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Wie infizieren Viren Zellen? - Biologie

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Viren sind nicht lebende Organismen, die die Zellen lebender Organismen infizieren können. Dieser „Krieg“ ist es, der Ihnen ein schlechtes Gewissen gibt und Symptome wie Schnupfen, Fieber und Verstopfung verursacht.


Viren haben eine Vielzahl von Formen, aber die meisten folgen demselben Grundmuster. Jeder hat eine Hülle mit Proteinen. Diese Proteine ​​wirken wie ein Schlüssel, wo sie an die Wirtszelle binden. Ein Atemwegsvirus wie die Erkältung dringt in den Körper ein, wenn Sie Partikel einatmen oder von Oberflächen auf Ihre Augen oder Nase übertragen. Im Körper angekommen, werden die Virusproteine an die Zelle binden Oberfläche und die Zelle nimmt das Virus auf wo ist es dann gibt seinen Inhalt frei. Zu diesen Inhalten gehört DNA, die sich in die Wirts-DNA integriert und die Aktivitäten der Zelle verändert, wodurch sie mehr Viren mit der zelleigenen Maschinerie erzeugt. Diese neu zusammengesetzten Viren verlassen die Zelle und infizieren dann andere Zellen.


1. Beschriften Sie die Infektionsstadien auf dem Bild (verwenden Sie die unterstrichenen Wörter oben).

2. Warum ist es unwahrscheinlich, dass ein Virus, das Menschen infiziert, einen Hund oder eine Katze infiziert?

3. Was stoppt schließlich die Ausbreitung des Virus im Wirt?

4. Was passiert, nachdem DNA in die Wirtszelle freigesetzt wurde?

5. Wozu nutzt das Virus die Maschinerie der Zelle?

Virusfärbung

Die Hülle des Virus enthält Proteine, die zur Anheftung an die Wirtszelle verwendet werden können. Diese Proteine ​​werden eigentlich verwendet, um Viren zu benennen. Zum Beispiel. H1N1 ist der Name für ein Grippevirus, das einen bestimmten Satz von Proteinen enthält. Diese Proteine ​​können verwendet werden, um sich an die Zelloberfläche zu binden und sich Zutritt zu verschaffen. Färben Sie die Virushülle (A) gelb und die angehängten Proteine ​​(B) rot.

Alle Viren enthalten eine genetische Sequenz in einer anderen inneren Hülle, die als Kapsid bezeichnet wird. Diese genetische Sequenz besteht bei einigen Viren aus DNA (Desoxyribonukleinsäure), aber andere Viren können ein ähnliches Molekül namens RNA enthalten. Sobald das Virus in die Zelle aufgenommen wurde, öffnet sich das Kapsid und setzt die DNA frei. Der Raum zwischen Kapsid und Hülle enthält ebenfalls Proteine ​​und wird Tegument genannt. Färbe das Kapsid (C) grün und die DNA (D) blau und das Tegument (E) violett.

In die Zelle freigesetzte DNA integriert sich mit der DNA der Zelle. Von dort aus kontrolliert das Virus die Zelle und lässt die Zelle mehr Viruspartikel produzieren. Wenn der Vorgang abgeschlossen ist, setzt die Zelle die neuen Viren frei, die dann andere Zellen infizieren.


Die Zellbiologie der Chikungunya-Virusinfektion

Eine Infektion mit dem Chikungunya-Virus (CHIKV) verursacht eine Krankheit, die mehrere Zelltypen und Gewebe zu betreffen scheint. Die akute Phase manifestiert sich durch eine nicht tödliche fieberhafte Erkrankung, Polyarthralgie und makulopapulöse Ausschläge bei Erwachsenen, jedoch mit rezidivierenden Arthralgien, die während der Rekonvaleszenz monatelang anhalten können. Das Thema des Zell- und Gewebetropismus von CHIKV hat in erster Linie wegen dieser anhaltenden, handlungsunfähigen chronischen Gelenkschmerzen sowie der deutlichen Enzephalopathie in schweren Fällen bei Neugeborenen während des Wiederauftretens des Virus bei jüngsten Epidemien Interesse geweckt. Die Hauptzelltypen, die mit CHIKV produktiv infiziert werden, sind Hautfibroblasten, Epithelzellen und Lymphgewebe. Es ist umstritten, ob CHIKV blutbildende Zellen und Neuronen/Glia produktiv infiziert. Eine CHIKV-Infektion löst schnelle und robuste angeborene Immunantworten aus, die die akute Phase-Infektion schnell beseitigen. Es ist jedoch vorstellbar, dass sowohl eine signifikante akute als auch eine chronische Infektion weniger offensichtlicher Zelltypen, wie Monozyten, Neuronen/Glia oder sogar ZNS-neurale Vorläufer, auftreten. Es besteht daher ein Bedarf, das gesamte Potenzial des CHIKV-Tropismus zu ermitteln, die zellulären Reaktionen, die während der akuten und rekonvaleszenten Phasen ausgelöst werden, vollständig zu verstehen und mögliche Zelltypen zu erforschen, die die Ursache für chronische Probleme im Zusammenhang mit einer CHIKV-Infektion sein könnten.


Wie Viren funktionieren

Viren liegen die ganze Zeit in unserer Umgebung herum und warten nur darauf, dass eine Wirtszelle kommt. Sie können durch Augen, Nase, Mund oder Hautrisse in uns eindringen (siehe Funktionsweise des Immunsystems für Details). Im Inneren finden sie eine Wirtszelle, die sie infizieren können. Erkältungs- und Grippeviren greifen beispielsweise Zellen an, die die Atemwege oder den Verdauungstrakt auskleiden. Das Humane Immunschwächevirus (HIV), das AIDS verursacht, greift die T-Zellen des Immunsystems an.

