Allgemeine Pathologie

Einführung in die Virologie 2. Jahr Vetsuisse Curriculum

FS 2016

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Programm

•  Was sind Viren? – Wie sind sie aufgebaut? – Wie vermehren sie sich?

•  Wie machen Viren krank?

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Was sind Viren?

•  Das Virus (lateinisch = das Gift) •  Biologisches Teilchen mit definierter

Struktur und nur einer Art von Nukleinsäure (RNA oder DNA), obligater intrazellulärer Parasitismus, verhält sich wie ein Bestandteil der Zelle

•  Mobiles Gen in einer Schutzhülle •  „Bad News in an envelope“

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Aufbau und Struktur

•  Aufbau – Klein (20 – 300 nm) – Nukleinsäure (nur eine Art) – Protein (mit allen möglichen Modifikationen) – Lipid-Doppelmembran (behüllte Viren) – Symmetrien

•  Ausnahmen – Viroid: nur Nukleinsäure – Prion: nur Protein

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Struktur eines Herpesvirus

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Eigenschaften des Viruspartikels

•  Grösse: klein, mittel, gross •  Form: drei Strukturtypen (Symmetrien)

–  Ikosahedral – Helikal – Komplex

•  Präsenz oder Absenz der Lipidhülle(n) •  Besonderheiten (z.B. doppeltes Kapsid,

mehrere Lipidhüllen)

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Drei Strukturtypen

•  Komplex •  Ikosahedral •  Helikal

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Eigenschaften der Virusproteine •  Anzahl, Grösse •  Funktion/enzymatische Aktivität

–  Haemagglutinin: Diagnostik/Pathogenese –  Fusionsprotein: Pathogenese/Diagnostik –  Neuraminidase: Pathogenese, Antiviralia –  Polyprotein/Proteasen: Replikation, Antiviralia –  Peplomer: Rezeptorbindung, neutralisierende

Antikörper •  Besonderheiten: immunsuppresiv/-stimulierend •  Aminosäure Sequenz

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Je mehr, desto grösser …

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Eigenschaften des Virusgenoms •  DNA/RNA •  ds/ss •  Linear/circulär •  Polarität: positiv, negativ, ambisense •  Segmentiert (Anzahl)/nicht segmentiert •  Grösse des Genoms, der Segmente •  5'-CAP/Polypeptid •  3'-poly(A) •  Nukleinsäure Sequenz

Einteilung nach Baltimore

•  Bezüglich Replikation des Genoms •  Bezüglich Genexpression

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Zusammenfassung

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Virusvermehrung

•  Ebene der Population – Epidemiologie – Strategien

•  Ebene des Organismus – Pathogenese

•  Zelluläre Ebene •  Molekulare Ebene

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Zellvermehrung/Virusvermehrung

Aus 1 mach 1 Million Aus 1 mach 2

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Zelluläre Ebene

•  Adsorption •  Penetration •  Uncoating •  Biosynthese

– Proteine – Genom

•  Assembly •  Release

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1. Adsorption, 2. Penetration

•  Adsorption – Rezeptor notwendig – Empfänglichkeit der Zelle

•  Penetration – Aktive Leistung der Zelle – Braucht Energie – Adsorptive Endozytose; Fusion; Translokation

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3. Uncoating

Ca2+ Brücken, welche die Untereinheiten fest zusammen halten.

Protease

a b

c

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Funktion von M2

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4. Biosynthese

•  Replikation des Genoms •  Synthese von Proteinen

– Transkription – Translation – Posttranslationale Modifikation

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Grundlagen •  Homologie der Nukleotide

–  Ein Ring, sie zu knechten, sie alle zu finden, ins Dunkel zu treiben und ewig zu binden.

–  E=>✥, i=>❉, n=>■$–  ✥❉■ ✲❉■❇✌ ▲❉❅ ❚◆ ❋■❅❃❈▼❅■✌ ▲❉❅ ❁●●❅ ❚◆ ❆❉■❄❅■✌ ❉■▲ ✤◆■❋❅● ❚◆ ▼❒❅❉❂❅■ ◆■❄ ❅◗❉❇ ❚◆ ❂❉■❄❅■.

•  Genetischer Code der Triplets –  E=>5, I=>9, N=>14, … –  5-9-14 => Ein –  5-9-18 => EiR

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Transkription, Translation

DNA RNA

-

+ aber Retro

+ +

mRNA

Protein

+ und - + und -

Translation

Freiraumfür Viren

kein Freiraum

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Ein Gen, ein Protein

•  Segmentiert •  Polyprotein •  IRES •  Regulierte

Genexpression

RNA Sequenz für die Strukturproteine

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5. Assembly

•  Einfachst: helikale, genomische RNA bindet Capsidprotein

•  Einfach: Strukturprotein sammeln sich in Zellmembran; Einbau der RNA löst Formung der Struktur aus

