Art von Test kann im Vergleich zu NAAT eine geringere Sensitivität oder Spezifität aufweisen. DFA ist schnell, aber nur für eine begrenzte Anzahl von Viren verfügbar und hat im Vergleich zur PCR eine geringere Sensitivität. Virenkulturen werden seltener verwendet, da sie mehr Zeit in Anspruch nehmen, mehr Schulung erfordern und manchmal eine höhere Sicherheitsstufe erfordern, gelten aber als Goldstandard-Test.
Die serologische Untersuchung auf Antikörper in akuten und rekonvaleszenten Stadien kann empfindlich und spezifisch, aber langsam sein. Bei einigen Viren, insbesondere bei Flaviviren, sind Kreuzreaktionen verwirrend.
Die Histopathologie mit Elektronenmikroskopie (nicht Lichtmikroskopie) kann manchmal charakteristische Zellveränderungen nachweisen.
Für spezifische diagnostische Verfahren siehe Labordiagnose von Infektionskrankheiten.
Behandlung von viralen Infektionen
Antivirale Medikamente
Die Fortschritte in der Entwicklung und Anwendung von antiviralen Medikamenten erfolgen schnell. Die Mechanismen antiviraler Medikamente können auf verschiedene Phasen der viralen Replikation ausgerichtet sein. Sie können
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 (einschließlich SARS-CoV-2), HIV, chronische Hepatitis B und chronische Hepatitis C eingesetzt. Manche Substanzen sind jedoch gegen viele verschiedene Virusarten wirksam. So werden beispielsweise einige gegen HIV wirksame Medikamente auch bei anderen Virusinfektionen wie Hepatitis B eingesetzt.
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.
Bei der Interferontherapie werden die Interferone manchmal an Polyethylenglykol gebunden (pegylierte Formulierungen), was eine langsame, anhaltende Freisetzung ermöglicht.
Zu den viralen Störungen, die mit einer Interferontherapie behandelt werden oder wurden, zählen
Genitalwarzen (Condyloma acuminata), die durch das humane Papillomavirus verursacht werden
Kaposi-Sarkom, das mit einer HIV-Infektion im Spätstadium assoziiert ist
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.
Antikörper
Rekonvaleszentes Serum und monoklonale Antikörper (mAbs) können zur Behandlung einiger Virusinfektionen (z. B. Ebola-Virusinfektion in Zaire, Respiratorisches Synzytialvirus [RSV], Tollwutvirus) verwendet werden.
Prävention von viralen Infektionen
Vakzine
Impfstoffe stimulieren das Immunsystem einer Person, um eine Infektion oder schwere Erkrankung durch ein Virus zu verhindern. Zu den allgemein verwendeten antiviralen Impfstoffen gehören Impfstoffe gegen
Japanische Enzephalitis
Tollwut (rabies)
Frühsommer-Meningoenzephalitis (in den Vereinigten Staaten nicht verfügbar)
Adenovirus-, Pocken- und Mpox-Impfstoffe stehen zur Verfügung, werden aber nur bei Hochrisikogruppen eingesetzt (z. B. bei anfälligen Personen während eines Ausbruchs, Militärpersonal).
Der Ebola-Impfstoff wird bei Ausbrüchen und an Hochrisikopersonen verabreicht.
Der Dengue-Impfstoff ist für die Verwendung bei bestimmten Personen mit einer im Labor bestätigten früheren Dengue-Infektion zugelassen, die in Gebieten leben, in denen Dengue endemisch ist (siehe auch U.S. Centers for Disease Control and Prevention [CDC]: Dengue-Impfstoff).
Es wurden mehrere Impfstoffe zur Prävention von COVID-19, das durch SARS-CoV-2 verursacht wird, entwickelt, darunter mRNA-Impfstoffe und andere Arten von Impfstoffen.
Viruserkrankungen können durch wirksame 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. Durch umfangreiche Impfungen wurde Polio weltweit fast ausgerottet, aber in Gebieten mit unvollständiger Immunisierung treten immer noch Fälle auf. Von 2022 bis 2024 traten die Fälle nur in Pakistan und Afghanistan auf (1). 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 für die Entwicklung von Impfstoffen und die Ausrottung anderer klinisch bedeutender Virusinfektionen (wie HIV) sind gegenwärtig ungewiss.
Passive Immunisierung
Immunglobuline sind für eine passive Immunisierung in bestimmten Situationen verfügbar. Sie können vor der Exposition (z. B. bei Hepatitis A), nach der Exposition (z. B. bei Tollwut, Varizellen, Hepatitis B) und zur Behandlung von Krankheiten (z. B. bei Vaccinatum-Ekzem) eingesetzt werden.
Monoklonale Antikörper gegen RSV (Nirsevimab) sollten zur Vorbeugung von RSV-Infektionen bei allen Säuglingen eingesetzt werden, deren Mütter während der Schwangerschaft nicht gegen RSV geimpft wurden, und werden auch für eine kleine Gruppe von Kleinkindern im Alter von 8 bis 19 Monaten empfohlen, die ein erhöhtes Risiko für schweres RSV haben. (See also CDC: Respiratory Syncytial Virus: Immunizations to Protect Infants).
Monoklonale Antikörper mit Aktivität gegen SARS-CoV-2 stehen für Personen zur Verfügung, deren Immunsystem mäßig bis schwer geschwächt ist und die wahrscheinlich keine ausreichende Immunreaktion auf die COVID-19-Impfung zeigen (siehe Prävention von COVID-19: Monoklonaler Antikörper).
Monoklonale Antikörper werden verwendet, um die durch das Zaire-Orthoebolavirus verursachte Ebola-Viruserkrankung zu behandeln.
Schutzmaßnahmen
Viele virale Infektionen können durch routinemäßige 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
Maske tragen
Körperliche Distanzierung, wenn angemessen (z. B. zur COVID-19-Prävention)
Bei Infektionen mit einem Insektenüberträger (z. B. Stechmücken, Zecken) ist der persönliche Schutz vor Vektorstichen wichtig, z. B. durch Repellenzien, geeignete Kleidung, Fliegengitter an Fenstern und die Beseitigung von offenem stehendem Wasser.
Bei Infektionen wie der Ebola-Virusinfektion ist es eine wichtige Schutzmaßnahme, den Kontakt mit Blut und Körperflüssigkeiten (wie Urin, Kot, Speichel, Schweiß, Erbrochenes, Muttermilch, Fruchtwasser, Sperma und Vaginalflüssigkeiten) von erkrankten Personen zu vermeiden. Der Kontakt mit dem Samen eines Mannes, der sich von einer Infektion mit dem Ebola-Virus erholt hat, sollte vermieden werden, bis ein Test zeigt, dass das Virus aus seinem Samen verschwunden ist.
Hinweis zur Prävention
1. World Health Organization (WHO). Poliomyelitis (Polio). Accessed December 11, 2024.