Unabhängig von der Art der Wirtszelle folgen Viren den gleichen grundlegenden Schritten zur Replikation:

  1. Ein Viruspartikel heftet sich an eine Wirtszelle.
  2. Das Partikel gibt seine genetischen Anweisungen an die Wirtszelle ab.
  3. Das injizierte genetische Material rekrutiert die Enzyme der Wirtszelle.
  4. Die Enzyme machen Teile für weitere neue Viruspartikel.
  5. Die neuen Partikel bauen die Teile zu neuen Viren zusammen.
  6. Die neuen Partikel lösen sich aus der Wirtszelle.

Alle Viren haben irgendeine Art von Protein auf der äußeren Hülle oder Hülle, die die richtige(n) Wirtszelle(n) "fühlt" oder "erkennt". Dieses Protein bindet das Virus an die Membran der Wirtszelle. Einige behüllte Viren können sich direkt durch die Zellmembran des Wirts auflösen, da sowohl die Virushülle als auch die Zellmembran aus . bestehen Lipide.

Diejenigen Viren, die nicht in die Zelle eindringen, müssen ihren Inhalt (genetische Anweisungen, Enzyme) in die Wirtszelle injizieren. Diese Viren, die sich in einer Zelle auflösen, geben ihren Inhalt einfach im Inneren des Wirts ab. In beiden Fällen sind die Ergebnisse gleich.

Eine im Jahr 2020 von Forschern des Massachusetts Institute of Technology veröffentlichte Studie ergab, dass eine Verbesserung der Häufigkeit des Händewaschens von Reisenden, die Flughäfen passieren, die Verbreitung von Viren und anderen Infektionskrankheiten erheblich reduzieren könnte [Quelle: MIT].


Viren: Was sind sie und wie infizieren sie Zellen?

Bildquelle: Pixabay

Diese winzigen Pakete mit genetischem Code sind die erfolgreichsten Parasiten der Welt

Viren sind die kleinsten biologischen Replikatoren der Welt, etwa 100-mal kleiner als Bakterien. Aus einem kleinen Strang genetischen Codes hergestellt und mit einer winzigen Proteinhülle bedeckt, können sie nicht alleine „leben“. Tatsächlich sind sich Wissenschaftler nicht sicher, ob sie überhaupt noch am Leben sind.

Die Zellen lebender Organismen haben ihre eigenen molekularen Produktionslinien. Sie erstellen temporäre Kopien ihrer Gene und pumpen sie durch molekulare Maschinen, die Ribosomen genannt werden. Diese lesen den genetischen Code und verwenden ihn als Vorlage zum Zusammenbau von Proteinen. Die einfachsten lebenden Organismen brauchen zwischen 150 und 300 Gene, um alle Proteine ​​​​zu produzieren, die sie zum Überleben brauchen, aber Viren kommen mit nur vier aus. Sie entführen einfach andere Zellen und verwandeln sie in Virusfabriken.

Viren sind clever, sie gleichen ihren genetischen Mangel aus, indem sie sich von den Zellen borgen, die sie infizieren. Viren haben keine eigenen Ribosomen, also füttern sie ihren Code in die Maschinen anderer Organismen und übernehmen die Produktionslinie. Die infizierte Zelle hört auf, ihre eigenen Proteine ​​​​zu produzieren und beginnt, den Viruscode zu lesen und Virusproteine ​​​​zusammenzubauen.

Der Kern eines Virus ist sein genetischer Code, der in denselben biologischen Buchstabenfolgen gespeichert ist, die auch von lebenden Organismen verwendet werden. Manche Viren haben wie wir zwei DNA-Stränge, andere kommen mit nur einem Strang aus und manche tragen ihre Gene als RNA. Dieses Molekül ist wie DNA, hat aber einen anderen chemischen Buchstaben und wird von lebenden Zellen verwendet, um temporäre Kopien von Genen herzustellen. Einige Viren tragen auch den Code, um ein Enzym namens Reverse Transkriptase herzustellen, das es ihnen ermöglicht, RNA in einer lebenden Zelle in DNA umzuwandeln.

Genetische Informationen sind fragil. Um von einer Zelle zur nächsten zu gelangen, müssen Viren ihren Code schützen. Einige ihrer wichtigsten Gene liefern die Anweisungen zum Aufbau von Proteinen, die eine Schutzhülle bilden, die als Kapsid bezeichnet wird. Die Kapsidproteine ​​bilden sich wiederholende Strukturen, die sich zu einer 3D-Form zusammenschließen. Diese kristallähnliche Musterung bedeutet, dass Viren nur wenige Gene benötigen, um einen vollständigen Schild zu bilden. Ikosaedrische Kapside zum Beispiel enthalten oft kleine Dreiecke, die aus nur drei Proteinen bestehen. Diese Dreiecke fügen sich zusammen, um eine 20-seitige Kugel zu bilden, die das virale Genom bedeckt.

Die infektiösen Pakete von Kapsid und genetischem Code können außerhalb von Zellen überleben, aber sie können sich nicht selbst replizieren. Diese Viruspartikel, die als Virionen bekannt sind, müssen zurück in die Zellen gelangen, um ihren Lebenszyklus fortzusetzen. Sie tun dies, indem sie sich an Moleküle auf der Zelloberfläche anlagern.

Proteine ​​auf der Außenseite des Kapsids interagieren mit Proteinen auf der Außenseite der Zelle. Diese Anheftung kann die Form des Virions selbst verändern, sodass das Partikel mit der Zellmembran verschmelzen kann. Alternativ könnte es die Zelle dazu bringen, das Virus in eine membranbedeckte Kugel zu ziehen, die als Endosom bekannt ist. Im Inneren zersetzen Enzyme, die vom Virion – oder von der Zelle selbst – getragen werden, die Reste des Kapsids und geben den genetischen Code in die Zelle frei. Das virale Genom gelangt dann in die Produktionslinie der Zelle und beginnt schnell mit der Herstellung von drei Hauptproteintypen.

