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Viren - Was ist ein Virus?
Viren sind organische Strukturen (keine Lebewesen!), die Organismen (Lebewesen) befallen und nutzen, um sich zu vermehren. Solange sie nicht in einer Wirtszelle angekommen sind, spricht man von Virionen (extrazellulär). Erst, wenn sie sich in einem Wirt befinden (in einer Zelle eines lebenden Organismus), spricht man von einem "Virus".
Viren verbreiten sich durch "Übertragung", z.B. durch die Luft, Flüssigkeiten oder Feststoffe. Im Prinzip können sich die winzigen Virionen überall befinden. Wenn Viren (oder Bakterien oder Pilze) einen Organismus befallen, spricht man von einer Infektion.
- Viren, die Prokaryoten (Zellen ohne Zellkern, z.B. Bakterien) als Wirte nutzen, werden Bakteriophagen genannt
- Viren, die Archaeen als Wirte befallen, werden als Archaeophagen bezeichnet
Die Wissenschaft, die sich mit Viren und Virusinfektionen beschäftigt, ist die Virologie. Der Begriff "Virus" leitet sich aus dem lateinischen "virus" ab, wo es "Gift" oder „(salziger) Schleim“ bedeutet. Die Verbreitung eines Virus nennt man auch "viral" (Adjektiv).
Aufbau und Struktur eines Virus
Ein Virus ist keine "Zelle", im Sinne einer funktionellen Stoffwechsel-Einheit. Es handelt sich stattdessen um eine organische, kapselartigen Proteinstrukur, in deren Inneren sich Cytoplasma mit RNA-Sequenzen (manchmal DNA, Doppelstränge) befindet. Die RNA (DNA) dient als Bauplan für die Replikation des Virus in der Wirtszelle.
Wie groß bzw. klein sind Viren?
Viren haben in der Regel eine Größe von rund 40 - 80 Nanometer (nm). Einige Arten sind kleiner (ca. 15-20 nm), andere größer (bis zu 400 nm). 50 Nanometer entspricht 0,05 Mikrometer bzw. 0,00005 Millimeter. Anders herum: Rund 20.000 Viren - in einer geraden Ketten hintereinander gelegt, würden einen Millimeter ergeben. In einen Quadrat-Millimeter würden demnach 20.000 x 20.000 Viren passen, also 400 Millionen.
Viren sind also so winzig klein, dass sie leicht in Zellen lebender Organismen eindringen können.
Das "funktionelle Prinzip" eines Virus
Im Prinzip funktionieren alle Viren gleich: sie enthalten eine RNA-Sequenz, die eine andere Zelle so umprogrammiert, dass sie Replikate dieses Virus herstellt und freisetzt.
Wenn ein Virion in eine Wirtszelle eindringt (das übernehmen die Rezeptor-Proteine auf der Oberfläche eines Virions), dann wird die Viren-RNA in der Zelle freigesetzt. Diese Sequenzen "schwimmen" in die Organellen der Zelle und verdrängen dort die eigentlichen, im Zellkern gebildeten RNA. Die Viren-DNA übernimmt damit die Kontrolle über die RNA_Produktion innerhalb der Zelle. Das bewirkt, dass die Membran-Produktion innerhalb der Zelle nun Viren-Hüllen herstellt. Zudem produziert die Zelle nun Replikate der Viren-RNA. Als drittes werden im Rahmen der Protein-Bio-Synthese nun Hüllenproteine bzw. Rezeptor-Proteine hergestellt, die mit der Membran und dem RNA-Replikat eine neue Viren-Einheit bilden.
Die folgende Grafik zeigt, wie sich die Replikation eines Virions (in der Zelle als Virus) vollzieht:
Beim Coronavirus unterscheidet sich das Replikationsverfahren jedoch in einigen wichtigen Punkten: So wird die Replikation der mRNA nicht im Zellkern, sondern im Cytoplasma. Teile des RNA-Stranges werden in den Ribosomen in Proteine übersetzt, sog. Translation. Dabei werden neben den Oberflächenproteinen des Virus (Spikes etc.) auch Enzyme produziert, die wiederum andere Prozesse ankurbeln.
Unterschiedliche Viren-Arten
Viren unterscheiden sich in zweierlei Hinsicht:
- über die Rezeptor-Proteine, die an bestimmte Wirtszellen andocken können
- über die RNA, die wiederum die Rezeptorproteine codiert.
Ein Virus kann nur dann eine Wirtszelle befallen, wenn es entsprechende Rezeptorproteine gibt, mit denen ein Virus an einer Wirtszelle andocken kann. Nur dann öffnen sich entsprechende Kanäle, wodurch das Virus ins Innere der Zelle eindringen kann. In den allermeisten Fällen ist das nicht der Fall. Für jedes Virus gibt es daher nur eine bestimmte Wirtszellen-Art. Hepatitis-Viren befallen zum Beispiel nur Leberzellen, Influenza-Viren fast nur die Atemwegsschleimhäute.
