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Was sind Viren und wie sind sie aufgebaut?
Viren sind winzige, infektiöse Partikel, die in einer Vielfalt von Formen vorkommen. Die kleinsten Viren haben einen Durchmesser von nur 20 Nanometern (ein Nanometer ist ein Milliardstel eines Meters). Man kann sich diese winzige Grösse kaum vorstellen: Wollte man einen Stecknadelkopf mit Viren füllen, so hätten viele tausend Milliarden Viruspartikel darin Platz! Viren bestehen aus nicht viel mehr als ihrem Erbgut - also den viralen Genen - und einer Proteinhülle (auch «Capsid» genannt), die das Erbgut umschliesst und schützt.
Ein Virus wird anhand der Form seines Erbgutes klassifiziert. Das Erbgut kann entweder wie beim Menschen in Form von DNA vorkommen, oder – und das ist einzigartig für Viren - auch in Form von RNA.
Das Erbgut der Viren ist viel kleiner als das des Menschen: Es gibt Viren, die haben gerade einmal vier Gene (zum Vergleich: der Mensch hat ungefähr 20'000). Andere Viren können einige hundert Gene haben. Weil Viren so minimal ausgestattet sind, können sie sich nicht selbst vermehren. Für die Vermehrung brauchen sie entweder eine menschliche, eine tierische oder eine pflanzliche Wirtszelle.
Die Vielfalt der existierenden Viren ist gross, aber nicht jedes Virus ist für den Menschen gefährlich. Jedes Virus ist spezialisiert auf einen bestimmten Zelltyp, den es infizieren kann. Man nennt dies «Wirtsspezifität». Die Wirtsspezifität der Viren wird durch Wechselwirkungen zwischen Eiweiss-Bestandteilen auf der Virus-Oberfläche und spezifischen Proteinen (sogenannten Rezeptoren) auf der Wirtszellenoberfläche bestimmt. Man kann sich dies wie ein Schlüssel-Schloss-Prinzip vorstellen. Ein Schnupfenvirus hat gewöhnlich nur den richtigen Schlüssel, um in die Zellen der oberen Atemwege einzudringen, ein HI-Virus (HIV) hingegen befällt ausschliesslich eine bestimmte Art weisser Blutzellen. Manche Viren sind nicht ganz so spezifisch, beispielsweise kann das Virus der Schweinegrippe sowohl das Hausschwein als auch den Menschen infizieren. Ein anderes Beispiel ist das gefährliche Tollwutvirus. Es kann unter anderem Nagetiere, Hunde und Menschen infizieren.
Ganz ohne eigenen Stoffwechsel und eigene Proteinsynthese – Warum können sich Viren trotzdem vermehren?
Wenn das Virus an eine Wirtszelle angedockt hat, verschafft sich das Virusgenom Zugang zur Wirtszelle – ein Vorgang der je nach Virusart unterschiedlich verlaufen kann. Manche Viren «injizieren» ihr Erbgut förmlich in die Wirtszelle. Das virale Genom programmiert dann die Wirtszelle deratig um, dass diese nun virale Genome und Capsidproteine produziert. Wenn die Wirtszelle die viralen Nukleinsäuremoleküle und Capsid Proteine hergestellt hat, fügen sich diese zu Hunderten und Tausenden von neuen Viruspartikeln zusammen – das Virus hat sich also stark vermehrt. In der Regel wird die Zelle dann zerstört und die freigesetzten Viren können neue Zellen infizieren. So breitet sich eine virale Infektion aus.
Was sind nun genau RNA Viren?
Wie bereits im ersten Abschnitt dieses Artikels angesprochen, nutzen verschiedene Typen von Viren auch verschiedene Nukleinsäurearten, um ihr Erbgut zu speichern. In der Wissenschaft dient diese Eigenschaft der Einordnung der einzelnen Viren: man spricht von zum Beispiel von DNA Viren, RNA Viren, Doppelstrang und Einzelstrang, plus und minus. Die Gene der RNA Viren bestehen aus RNA und nicht – wie z.B. unsere menschlichen Zellen – aus DNA. Die RNA kann doppelsträngig vorliegen (ähnlich wie wir es von der DNA Doppelhelix unserer Chromosomen kennen) oder auch einzelsträngig. Schliesslich unterscheidet man bei den einzelsträngigen RNA-Viren zusätzlich noch, welcher der beiden Stränge (würde man mit einem Doppelstrang vergleichen) vorliegt. Man spricht hier von der sogenannten Polarität des RNA Strangs, die man als «plus» oder «minus» angibt. Abhängig vom Typ des Erbgutes unterscheidet sich auch die Fortpflanzung der Viren innerhalb einer Zelle.
Viren scheinen immer wieder neu aufzutauchen und Epidemien auszulösen. Das HIV zum Beispiel verbreitete sich zu Beginn der 1980er Jahre, das Ebolafieber brach zwischen 2014 und 2016 in Westafrika aus, die Spanische Grippe wurde von einem Influenzavirus in den Jahren 1918-1920 ausgelöst, oder sehr aktuell ist das Coronavirus Covid-19, das Anfang 2020 zu einer weltweiten Pandemie führte.
Woher kommen solche «neu auftauchenden» Viren?
Als Ursprung eines «neuen» Virus gibt es verschiedene Möglichkeiten. Oft verändert sich (mutiert) ein schon existierendes Virus, das somit als Quelle einer neuen viralen Aubreitung und Erkrankung dienen kann. RNA Viren haben die Eigenschaft, ihre Gensequenzen sehr häufig zu verändern. Grund dafür ist, dass bei der Vermehrung des viralen Erbgutes kein «Korrekturlesen» (so wie es beispielsweise bei der Vermehrung der menschlichen DNA passiert) stattfindet. Übrigens sind die hohen Mutationsraten einer der Gründe, wieso es so schwierig ist geeignete Impfstoffe herzustellen, die gegen virale Krankheiten schützen. Denn es passiert immer wieder, dass während des Zeitfensters, welches Entwicklung, Testen und Produktion eines Impfstoffs einnehmen, sich das Virus bereits leicht verändert hat. Dann kann der neu entwickelte Impfstoff bereits weniger wirksam, möglicherweise sogar wirkungslos gegen die neue Virusvariante sein! Ein bekanntes Beispiel für ein RNA Virus, das sehr häufig mutiert, ist das Grippevirus (Influenza).
Ein weiterer Ursprung neuartiger Viren ist die Verbreitung von Viren von einem Wirtsorganismus zu einem anderen. So können beispielsweise Viren von Tieren auf Menschen übertragen werden - insbesondere, wenn die Viren sich etwas verändern oder wenn Menschen Kontakt mit ungewöhnlichen Wildtieren haben. Ein Beispiel dafür ist das Schweinegrippe-Virus H1N1, das ursprünglich vom Schwein stammt, aber auch von Mensch zu Mensch übertragen werden kann. Oder das neue Coronavirus, welches wahrscheinlich von einem Wildtier auf den Menschen übertragen wurde.
«Neu auftauchende» Viren sind also nicht wirklich «neu», sondern sie existierten bereits zuvor und konnten sich nun plötzlich umfassend ausbreiten – dabei spielen Mutationen, Evolution, und die Anpassung an eine neue Wirtsspezies eine wichtige Rolle.
Für die Entwicklung von Medikamenten und Impfstoffen gegen virale Erkrankungen ist die Erforschung der Viren und deren molekulare Mechanismen von fundamentaler Bedeutung.