Die ersten sind Enzyme, die es dem Virus ermöglichen, mehr Kopien seiner eigenen Gene zu konstruieren. Die zweite sind Proteine, die die normalen Herstellungsprozesse der Zelle stören. Der dritte Typ sind die Strukturproteine, die daran arbeiten, neue Viruspartikel aufzubauen.

Wenn die neuen Viruspartikel fertig sind, muss das Virus sie freisetzen, um weitere Zellen zu infizieren. „Lytische“ Viren brechen einfach aus, setzen alle ihre Virionen in einem großen Knall frei und töten dabei die Zelle. „Lysogene“ Viren setzen nacheinander neue Virionen frei, die es der Wirtszelle ermöglichen, zu überleben und sich zu vermehren. Manche Viren fügen ihren genetischen Code sogar in den Code ihres Wirts ein, sodass die neuen Zellen bei jeder Zellteilung auch eine Kopie der viralen Gene erhalten. Dadurch können Viren lange Zeit in Zellen verbleiben, ruhen und später reaktivieren, eine Eigenschaft, die als Latenz bezeichnet wird.

Zellen versuchen, sich gegen diese Art von Angriff zu verteidigen. Sie zerstören losen genetischen Code und senden Signale an das Immunsystem, um es über die Infektion zu informieren. Aber Viren haben Wege entwickelt, um diese Abwehrmechanismen zu umgehen. Einige haben dabei Eigenschaften erhalten, die ihren Wirten schaden, eine Eigenschaft, die als Virulenz bekannt ist.

Viele Viren verursachen Krankheiten und lenken gesunde Zellen von ihren normalen Aktivitäten ab. Die Art des Schadens, den ein Virus anrichtet, hängt davon ab, welche Zellen es infiziert, wie es in molekulare Maschinen eingreift und neue Virionen freisetzt. Einige der schwerwiegendsten Probleme treten auf, wenn Viren Immunzellen infizieren und den Körper daran hindern, sich zu wehren. Ebola, Marburg und HIV schädigen das Immunsystem.

Viren sind jedoch nicht alle schlimmen Infektionen, die die Funktionsweise unseres Körpers beeinflussen. Untersuchungen des menschlichen Genoms haben ergeben, dass etwa acht Prozent unseres genetischen Codes tatsächlich von Viren stammen. Sie sind als „humane endogene Retroviren“ oder HERVs bekannt und leicht zu erkennen, da sie noch die Überreste von drei viralen Genen tragen: gag, pol und env. Diese Gene gehören zu Retroviren, die ihren genetischen Code in das Genom ihres Wirts einnähen.

Retroviren hinterlassen dauerhafte Spuren in der DNA, und die Ergebnisse alter Infektionen werden seit Tausenden von Jahren von den Eltern an die Kinder weitergegeben. Die Evolution hat die Sequenz dieser übrig gebliebenen viralen Gene nach und nach verändert, sodass sie keine neuen Virionen produzieren können. Unsere Körper haben neue Verwendungen für den zurückgelassenen Code gefunden.

Ein HERV, HERV-W, kodiert für Proteine, die einst in der äußeren Hülle eines Virus gesessen haben und ihm dabei helfen, mit Zellen zu verschmelzen. Wir haben den Code angepasst, um neue Proteine ​​herzustellen, die helfen, Zellmembranen miteinander zu verschmelzen, um die Plazenta zu bilden. Ohne die Überbleibsel alter Virusinfektionen wären wir heute nicht hier.


Bewertung des zukünftigen wissenschaftlichen Bedarfs für lebende Variola-Viren (1999)

10Verständnis der Biologie des Variolavirus

Wie bereits erwähnt, wurden die Pocken vor dem modernen Zeitalter der Zell- und Molekularbiologie, Virologie und Immunologie ausgerottet. Daher sind die Grundlagen der viralen Replikation, die Determinanten der viralen Virulenz und die Pathogenese der Krankheit nicht so gut verstanden wie bei anderen Pathogenen.

Da das Variolavirus ein einzigartig angepasster Erreger ist, um schwere, weit verbreitete menschliche Krankheiten zu verursachen, ist es sehr wahrscheinlich, dass er sich entwickelt hat, um eine wirksame Immunantwort auf eine Infektion gezielt zu vereiteln. Pockenviren sind die größten Viren und produzieren viele Proteine, die für die Virusreplikation nicht notwendig sind, aber vermutlich die Fähigkeit des Virus erhöhen, Krankheiten zu verursachen. Die vielfältigen Mechanismen, die von Pockenviren verwendet werden, um die Immunantwort des Wirts zu umgehen, die einzigartigen Proteine, die diese Viren produzieren, und ihre Interaktionen mit dem Wirt werden gerade erst identifiziert. Mit der Erweiterung der Datenbank werden Fragen zu den Wechselwirkungen des Variolavirus mit menschlichen Zellen und Immunantworten sowie zu den Funktionen dieser krankheitserregenden Variolaproteine ​​offensichtlicher und drängender. Die Fähigkeit, die Interaktionen zwischen Variolavirus und Wirtsproteinen zu identifizieren, würde wahrscheinlich neue Einblicke in wichtige Aspekte des menschlichen Immunsystems liefern, die aus Studien anderer Viren nicht ersichtlich wären.

