Das Virologie Es ist der Zweig der Biologie, der den Ursprung, die Entwicklung, die Klassifizierung, die Pathologie sowie die biomedizinischen und biotechnologischen Anwendungen von Viren untersucht. Viren sind kleine Partikel von 0,01 bis 1 um, deren genetische Information ausschließlich für ihre eigene Replikation bestimmt ist..
Die Gene von Viren werden von der molekularen Maschinerie der infizierten Zelle für ihre Vermehrung entschlüsselt. Viren sind daher obligate intrazelluläre Parasiten, die von den Stoffwechselfunktionen lebender Zellen abhängen..
Das am häufigsten vorkommende genetische Material auf dem Planeten entspricht dem von Viren. Sie infizieren andere Viren und alle Lebewesen. Immunsysteme verteidigen sich nicht immer erfolgreich gegen Viren: Einige der verheerendsten Krankheiten von Mensch und Tier werden durch Viren verursacht.
Menschliche Viruserkrankungen umfassen Gelbfieber, Polio, Influenza, AIDS, Pocken und Masern. Viren sind an etwa 20% der Krebserkrankungen beim Menschen beteiligt. Jedes Jahr töten virale Atemwegs- und Darminfektionen Millionen von Kindern in Entwicklungsländern.
Einige Viren eignen sich zur Typisierung von Bakterien, als Enzymquellen, zur Schädlingsbekämpfung, als antibakterielle Wirkstoffe, zur Krebsbekämpfung und als Genvektoren.
Artikelverzeichnis
Im späten 19. Jahrhundert stellten Martinus Beijerinck und Dmitri Ivanovski unabhängig voneinander fest, dass bakterienfreie Filtrate aus erkrankten Tabakpflanzen ein Mittel enthielten, das gesunde Pflanzen infizieren kann. Beijerinck rief diesen Agenten an contagium vivum fluidum.
Wir wissen jetzt, dass die Beijerinck- und Ivanovski-Filtrate das Tabakmosaikvirus enthielten. Ebenfalls im 19. Jahrhundert kamen Friedrich Loeffler und Paul Frosch zu dem Schluss, dass MKS bei Rindern durch einen nicht bakteriellen Wirkstoff verursacht wird..
Im ersten Jahrzehnt des 20. Jahrhunderts zeigten Vilhelm Ellerman und Olaf Bang die Übertragung von Leukämie bei Hühnern mit zellfreien Filtraten. Diese Experimente ließen den Schluss zu, dass es tierische Viren gibt, die Krebs verursachen können.
Im zweiten Jahrzehnt des 20. Jahrhunderts beobachtete Frederick Twort die Lyse von Mikrokokken auf Agarplatten, in denen er versuchte, das Pockenvirus zu züchten, unter der Annahme, dass diese Lyse durch ein Virus oder durch Enzyme von Bakterien verursacht worden war. Felix d'Hérelle seinerseits entdeckte, dass die Bazillen, die Ruhr verursachen, von Viren lysiert wurden, die er Bakteriophagen nannte..
1960 erhielt Peter Medawar den Nobelpreis für die Entdeckung, dass Viren genetisches Material (DNA oder RNA) enthielten..
Viren werden nach ihren Merkmalen klassifiziert. Dies sind die Morphologie, das Genom und die Interaktion mit dem Wirt..
Die Klassifizierung basierend auf der Interaktion des Virus mit dem Wirt basiert auf vier Kriterien: 1) Produktion einer infektiösen Nachkommenschaft; 2) ob das Virus den Wirt tötet oder nicht; 3) wenn klinische Symptome vorliegen; 4) Dauer der Infektion.
Das Immunsystem spielt eine wichtige Rolle bei der Interaktion zwischen dem Virus und dem Wirt, da es die Entwicklung der Infektion bestimmt. Somit kann die Infektion akut und subklinisch sein (das Virus wird aus dem Körper ausgeschieden) oder persistent und chronisch (das Virus wird nicht aus dem Körper ausgeschieden)..