Viren-Mutationen
Die RNA innerhalb der Viren kann mutieren. Sie verändern dadurch die Art, Wie die Rezeptorzellen aufgebaut sind. Mutation geschieht zufällig. Allerdings können Mutationen durch äußere Einflüsse wahrscheinlicher werden, z.B. durch den Einfluss von äußerer Energie, die die Zellstrukturen "zum Schwingen bringen". Dazu zählt vor allem kurzwellige Strahlung, also zum Beispiel UV-Strahlung, Röntgenstrahlung oder radioaktive Strahlung. Durch Zufall kann so eine Virus entstehen, das nach seiner Replikation dann eine andere Art von Wirtszellen befällt.
Wie viele biologische Prozesse wird das erst in der statistischen Masse zum Problem. Im Laufe von Jahrtausenden entstehen durch Mutation also ev. Milliarden verschiedener Viren-Mutationen, die aber sofort wieder absterben, weil sie keine geeignete Wirtszelle finden.
Nur sehr sehr selten kommt es aber - zufällig - doch zu einem Treffer.
- So kann ein neues Virus entstehen oder
- ein Virus kann eine andere Art von Wirtszellen befallen oder
- ein Virus springt von einer Spezies zu einer anderen über (z.B. von einer Fledermaus zum Menschen)
Aus diesem Grund bleiben Viren eine permanente Bedrohung für die Menschheit. Denn das Immunsystem des Menschen kann nicht alle möglichen Kombinationen von Viren-Rezeptoren und Viren-RNA kennen. Aus diesem Grund besteht immer die Gefahr, dass sich eine neue Virus-Art ausbreitet. Wenn das weltweit geschieht, spricht man von einer Pandemie. Das Virus Sars-Cov-2 ist so eine neue Art (aus der Gruppe der Coronaviren).
Sind Viren Lebewesen oder nicht?
Auch wenn Viren vom Aufbau her keine Lebewesen sind, so besitzen sie doch (als Gesamtheit) typische Merkmale von "Leben". Sie bewegen sich (bzw. werden bewegt), sie nutzen den Stoffwechsel von Wirtszellen und sie können sich (indirekt) vermehren.
In gewisser Weise sind sie so ähnlich wie (Blüten)-Pollen, die vom Wind oder durch Bestäbung auf andere Planzen übertragen werden.
Unterschied zu Bakterien
Ein andere Gruppe von Erregern nennt man Bakterien. Auch sie befallen den Körper und können Krankheiten auslösen. Bakterien sind allerdings echte Lebewesen (Einzeller), sie können selber Stoffwechsel betreiben und sich vermehren. Einige Bakterienarten können sich mit einer sog. Geißel (Flagellum) selber fortbewegen. Die folgende Grafik veranschaulicht die wesentlichen Unterschiede zwischen Viren und Bakterien:
Wie viele Virus-Arten gibt es?
Das Viren so klein sind, dass man sie noch nicht einmal unter dem (Licht-)Mikroskop sehen kann, entdeckt man sie nicht mal eben im Vorübergehen. Selbst wenn man ein Virus unter einem Elektronenmikroskop entdecken würde, wüßte man noch lange nicht, um welche Art es sich handelt. Man entdeckt Viren daher nur durch die exakte Untersuchung von Krankheiten. Aus dem Grund sind die meisten Viren, die heute bekannt sind, solche, die den Menschen als Wirt befallen.
Bislang sind rund 3.000 Viren-Arten bekannt. theoretische gibt es aber potentiell für jedes Lebewesen dieses Planeten (bislang ca. 1,8 Mio. bekannt) mehrere Viren-Arten - hochgerechnet wären das viele Millionen verschiedener Viren-Arten.
Einige Virus-Arten sind:
- Autoimmunerkrankungen (zerstört oder behindert Teile des Immunsystems)
- HIV (Humane Immundefizienz-Virus)
- Grippe:
- Influenza
- Dengue
- Rhinovirus
- Verdauungssystme, Magen-Darm :
- Adenovirus
- Rota-Virus
- Zentrales Nervensystem:
- Tollwut
- Gesamtes Stoffwechselsystem
- Ebola
- Pocken
- Hepatitis B: befällt und zerstört Leberzellen
- Haut, Schleimhäute:
- Herpes
- Covid-19:
Wie gefährlich sind Viren?