Virus-Zell-Interaktionen

Viren passen sich zu einem großen Teil an ihre Wirte an, indem sie sich entwickeln, um effizient mit Wirtszellen zu interagieren, eine Infektion auszulösen und große Virusmengen zu produzieren. Die Vires breitet sich auf verschiedene Organe des Wirts aus und verursacht dabei Gewebeschäden. Virenstämme (z. B. Variola major und Variola minor) unterscheiden sich in ihrer

Fähigkeit oder Fähigkeit, tödliche Krankheiten zu verursachen. Die Virulenzunterschiede können auf Veränderungen in der Geschwindigkeit der Virusreplikation und -ausbreitung, der Menge der produzierten Vires, der Fähigkeit, die Zellen, in denen sich die Vires replizieren, zu schädigen oder der Fähigkeit, der Immunantwort des Wirts zu entgehen, beruhen. Darüber hinaus wurden in Vaccinia vires und Kuhpocken (C7L, K1L und CHOhr) Orthopoxvirus-Gewebetropismusgene identifiziert, und die Morphogenese der verschiedenen Formen von Orthopoxvirus-Partikeln wird besser verstanden [43, 44]. Dadurch kann die genetische Grundlage von Orthopoxvirus-Infektionen aufgedeckt werden. Die Infektion menschlicher Zellen, die in Gewebekulturen gezüchtet wurden, könnte Antworten auf einige der folgenden Fragen liefern:

  • Gibt es ein einzigartiges Molekül oder eine Reihe von Molekülen auf der Oberfläche menschlicher Zellen, die sie deutlich anfällig für eine Infektion mit dem Variolavirus machen? Was ist die normale Funktion dieses Moleküls?
  • Wie und in welcher Reihenfolge werden die vielen Gene des Virus exprimiert, um virale Proteine ​​zu produzieren? Beeinflussen diese Proteine ​​die infizierte Zelle, indem sie das Wachstum stimulieren, den Tod verursachen oder den Tod hemmen, damit das Virus über einen längeren Zeitraum wachsen kann? Unterscheidet sich das zwischen Variola Dur und Variola Moll?
  • Bietet eines der viralen Proteine ​​neue potenzielle Angriffspunkte für antivirale Medikamente, die die Virusreplikation blockieren können, ohne die Wirtszellen zu schädigen? Diese Targets können neue Arten von Medikamenten vorschlagen, die entwickelt werden können, um andere Infektionen zu behandeln.

Schließlich ist es nach dem, was über andere Pockenviren bekannt ist, sehr wahrscheinlich, dass die Modulation der Immunantwort des Wirts zur Virulenz des Virus beiträgt. Eine Infektion von Zellen des Immunsystems könnte es ermöglichen, direkte Wirkungen auf solche Zellen zu beurteilen, und die Inkubation menschlicher Zellen des Immunsystems mit Proteinen, die von infizierten Zellen sezerniert werden, könnte die Identifizierung potenziell einzigartiger Wechselwirkungen zwischen viralen Proteinen und Mediatoren der antiviralen Immunantwort ermöglichen. Diese Interaktionen könnten verwendet werden, um wichtige und potenziell einzigartige Aspekte der menschlichen Reaktion auf Virusinfektionen zu identifizieren.

Virus-Host-Interaktionen

Die Replikation des Variolavirus in verschiedenen Zellkulturen könnte wertvolle Informationen darüber liefern, wie dieses Virus menschliche Zellen eindeutig infiziert und beeinflusst. Sie konnte jedoch keine Informationen darüber liefern, wie sich das Virus durch den Wirt ausbreitet oder wie es der Immunantwort des Wirts entgegenwirkt.

Kulturen, die eine Reihe von Zellen beinhalten, die in Geweben und Organen organisiert sind, können derzeit in Bioreaktoren, SCID-hu-Mäusen und Floßkulturen untersucht werden. Diese Systeme könnten es Ermittlern ermöglichen, einige der folgenden Fragen zu beantworten:


Wie infizieren Viren Zellen (Färbung)?

Ein einfaches Arbeitsblatt, das erklärt, wie Viren Zellen infizieren, das Diagramme zum Beschriften und ein Bild eines typischen Virus enthält, auf dem die Schüler die Hülle, Proteine, DNA und das Kapsid färben können. Fragen innerhalb der Lektüre halten die Schüler auf die wichtigen Details von Virusinfektionen konzentriert.

Dies wurde für einen Biologie-Grundkurs erstellt, enthält also keine Details zum lytischen oder lysogenen Zyklus oder andere kompliziertere Details, die in einem College-Kurs enthalten wären. Dieses Arbeitsblatt wurde in eine größere Einheit über das Immunsystem, Viren und Bakterien aufgenommen, in der ich mich auf Konzepte konzentrierte, die junge Erwachsene kennen müssen, z. Die Leitfrage für die Einheit lautete “Wie bekämpft der Körper Infektionskrankheiten?”

Die gesamte Einheit ist auf meiner Einführungsseite Biologie enthalten, wo Sie auch Google-Folien und geführte Notizen für die Immunantworteinheit und andere Themen finden.

Klassenstufe: 8-10
Erforderliche Zeit: 20-30 Minuten

HS-LS1-1 Konstruieren Sie eine Erklärung auf der Grundlage von Beweisen dafür, wie die Struktur der DNA die Struktur von Proteinen bestimmt, die die wesentlichen Funktionen des Lebens durch Systeme spezialisierter Zellen ausführen

HS-LS1-2 Entwickeln und verwenden Sie ein Modell, um die hierarchische Organisation interagierender Systeme zu veranschaulichen, die spezifische Funktionen in vielzelligen Organismen bereitstellen


Wie infizieren Viren unsere Zellen?

Dieser Artikel wurde von einem Mitglied von . rezensiert Caltech's Fakultät.

Wissenschaftler haben mehr als 200 Virusarten identifiziert, die das Potenzial haben, den Menschen zu infizieren. Jedes Jahr werden neue Viren entdeckt. Einige von ihnen, wie SARS-CoV-2, das für COVID-19 verantwortliche Virus, verursachen Krankheiten.