Die Klassifizierung basierend auf Genomunterschieden (Baltimore-System) und die taxonomische Klassifizierung, die alle Merkmale von Viren berücksichtigt, sind die heute am häufigsten verwendeten Systeme zur Katalogisierung von Viren..
Um diese Klassifizierung zu verstehen, müssen die Teile bekannt sein, aus denen ein Virus besteht. Viren bestehen aus einem Genom und einem Kapsid und können eine Hülle haben oder nicht. Das Genom kann DNA oder RNA sein, einzel- oder doppelsträngig, linear oder zirkulär.
Das Kapsid ist eine komplexe Struktur, die aus vielen identischen viralen Proteinuntereinheiten besteht, die als Kapsomere bezeichnet werden. Seine Hauptfunktion ist es, das Genom zu schützen. Es dient auch dazu, die Wirtszelle zu erkennen und an sie zu binden und den Transport des Genoms in die Zelle sicherzustellen..
Die Hülle ist die Membran aus Lipiden und Glykoproteinen, die das Kapsid umgibt. Es wird von der Wirtszelle abgeleitet. Es variiert erheblich in Größe, Morphologie und Komplexität. Das Vorhandensein oder Fehlen von Umschlägen dient als Kriterium für die Klassifizierung von Viren.
Es werden drei Kategorien von nicht umhüllten Viren erkannt: 1) isometrisch, ungefähr kugelförmig (Ikosaeder oder Ikosadeltaeder); 2) filamentös, mit einer einfachen Helixform; 3) komplex, ohne die vorherigen Formen. Einige Viren wie der Bakteriophage T2 kombinieren isometrische und filamentöse Formen.
Wenn das Virus umhüllt ist, können sie auch morphologischen Kategorien zugeordnet werden, basierend auf den Eigenschaften des in der Membran gefundenen Nukleokapsids..
Diese von David Baltimore vorgeschlagene Klassifizierung berücksichtigt die Natur des Virusgenoms im Hinblick auf den Mechanismus, den es zur Replikation von Nukleinsäure und zur Transkription von Messenger-RNA (mRNA) für die Proteinbiosynthese verwendet..
Im Baltimore-System werden Viren, deren RNA-Genom den gleichen Sinn wie mRNA hat, als Viren mit positiver Sense-RNA (+) bezeichnet, während Viren, deren Genom den entgegengesetzten Sinn (komplementär) zur mRNA hat, als Viren mit negativer Sense-RNA (-) bezeichnet werden. Doppelsträngige Genomviren gehen in beide Richtungen.
Ein Nachteil dieser Klassifizierung besteht darin, dass Viren mit ähnlichen Replikationsmechanismen nicht unbedingt andere Merkmale aufweisen..
Klasse I. Virus mit einem doppelsträngigen DNA-Genom. Wirtszell-ähnliche Transkription.
Klasse II. Viren mit einem einzelsträngigen DNA-Genom. DNA kann von (+) und (-) Polarität sein. Vor der mRNA-Synthese in doppelsträngig umgewandelt.
Klasse III. Viren mit einem doppelsträngigen RNA-Genom (dsRNA). Mit segmentiertem Genom und mRNA, die aus jedem Segment der DNA-Matrize synthetisiert wurden. Enzyme, die an der vom Virusgenom kodierten Transkription beteiligt sind.
Klasse IV. Viren mit einzelsträngigem RNA-Genom (ssRNA), Polarität (+). MRNA-Synthese, gefolgt von Antisense-Synthese. Die Transkription ähnelt der der Klasse 3.
Klasse V. Virus mit ssRNA-Genom, das dem der Sense-mRNA entgegengesetzt ist (-). Synthese von mRNA, die viruskodierte Enzyme benötigt. Die Produktion neuer Generationen des Virus erfordert die Synthese von intermediärer dsRNA.