Wir sind ununterbrochen von Viren umgeben - und leben trotzdem noch. Natürlich sind einige Viren-Arten tatsächlich hochansteckend und können lebensgefährliche Erkrankungen auslösen. Dennoch gibt es keinen Grund, in Panik zu verfallen. Das körpereigene Immunsystem lebt seit Jahrmillionen mit der Bekämpfung von Viren.
Wie bekämpft der Körper Viren?
Ziel des Erregers ist es, in den Organismus einzudringen und sich dort zu vermehren. Da der Körper vielerlei Erregern ausgesetzt ist, verfügt er über ein breites, fein abgestimmtes Abwehrsystem (Immunsystem), um die Eindringlinge zu bekämpfen und außer Gefecht zu setzen. Dazu gehören vor allem die verscheidene Arten der Leukozyten, die einen Großteil der Immunzellen ausmachen. Siehe dazu:
- Lymphozyten
- Monozyten / Makrophagen (Fresszellen)
- Neutrophile Granulozyten
- Eosinophile Granulozyten
- Basophile Granulozyten
Allerdings sind nicht alle Erreger von vornherein "schädlich". Vor allem im Darm siedeln zahlreiche Bakterien, ohne die eine richtige Verdauung nicht möglich wäre. Der Körper bildet mit diesen Mikroorganismen also eine Symbiose - er wird sie desahlb nicht durch das Immunsystem abwehren und zerstören. Letztlich gibt es für viele Mikroorganismen ein wohldosierte Gleichgewicht.
Kann man Viren mit Medikamenten bekämpfen?
Nein. Viren sind "organische Substanzen". Man kann sie (noch) nicht gezielt direkt mit Wirkstoffen bekämpfen. Bislang besteht der therapeutische Weg darin, die Ausbreitung (Vermehrung) von Viren zu bremsen oder zu stoppen (sog. Virostatikum). Dafür werden Enzyme blockiert, die für die Vermehrung der DNA-Sequenzen erforderlich sind.
Impfung
Bei einer Impfung wird der Körper auf ein Virus vorbereitet und trainiert, damit er frühzeitig ausreichend Abwehrkräfte bilden kann.
Aktuell: Coronavirus Sars-CoV-2
Das Virus Sars CoV 2 gehört zu der Gruppe der Coronaviren. Es wird von Mensch zu Mensch durch Tröpfchen-Infektion übertragen. Der Erreger befällt dann die Schleimhäute der Atemwege (Mund- und Nasenschleimhäute). Auch eine Übertragung durch Schmierinfektion ist möglich (z.B. über die Hände). Die Inkubationszeit (Zeitraum von der Infektion bis zum Ausbruch von Symptomen) beträgt rund 5 bis 7 Tage, in Ausnahmen bis zu 14 Tage.
- Mehr zum Thema Coronavirus Sars-CoV-2.
- In dem Zusammenhang auch wichtig: Was ist eine Tröpfcheninfektion?
Fieber bei Grippe
Fieber ist einer der häufigsten Gründe für den Arztbesuch. Besonders in den Wintermonaten breiten sich die Grippeviren aus, die von den meisten Menschen mit entsprechendem Fieber bekämpft werden. Gerade Grippeviren sind sehr hartnäckig und sie vermehren sich rapide schnell im Körper, so dass es entsprechend aufwändig ist, die Leukozyten-Produktion hochzufahren, damit mehr Abwehrzellen da sind als Angreifer. (sieh dazu: Leukozytose; Blutwert Leukozyten erhöht). In dieser Phase reagiert der Organismus fiebrig - und es ist oft das Beste und Einfachste, das zu ertragen.
Ältere Menschen können oft nicht mehr angemessen mit Fieber reagieren, daher ist die Grippe-Gefahr für sie am größten. Aus diesem Grund wird älteren Menschen oft empfohlen, sich impfen zu lassen. Mehr zum Thema Fieber.
Computer-Virus
Aufgrund der oben dargestellten Eigenschaften wurde der Begriff "Virus" auch für besimmte Code-Fragmente übernommen, die sich in digitalen Medien eigenständig verbreiten.
Ein Computer-Virus:
- verbreitet sich durch infinzierte Systeme
- besteht aus Programm-Code, der sich in anderen Programm-Code heineinlegt
- verändert das bestehende Programm dahingehend, dass es den Virus weiterverbreitet
Häufig werden Computer-Viren benutzt, um noch weitere Schadsoftware (Maleware) auf dem System nachzuladen und zu installieren.
Ressourcen / Weiterlesen
- Spektrum.de: Zehn der gefährlichsten Viren der Welt
- Wikipedia: Viren
- Spiegel.de: HIV: Zweiter Patient weltweit von HIV befreit
- Apotheken-Umschau: Der Unterschied zwischen Bakterien und Viren
Weitere interessante Artikel
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