Viren können sich nicht selbst vermehren. Stattdessen sind sie auf eine Wirtszelle angewiesen, um sich zu vermehren.

Nach dem Eindringen in den Körper (im Fall des Coronavirus wird angenommen, dass dies durch Nase, Mund oder Augen geschieht) heftet sich ein Virus an eine Wirtszelle und fügt seine genetischen Anweisungen ein. Das Virus kann dann die Funktionen der Wirtszelle kapern, um die Komponenten zu produzieren, die es benötigt, um Kopien von sich selbst zu erstellen. Diese Komponenten bauen sich selbst zu neuen Viren zusammen, die schließlich aus der Wirtszelle ausbrechen und andere Zellen infizieren, entweder im ursprünglichen Wirt oder in einem neuen Wirt.

SARS-CoV-2 ist ein behülltes Virus, das heißt, es hat eine Lipidmembran (eine äußere Hülle aus einer fettähnlichen Substanz). Die Proteinspitzen, die die Hülle des Virus bedecken, ermöglichen es ihm, an Rezeptoren auf der Lipidmembran der Wirtszelle zu binden, was zu Infektionen und manchmal zu Krankheiten führt.


Wie infizieren Viren Zellen? - Biologie

"In seinem natürlichen Zustand kann das Nipah-Virus als potenzieller bioterroristischer Wirkstoff eingesetzt werden, der die öffentliche Gesundheit und Wirtschaft eines ganzen Landes zerstören kann", sagte Dr. Benhur Lee, leitender Forscher und Assistenzprofessor für Mikrobiologie, Immunologie und Molekulargenetik an der UCLA. "Jetzt, da wir verstehen, wie das Virus funktioniert, können wir Impfstoffe und Medikamente entwickeln, die das Eindringen von Nipah in die Zellen verhindern. Dies wird dazu beitragen, Infektionen zu verhindern und Ausbrüche zu stoppen, bevor sie epidemische Ausmaße erreichen."

Seit 1998 hat das Nipah-Virus in Australien, Singapur, Malaysia und Bangladesch Krankheitsausbrüche ausgelöst. Tiere übertragen das Virus auf Menschen, wo es lebensbedrohliche Atemwegs- und neurologische Erkrankungen verursacht, die bis zu 70 Prozent der Patienten töten - eine Gefahrenstufe, die dem Ebola-Virus entspricht.

Um eine Zelle zu infizieren, müssen Viren an einen virusspezifischen Rezeptor auf der Zelloberfläche binden, um diese zu durchdringen. Lees Team identifizierte einen Zellrezeptor namens Ephrin-B2 als Schlüssel, der vom Nipah-Virus verwendet wird, um die Zellen zu entsperren.

Ephrin-B2 befindet sich auf Gehirnzellen und Zellen, die die Blutgefäße auskleiden, und ist entscheidend für die Entwicklung des Nervensystems und das Wachstum von Blutgefäßen in menschlichen und tierischen Embryonen. Ephrin-B2 kommt bei Menschen, Pferden, Schweinen und Fledermäusen vor, was erklären könnte, warum die Infektion so leicht von einer Spezies zur anderen übergehen kann.

In Zusammenarbeit mit der University of Pennsylvania wendete das UCLA-Team Werkzeuge der fortgeschrittenen Molekularbiologie sowie altmodische Detektivarbeit an, um die Identität des Ephrin-B2-Rezeptors aufzuspüren.

Die Forscher stellten einen Köder her: Sie nähten das Nipah-Protein an einen Teil eines menschlichen Antikörpers, wie einen Wurm an einem Angelhaken. Als sie diesen Köder auf Zellen platzierten, die für eine Nipah-Infektion gefährdet waren, heftete sich der Antikörper an einen Rezeptor auf der Zelloberfläche. Beim Aufbringen auf Nipah-resistente Zellen bindet der Köder jedoch nicht an die Zelle.

Die Wissenschaftler nutzten ein Instrument, das Moleküle nach Gewicht sortiert, um Ephrin-B2 als den an den Köder gebundenen Rezeptor zu identifizieren.

Um ihre Ergebnisse zu bestätigen, entwickelte das UCLA-Team ein harmloses Virus, in dessen Hülle Nipah-Virusproteine ​​eingebettet sind. Das Lockvogelvirus infizierte erfolgreich Zellen, die für das Nipah-Virus anfällig sind, konnte jedoch keine Nipah-resistenten Zellen infizieren.

Im letzten Schritt drang das Lockvogelvirus in Nervenzellen und Zellen ein, die Blutgefäße auskleiden, indem es sich an Ephrin-B2 anheftete, was bewies, dass der Rezeptor die gleiche Tür ist, die das echte Nipah-Virus betritt, um diese Zellen zu infizieren.

"Wir können jetzt nach kleinen Molekülen suchen, die den Viruseintritt über Ephrin B-2 blockieren und sie als therapeutische Medikamente entwickeln", sagte Lee. "Da Schweine besonders anfällig für eine Nipah-Infektion sind, könnten Beamte des öffentlichen Gesundheitswesens diese Medikamente verwenden, um die Tiere, Schweinezüchter und Ersthelfer wie Sanitäter vor einem Ausbruch des Nipah-Virus zu schützen."

In den USA schätzen Agrarexperten allein den Wert von Schweinen in der Schweinezucht auf 8,6 Milliarden US-Dollar.

Der erste gemeldete Ausbruch des Nipah-Virus in Malaysia ereignete sich zwischen 1998 und 1999, wobei 265 Menschen krank wurden und 105 Menschen starben. Der Ausbruch, der von Fledermäusen über Schweine auf Menschen übertragen wurde, infizierte mehr als 200 Schweinezüchter und tötete 40 Prozent. Um den Ausbruch einzudämmen, befahl die Regierung ihrem Militär, mehr als 1 Million Schweine zu töten, was zu einer wirtschaftlichen Verwüstung des Landes führte.