Klasse VI. Virus mit ssRNA-Genom, das vor der Replikation intermediäre dsDNA produziert. Verwendet Enzyme, die das Virus tragen.
Klasse VII. Viren, die ihre dsDNA über eine intermediäre ssRNA replizieren.
Das Internationale Komitee für die Taxonomie von Viren hat ein taxonomisches Schema zur Klassifizierung von Viren eingerichtet. Dieses System verwendet die Abteilungen Reihenfolge, Familie, Unterfamilie und Geschlecht. Es gibt immer noch eine Debatte über die Anwendung des Artenkonzepts auf Viren.
Die Kriterien für die taxonomische Klassifizierung sind der Wirtsbereich, die morphologischen Eigenschaften und die Art des Genoms. Darüber hinaus werden andere Kriterien berücksichtigt, wie die Länge des Phagenschwanzes (Virus, das Bakterien infiziert), das Vorhandensein oder Fehlen bestimmter Gene im Genom und die phylogenetischen Beziehungen zwischen Viren..
Ein Beispiel für diese Klassifizierung ist: Bestellung Mononegavirales; Familie Paramyxoviridae; Unterfamilie Paramyxovirinae, Gattung Morbillivirus;; Arten, Masernvirus.
Die Namen von Familien, Unterfamilien und Gattungen sind vom Herkunftsort, dem Wirt oder den Symptomen der vom Virus verursachten Krankheit inspiriert. Zum Beispiel gibt der Ebola-Fluss in Zaire der Gattung ihren Namen Ebola;; Das Tabakmosaik gibt der Gattung ihren Namen Tomabovirus.
Viele Virusgruppennamen sind Wörter lateinischen oder griechischen Ursprungs. Zum Beispiel stammt Podoviridae aus dem Griechischen Podos, was bedeutet Fuß. Dieser Name bezieht sich auf Kurzschwanzphagen.
Sie infizieren Vögel und Säugetiere. Sie haben unterschiedliche Morphologie mit Hüllkurve. Einzelsträngiges RNA-Genom. Sie gehören zur Klasse Baltimore V und zur Familie Orthomyxoviridae.
Influenzaviren gehören zu dieser Familie. Die meisten Fälle von Influenza werden durch Influenza-A-Viren verursacht. Ausbrüche durch Influenza-B-Viren treten alle 2-3 Jahre auf. Diejenigen, die von Influenza-C-Viren produziert werden, sind weniger häufig.
Das Influenza-A-Virus hat vier Pandemien verursacht: 1) die spanische Grippe (1918-1919), ein Subtyp des H1N1-Virus unbekannter Herkunft; 2) die asiatische Grippe (1957-1958), Subtyp H2N2, aviären Ursprungs; 3) die Hongkong-Grippe (1968-1969), Subtyp H3N3, aviären Ursprungs; 4) Schweinegrippe (2009-2010), Subtyp H1N1, Schweineherkunft.
Die verheerendste bekannte Pandemie wurde durch die spanische Grippe verursacht. Es hat mehr Menschen getötet als im ersten Weltkrieg.
Die Buchstaben H und N stammen von den Membranglykoproteinen Hämagglutinin bzw. Neuraminidase. Diese Glykoproteine liegen in einer Vielzahl von Antigenformen vor und sind an neuen Varianten beteiligt..
Sie infizieren Säugetiere, Vögel und andere Wirbeltiere. Sphärische Morphologie mit Hülle. Einzelsträngiges RNA-Genom. Sie gehören zur Klasse VI von Baltimore und zur Familie Retroviridae.
Das humane Immundefizienzvirus (HIV) gehört zu dieser Familie, der Gattung Lentivirus. Dieses Virus schädigt das Immunsystem der infizierten Person und macht es anfällig für Infektionen durch Bakterien, Viren, Pilze und Protozoen. Die durch HIV verursachte Krankheit ist als erworbenes Immunschwächesyndrom (AIDS) bekannt..
