Ultraschall in der Virusforschung

Wissenswertes

Coronavirus

Der Begriff Coronavirus umfasst einen ganzen Zweig des Virusstammbaums, einschließlich der krankheitserregenden Erreger hinter SARS (schweres akutes respiratorisches Syndrom), MERS (Middle Eastern Respiratory Syndrome) und mehreren anderen Varianten. Wenn man vom "Coronavirus" spricht und sich auf einen gefährlichen Virusstamm bezieht, kann man das mit "Säugetier" vergleichen, wenn man "Grizzlybär" meint. Es ist fachlich korrekt, aber sehr unspezifisch.

Viren

Ein Virus ist ein kleines infektiöses Partikel, das eine Wirtszelle benötigt, um sich zu vermehren. Viren dringen in lebende Zellen eines Organismus ein, von Tieren und Pflanzen bis hin zu Mikroorganismen, einschließlich Bakterien und Archaeen.

Virusformen, -größen und -typen

In der Regel sind Viren deutlich kleiner als Bakterien. Die meisten Viren, die bisher untersucht wurden, haben einen Durchmesser zwischen 20 und 300 Nanometern. Da die meisten Viren aus so winzigen Partikeln bestehen, hat ein optisches Mikroskop nicht genügend Vergrößerung, um sie sichtbar zu machen. Um Viren zu sehen und zu untersuchen, sind Raster- und Transmissionselektronenmikroskope (REM bzw. TEM) erforderlich.

Zusammensetzung eines Virions

Ein vollständiges Viruspartikel wird als Virion bezeichnet. Ein solches Virion besteht aus einem inneren Kern aus Nukleinsäure, die entweder Ribonukleinsäure oder Desoxyribonukleinsäure (RNA oder DNA) sein kann. Die Nukleinsäure ist von einer schützenden äußeren Proteinhülle umgeben, die als Kapsid bezeichnet wird. Ein Kapsid besteht aus identischen Proteinuntereinheiten, den Kapsomeren. Der Kern des Virions verleiht dem Virus Infektiosität, während das Kapsid Spezifität für das Virus verleiht. Prionen sind infektiöse Proteinmoleküle, die keine virale DNA oder RNA enthalten.

Umhüllte vs. nackte Viren

Viren, die eine Lipidhülle haben, werden als behüllte Viren bezeichnet. Die sogenannte Hülle ist eine Lipidbeschichtung, die das Proteinkapsid umgibt. Viren übernehmen während des Knospenprozesses die Hülle von der Wirtszellmembran. Beispiele für behüllte Viren sind SARS-CoV-2, HIV, HSV, SARS oder Pocken.
Nackte Viren haben diese Hülle nicht, weil sie die Zelle verlassen, indem sie sie lysieren. Einige Viren können jedoch eine "Quasi-Hüllkurve" entwickeln, die das virale Kapsid vollständig umschließt, aber frei von viralen Glykoproteinen ist. Beispiele für nackte Viren sind Polioviren, Nodaviren, Adenoviren und SV40.

Virus-Morphologie

Es werden vier morphologische Haupttypen unterschieden, nämlich Helical, Icosahedr, Prolate und Envelope. Darüber hinaus gibt es sogenannte komplexe Virusmorphologien.
Die Morphologie eines Virus wird durch das Kapsid und seine Form definiert. Das Kapsid besteht aus Proteinen, die vom viralen Genom kodiert werden. Die Kapsidform ist die Grundlage für die morphologische Unterscheidung. Viroral kodierte Proteinuntereinheiten, die als Kapsomere bezeichnet werden, ordnen sich selbst zu einem Kapsid zusammen, was normalerweise das Vorhandensein des Virusgenoms erfordert.
Helical-Viren: Helix-Viren haben eine Kapsidform, die als filamentös oder stäbchenförmig beschrieben werden kann. Die spiralförmige Form weist einen zentralen Hohlraum auf, in dem die Nukleinsäure eingeschlossen ist. Je nach Anordnung der Capsomere verleiht die spiralförmige Form dem Viruskapsid Flexibilität oder Steifigkeit.
Ikosaedrische Viren: Das Kapsid des ikosaedrischen Virus besteht aus identischen Untereinheiten (Kapsomeren), die gleichseitige Dreiecke bilden, die wiederum symmetrisch angeordnet sind. Die ikosaedrische Form sorgt für eine sehr stabile Kapsidbildung und bietet viel Platz für die Nukleinsäure.
Prolat-Viren: Die prolate Form ist eine Variante der ikosaedrischen Form und kommt bei Bakteriophagen vor.
Behüllte Viren: Einige Viren haben eine Hülle aus Phospholipiden und Proteinen. Um die Hülle zusammenzusetzen, verwendet das Virus Teile der Zellmembran seines Wirts. Die Hülle fungiert als Schutzhülle des Kapsids und trägt so dazu bei, das Virus vor dem Immunsystem des Wirts zu schützen. Die Hülle kann auch Rezeptormoleküle enthalten, die es dem Virus ermöglichen, sich an Wirtszellen zu binden und die Infektion von Zellen zu erleichtern. Einerseits erleichtert eine virale Hülle die Infektion von Zellen; Auf der anderen Seite macht die Virushülle das Virus anfälliger für die Inaktivierung durch Umwelteinflüsse wie Reinigungsmittel (z. B. Seife), die die Lipidbausteine der Hülle stören.
Komplexe Viren: Ein komplexes Virus wird durch eine Kapsidstruktur bestimmt, die weder rein helikal noch rein ikosaeder ist. Darüber hinaus können komplexe Viren zusätzliche Bestandteile wie Proteinschwänze oder eine komplexe Außenwand aufweisen. Viele Phagenviren sind für ihre komplexe Struktur bekannt, die einen ikosaedrischen Kopf mit einem spiralförmigen Schwanz kombiniert.

Virus-Genom

Virale Spezies weisen eine gigantische Vielfalt an genomischen Strukturen auf. Die Gruppe der Virusarten enthält eine größere strukturelle genomische Vielfalt als Pflanzen, Tiere, Archaeen oder Bakterien. Es gibt Millionen verschiedener Arten von Viren, wobei bisher nur etwa 5.000 Typen detailliert beschrieben wurden. Dies lässt einen großen Raum für die zukünftige Virusforschung.