In Bangladesch ist die Sterblichkeitsrate wiederholter Ausbrüche des Nipah-Virus in den letzten vier Jahren auf 70 Prozent gestiegen, was darauf hindeutet, dass das Virus tödlicher wird.


Seit Beginn des aktuellen Ausbruchs im vergangenen Mai ist Ebola eine fast tägliche Nachrichtenmeldung. Die meisten Artikel konzentrierten sich auf den Aspekt der öffentlichen Gesundheit der Krankheit in Bezug auf ihre Ausbreitung in Westafrika, Versuche, sie einzudämmen, und Bemühungen, tragfähige Gesundheitsstationen in der Nähe der betroffenen Gebiete einzurichten. Ein früherer Artikel auf unserer Website erklärte, warum diese Epidemie zum schlimmsten Ebola-Ausbruch in der Geschichte geworden ist [1], aber die meisten Berichte haben der eigentlichen Mechanik des Ebola-Virus nicht viel Raum gewidmet – was es ist, wie es in Ihre Zellen gelangt , wie es die charakteristischen Blutungen und Fieber verursacht und vor allem, wie Forscher und Ärzte Behandlungen dafür entwickeln. Der Rest dieses Artikels soll diese Themen untersuchen.

Wie infiziert das Ebola-Virus Menschen?

Das Ebola-Virus enthält eine Art genetisches Material namens RNA, das der DNA ähnlich ist und den Bauplan für den Aufbau neuer Viruspartikel enthält. Im Gegensatz zu Tieren und Pflanzen, die DNA auch als Informationsspeicher verwenden, sind Viren technisch nicht lebendig, da sie sich ohne Hilfe nicht vermehren können. Um neue Viren zu erzeugen, muss das Virus eine lebende Zelle infiltrieren, wo es die Maschinerie der Wirtszelle entführt, um seine eigenen Ziele zu erreichen. Um in die Zelle zu gelangen, muss Ebola die Zellmembran passieren, die eine Barriere darstellt, die die Zelle vor ihrer Umgebung schützt. Allerdings brauchen alle Zellen Nährstoffe, die über einen Weg in die Zelle verfügen müssen, über einen dieser etablierten Nährstoffaufnahme-Eingänge gelangen die Viren in die Zelle. Das Ebola-Virus nutzt einen unspezifischen Engulfing-Prozess namens Makropinozytose, der es ermöglicht, das Virus durch eine wellenförmige Bewegung der Zellmembran zu „fressen“ (Abbildung 1) [2].

Einmal in der Zelle angekommen, entführt das Virus die zelleigene Maschinerie, um weitere Kopien von sich selbst zu erstellen. Oft geht diese Aneignung der Replikationsmaschinerie der Zelle auf Kosten der Zelle, die alle ihre eigenen benötigten Maschinen herstellen kann, was zum Tod der Zelle oder zumindest zu einer Unfähigkeit führt, richtig zu funktionieren. Nachdem alle Teile für ein neues Virus zusammengesetzt wurden, „knospen“ die Virusteile aus der Zelle, indem sie die zelleigene Membran verwenden, um eine Kapsel für ihren sicheren Transport zu neuen Zellen in der Nähe zu bilden (Abbildung 1b).

Wie das Ebola-Virus menschliche Zellen infiziert. (A) Das Ebola-Virus ist in einer Verpackung enthalten, die RNA enthält, seinen genetischen „Bauplan“ für die Reproduktion. (B) Ebola hat ein Protein namens Glykoprotein, das aus seiner Membran herausragt und an Rezeptoren (in Rot) auf der Zelloberfläche bindet. (C) Die Bindung dieser Rezeptoren löst einen Prozess des „Essens“ der Zelle aus, der Makropinozytose genannt wird, was dazu führt, dass das Virus von einer wellenartigen Bewegung der Zellmembran verschlungen wird. (D) Im Inneren der Zelle ist die RNA des Virus unbeschichtet, woraufhin es die Proteine ​​der menschlichen Zelle entführt, um mehr Kopien von sich selbst zu erstellen. (E) Sobald neue virale Partikel zusammengesetzt wurden, bewegen sie sich zur Zellmembran und „sprossen ab“, woraufhin sie reisen können, um neue Zellen zu infizieren (F).

Wie überträgt sich diese zellweise Infektion auf die Ganzkörper-Symptome von Ebola?

Das Ebola-Virus ist durch eine Vielzahl von Symptomen gekennzeichnet, beginnend mit Fieber, Kopf- und Muskelschmerzen, gefolgt von Erbrechen, Durchfall und inneren Blutungen [3]. Beim Eindringen in den Körper greift das Virus bestimmte Zelltypen an, darunter Leberzellen, Zellen des Immunsystems und Endothelzellen, die das Innere der Blutgefäße auskleiden. Einmal in den Zellen, wird eines der vom Virus hergestellten Proteine ​​als Ebola-Virus-Glykoprotein bezeichnet [4]. Das Glykoprotein kann die Zelladhäsion stören, sodass Zellen Schwierigkeiten haben, aneinander und an einem Gerüst namens extrazelluläre Matrix zu kleben, das in gesundem Gewebe hilft, die Zellen zusammenzuhalten. Der Verlust der Zelladhäsion ist für jedes feste Gewebe schädlich, und durch die Infektion von Blutgefäßzellen führt das Virus dazu, dass die Gefäße undicht werden, was zu Blutungen und inneren Blutungen führt.