Andere Gattungen von Retroviridae verursachen ebenfalls schwere Krankheiten. Beispielsweise: Spumavirus (Affenflauschvirus); Epsilonretrovirus (Walleye dermales Sarkomvirus); Gammaretrovirus (murines Leukämievirus, katzenartiges Leukämievirus); Betaretrovirus (murines Brusttumorvirus); Y. Alpharetrovirus (Rous-Sarkom-Virus).
Es infiziert kaltblütige Säugetiere, Vögel und Wirbeltiere. Morphologie des Virus: ikosaedrische Kapsel mit Umschlag. Doppelsträngiges DNA-Genom. Sie gehören zur Klasse I von Baltimore und zum Orden Herpesvirales.
Einige Mitglieder sind: Herpes-simplex-Virus 2 (verursacht Herpes genitalis); humanes Cytomegalievirus (verursacht Geburtsfehler); Herpesvirus KaposiBƂTMs Sarkom (verursacht Kaposi-Sarkom); EpsteinBƂBarr-Virus oder EBV (verursacht Drüsenfieber und Tumoren).
Es infiziert Säugetiere und Vögel. Morphologie des Virus: isometrisch oder ikosaedrisch. Einzelsträngiges RNA-Genom. Sie gehören zur Klasse IV von Baltimore und der Familie Picornaviridae.
Einige Gattungen dieser Familie sind: Hepatovirus (verursacht Hepatitis A); Enterovirus (verursacht Polio); Aphthovirus (verursacht Maul- und Klauenseuche).
Sie infizieren Säugetiere, Fische, Insekten und Pflanzen. Helikale Morphologie mit Hülle. Einzelsträngiges RNA-Genom. Sie gehören zur Klasse Baltimore V und zur Familie Rhabdoviridae.
Zu dieser Familie gehören Viren, die durch die Gattung verursachte Krankheiten wie Tollwut verursachen. Lyssavirus;; vesikuläre Stomatitis, verursacht durch das Geschlecht Vesiculovirus;; und die gelbe Zwergkartoffel, verursacht durch die Gattung Novirirhabdovirus.
Es infiziert Säugetiere, Vögel und Insekten. Symmetrische ikosaedrische Morphologie. Einzelsträngiges DNA-Genom. Sie gehören zur Baltimore-Klasse II und zur Familie Parvoviridae.
Ein Mitglied dieser Familie ist das zur Gattung gehörende B19-Virus Erithrovirus, Es verursacht beim Menschen ein infektiöses Erythrem, das normalerweise keine Symptome hervorruft. Das B19-Virus infiziert die Vorläuferzellen der roten Blutkörperchen.
Einige Mitglieder von Parvoviridae werden als Genvektoren verwendet.
Viren können zum Nutzen des Menschen eingesetzt werden, indem rekombinante Viren konstruiert werden. Sie haben ein Genom, das durch molekularbiologische Techniken modifiziert wurde.
Rekombinante Viren sind möglicherweise nützlich für die Gentherapie, deren Zweck darin besteht, bestimmte Krankheiten zu heilen oder Impfstoffe herzustellen.
HIV wurde verwendet, um Genvektoren (lentivirale Vektoren) für die Gentherapie zu konstruieren. Es wurde gezeigt, dass diese Vektoren in Tiermodellen für retinale Pigmentepithelerkrankungen wie Retinitis pigmentosa, die durch autosomal rezessive Vererbung oder Mutationen verursacht werden, wirksam sind..
Als Impfstoffvektoren verwendete Viren sollten ein geringes pathogenes Potenzial aufweisen. Dies wird anhand von Tiermodellen überprüft. Dies ist der Fall bei Impfstoffen, die gegen Pockenviren, vesikuläre Stomatitis und Ebola entwickelt wurden oder sich in der Entwicklung befinden.
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