Durch die gezielte Bekämpfung von Leberzellen wird die Fähigkeit des Körpers, Giftstoffe aus dem Blutkreislauf zu entfernen, beeinträchtigt, und durch die Infektion des Immunsystems, dessen Zellen überall im Körper wandern, hat Ebola die Möglichkeit, seinen Infektionsbereich schnell zu vergrößern. Im Laufe der Zeit kann eine Infektion von Zellen im ganzen Körper zu Organversagen führen, während Fieber, innere Blutungen, Durchfall und Erbrechen zu einem schweren Verlust von Elektrolyten, Blutplasma und Flüssigkeit führen können. Letztlich führen Organversagen und Schock durch die innere Blutung zum Tod [5].

Was ist die Wissenschaft hinter Behandlungen in der Entwicklung?

Forscher untersuchen mehrere Wege zur Behandlung von Ebola. Viele Pharmaunternehmen entwickeln Impfstoffe, obwohl keiner dieser Impfstoffe für die Serienproduktion bereit oder sogar für die menschliche Behandlung zugelassen ist [6]. Diese Impfstoffe verwenden nicht-virulente Teile des Virus, die in den Körper injiziert werden, um dem Immunsystem beizubringen, das Ebola-Virus zu erkennen und Ihren Körper im Falle einer echten Infektion dagegen zu verteidigen. Obwohl die Impfstoffe normalerweise Monate oder sogar Jahre von der Zulassung entfernt wären, haben von der Weltgesundheitsorganisation genehmigte Notfallprotokolle festgestellt, dass diese Epidemie den Einsatz nicht zugelassener Medikamente und Impfstoffe rechtfertigt, so dass vorsichtige Pläne gemacht werden, den Zugang zu Ebola-Opfern zu erweitern [7 ,8].

Eine zweite Behandlung, die entwickelt wird, verwendet kleine Fragmente des genetischen Materials, die als „kleine interferierende RNAs“ (siRNAs) bezeichnet werden. Diese kleinen RNA-Stücke sind so konzipiert, dass sie mit bestimmten Teilen der RNA des Virus übereinstimmen. Genau wie zwei Klettverschlussstücke, die zusammenkleben, bleibt die siRNA, wenn sie auf das entsprechende virale RNA-Stück trifft, daran haften. Einmal an die siRNA angeheftet, kann die virale RNA nicht mehr verwendet werden, um neue Ebola-Partikel zu erzeugen, wodurch die Replikation des Virus verlangsamt wird. Die FDA hat kürzlich die siRNA-Therapie für den aktuellen Ausbruch zugelassen [9].

Eine andere Behandlung, die bei mehreren Beschäftigten des Gesundheitswesens angewendet wurde, die sich mit dem Ebola-Virus infizierten, beinhaltet die Verwendung von Antikörpern. Antikörper sind große, Y-förmige Proteine, die Fremdkörper in Ihrem Körper wie Bakterien oder Viren erkennen und neutralisieren sollen. Das derzeit am weitesten entwickelte Medikament heißt ZMapp, ein Cocktail aus drei Antikörpern. Die Antikörper haben ein „Schloss“ an der Spitze des Y, das einen bestimmten „Schlüssel“ erkennt – in diesem Fall einen bestimmten Teil des im vorherigen Abschnitt beschriebenen Glykoproteins des Ebola-Virus. Einmal gebunden neutralisieren die Antikörper das Glykoprotein, das anschließend das Virus aus der Zelle heraushält. Bisher waren die Daten zur Wirksamkeit beim Menschen nicht eindeutig, da die Patienten das Medikament nicht alle zum gleichen Zeitpunkt im Krankheitsverlauf erhielten und auch nicht in gleichem Maße medizinisch versorgt wurden [10]. ZMapp oder andere ähnliche Medikamente sind wichtig als Hilfsmittel, um bereits infizierte Patienten während eines Ausbruchs zu behandeln, aber im Gegensatz zu einem Impfstoff verleihen sie keine lebenslange Immunität gegen das Virus. Dies bedeutet letztendlich, dass die Erforschung sowohl von Impfstoffen als auch von medikamentösen Behandlungen der effektivste Weg zur Bekämpfung von Ebola sein kann.

Auch wenn experimentelle Medikamente skaliert werden können, um große Mengen zur Behandlung der aktuellen Epidemie zu haben, werden die traditionellen Behandlungsmethoden weiterhin von größter Bedeutung sein, um Leben zu retten. Um einen Schock durch Blut- und Flüssigkeitsverlust abzuwenden, können Patienten in Gesundheitseinrichtungen Infusionen mit Blut, Flüssigkeiten und Elektrolyten erhalten, um ihren Körper bei der Bekämpfung des Virus stabil zu halten. In unmittelbarer Zukunft werden die größten Herausforderungen bei der Eindämmung dieser Epidemie weiterhin darin bestehen, sich auf ihre Eindämmung zu konzentrieren, verbunden mit einem Zustrom von Gesundheitseinrichtungen und Experten, die in der Lage sind, unter schwierigen Bedingungen die bestmögliche Versorgung zu gewährleisten.

Ilana Kelsey ist Studentin des Graduiertenprogramms Biologische und Biomedizinische Wissenschaften.


Bakterien und Viren infizieren unsere Zellen über Zucker: Jetzt wollen Forscher wissen, wie sie das machen

Viele Bakterien und Viren sind auf Zucker angewiesen, um unsere Zellen zu infizieren. Und im vergangenen Herbst entdeckte dasselbe Forscherteam, dass das Spike-Protein im Coronavirus einen bestimmten Zucker benötigt, um effizient an unsere Zellen zu binden. Kredit: Universität Kopenhagen

Die meisten infektiösen Bakterien und Viren binden an Zucker auf der Oberfläche unserer Zellen. Jetzt haben Forscher der Universität Kopenhagen eine Bibliothek mit Zehntausenden natürlicher Zellen erstellt, die alle Zucker enthalten, die sich auf der Oberfläche unserer Zellen befinden. The library may help us understand the role played by sugars and their receptors in the immune system and the brain, the researchers behind the study explain.

Sugar is not just something we eat. Andererseits. Sugar is one of the most naturally occurring molecules, and all cells in the body are covered by a thick layer of sugar that protects the cells from bacteria and virus attacks. In fact, close to 80 per cent of all viruses and bacteria bind to the sugars on the outside of our cells.

Sugar is such an important element that scientists refer to it as the third building block of life—after DNA and protein. And last autumn, a group of researchers found that the spike protein in corona virus needs a particular sugar to bind to our cells efficiently.

Now the same group of researchers have completed a new study that further digs into the cell receptors to which sugars and thus bacteria and virus bind.

"We have established how the sugars bind to and activate the so-called Siglec receptors that regulate immunity. These receptors play a major role, as they tell the immune system to decrease or increase activities. This is an important mechanism in connection with autoimmune diseases," says the first author of the study, Postdoc Christian Büll from the Copenhagen Center for Glycomics (CCG) at the University of Copenhagen.

The unique sugar language

When the immune system receives wrong signals, it can lead to autoimmune diseases, which is when the immune system attacks itself. The Siglec receptors receive signals via the sialic acid sugar, a carbohydrate that typically closes the sugar chains on the surface of our cells. When Siglec receptors meet the right sugar chains, the immune system is told to dampen or activate.

"As part of the new study, we have created a cell library that can be used to study how various sugars bind to and interact with receptors. We have done this by creating tens of thousands of cells each containing a bit of the unique sugar language, which enables us to distinguish them from one another and to study their individual effect and process. This knowledge can help us develop better treatment options in the future," says Associate Professor Yoshiki Narimatsu from CCG, who also contributed to the study.

"The surface of the cells in the library is the same as the one found on cells in their natural environment. This means that we can study the sugars in an environment with the natural occurrence of e.g. proteins and other sugars, and we can thus study the cells in the form in which virus and bacteria find them," Yoshiki Narimatsu explains.

Important discovery for Alzheimer's

Working on the new study, the researchers identified the sugars that bind to the specific receptor that plays a main role in the development of Alzheimer's disease.

"Our main finding concerns the Siglec-3 receptor. Mutations in the Siglec-3 receptor is already known to play a role in connection with Alzheimer's, but we did not know what the receptor specifically binds to. Our method has now identified a potential natural sugar that binds specifically to the Siglec-3 receptor. This knowledge represents an important step forwards in understanding the genetic defects that cause a person to develop the disease," says Christian Büll.


Inhalt

"Budding" through the cell envelope—in effect, borrowing from the cell membrane to create the virus's own viral envelope—is most effective for viruses that need an envelope in the first place. These include enveloped viruses such as HIV, HSV, SARS or smallpox. When beginning the budding process, the viral nucleocapsid cooperates with a certain region of the host cell membrane. During this interaction, the glycosylated viral envelope protein inserts itself into the cell membrane. In order to successfully bud from the host cell, the nucleocapsid of the virus must form a connection with the cytoplasmic tails of envelope proteins. [4] Though budding does not immediately destroy the host cell, this process will slowly use up the cell membrane and eventually lead to the cell's demise. This is also how antiviral responses are able to detect virus-infected cells. [5] Budding has been most extensively studied for viruses of eukaryotes. However, it has been demonstrated that viruses infecting prokaryotes of the domain Archaea also employ this mechanism of virion release. [6]

Animal cells are programmed to self-destruct when they are under viral attack or damaged in some other way. By forcing the cell to undergo apoptosis or cell suicide, release of progeny into the extracellular space is possible. However, apoptosis does not necessarily result in the cell simply popping open and spilling its contents into the extracellular space. Rather, apoptosis is usually controlled and results in the cell's genome being chopped up, before apoptotic bodies of dead cell material clump off the cell to be absorbed by macrophages. This is a good way for a virus to get into macrophages either to infect them or simply travel to other tissues in the body.

Although this process is primarily used by non-enveloped viruses, enveloped viruses may also use this. HIV is an example of an enveloped virus that exploits this process for the infection of macrophages. [7]

Viruses that have envelopes that come from nuclear or endosomal membranes can leave the cell via exocytosis, in which the host cell is not destroyed. [8] Viral progeny are synthesized within the cell, and the host cell's transport system is used to enclose them in vesicles the vesicles of virus progeny are carried to the cell membrane and then released into the extracellular space. This is used primarily by non-enveloped viruses, although enveloped viruses display this too. An example is the use of recycling viral particle receptors in the enveloped varicella-zoster virus. [9]

A person with a viral disease is contagious if they are shedding viruses. The rate at which an infected person sheds viruses over time is therefore of considerable interest. Some viruses such as HSV-2 (which produces genital herpes) can cause asymptomatic shedding and therefore spread undetected from person to person, as no fever or other hints reveal the contagious nature of the host during this kind of shedding. [10] Another crucial component to viral shedding is whether or not the age of the individual infected plays a role in how long the individual will shed the virus. The University of Milan conducted a study on the A/H1N1/2009 influenza virus to determine if the shedding of the novel pandemic occurs for a longer time in youth than in adults. Only children who had symptoms that appeared two days before hospital attendance, were under 15 years of age, and did not face any serious complications were included in the study. After physical exams and nasopharyngeal samples from all of the positive cases, the results determined that the length of viral shedding (in days) does not correspond to age. The virus shedding was not related to age because there was no difference between the children in the different age groups. Contagiousness in this situation could last up to 15 days, which means that when viral diseases infect much of a localized population, the proper quarantine precautions need to take place to prevent further spread of the virus through viral shedding. [11]


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