•  Anspruchsvoll: Genom wird in vorgeformte Strukturen verpackt

•  Variationen der verschiedenen Themen

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Lego-Prinzip

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6. Release/Freisetzung

•  Zelle wird „gesprengt“ •  Virus wird unter Schonung der Zelle

ausgeschleust (Exozytose) •  Alle Zwischenstufen

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Zusammenfassung (1)

•  Viren sind biologische Partikel, welche ein Programm zur eigenen Vervielfältigung in Zellen in sich tragen

•  6 Phasen •  Viren kommen in allen Zellen vor

(Bakterien, Pilze, Algen, Tiere, Pflanzen) •  Die Virusvermehrung ist von molekularer

Ökologie geprägt

2. Wie machen Viren krank?

•  Pathogenese –  Infektion des Wirts – Barrieren und Abwehr –  Infektionstypen – Transformation

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Pathogenese

•  Pathogenese: Beschreibung des Wegs, der zum pathologischen Status führt (im Gegensatz zum physiologischen Status)

•  Pathogenese von Viren – Wie sie in den Organismus gelangen – Wie sie sich ausbreiten – Wie die Abwehr reagiert – Ob sie wieder einen Ausgang finden – Ob sie auf dem Weg Schaden anrichten

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Eintrittspforten •  Schleimhäute:

Respiratorisch, alimentär, urogenital, Augen, (Haut)

•  Voraussetzung: Genügend Viren, empfängliche und permissive Zelle, an Abwehr vorbei

•  Lokal or systemisch? Intrinsische Eigenschaft der Viren, moduliert durch äussere Gegebenheiten (Flaschenhals)

29 Aus Flint 2, Fig.1.5

Barrieren •  Gestaffelt, aufbauend,

miteinander kommunizierend

•  Intrinsische Abwehr –  Physische und

chemische Barrieren –  Zelluläre Faktoren

•  Innate Abwehr •  Adaptive Abwehr mit

Gedächtnis

30 Aus Flint 2, Tab. 3.1; Fig. 3.1

Lokale Ausbreitung •  Wie tief wird das Virus

inhaliert? •  Mehrere Schichten der

Abwehr •  Welcher Zelltyp ist

betroffen? •  Ort der

Virusvermehrung beeinflusst Art und Schweregrad der Krankheit

31 Aus Flint 2, Fig.1.6

Lokal vs. systemisch •  Lokal: Vermehrung auf

Eintrittspforte beschränkt

•  Überwinden der BM –  Virale Enzyme –  M-Zellen (im Darm) –  Transport durch DC

•  Ausbreitung –  Replikation in Lndd

(Immuneantwort) –  Via ductus thoracius in

die vena cava

32 Aus Flint 2, Fig.1.11

Systemische Ausbreitung

33 Aus Flint 2, Fig.1.10

Entlang der Neuronen

34 Aus Flint 2, Fig.1.13/ Box 1.5

•  Definition – Prädilektion, dass ein Virus genau

dieses Gewebe infiziert und nicht ein anderes

•  Beispiele – Enterotrop, neurotro, pantro

•  Regulierende Faktoren – Empfänglichkeit und Permissivität – Zugänglichkeit –  Intrinsische Faktoren und innate Abwehr

•  Mutation(en) im viralen Genom

Tropismus

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Infektionstypen

•  Übersicht •  Akute Infektion •  Abortive Infektion •  Persistente Infektionen

– Latent – Langsam – Transformierend

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Übersicht

37 Aus Flint 2, Fig. 5.1

Akute Infektion •  Schnelle Virusproduktion •  Primäre Symptome zum

Zeitpunkt der höchsten Virusvermehrung

•  Induktion einer starken Immunantwort

•  Sekundäre Symptome infolge der Immunantwort

•  Virus effizient eingegrenzt und/oder getilgt

38 Aus Flint 2, Fig. 5.3

Abortive Infektion

•  Infektion empfänglicher aber nicht-permissiver Zellen – Keine neue Virusgeneration

•  Mit oder ohne Apoptose •  Stimulation einer Immunantwort?

•  Infektion mit unvollständigen Viren – Hergestellt auf komplementierenden Zelllinien – Vektoren für die Gentherapie –  Impfstoff gegen Ebola (cAd3-ZEBOV)

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Persistente Infektion •  Die primäre Infektion kann nicht getilgt

werden – Nicht-zytopathogene Viren: Schäden durch das

Immunsystem, z.B. LCMV, Masern (SSPE) – Zytopathogenität hängt vom Zelltyp ab (Latenz) –  Ineffektive Immunantworten auf allen Ebenen

•  Modulation von MHC-I and II •  CTL-escape Mutanten •  Abtötung aktivierter T-Zellen •  Gewebe mit reduzierter Immun-Überwachung •  Infektion von Zellen des Immunsystems

40 Aus Flint 2, Tab. 5.2 & 5.3

Transformierende Infektion

•  Spezialfall einer persistenten Infektion – Virale Genome integriert – Virale Genome episomal

•  Infizierte Zellen haben abnormale Wachstumseigenschaften

•  Transformierte Zellen sind Vorstufen von Krebs

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Zusammenfassung (2) •  Die krankmachenden Eigenschaften von Viren basieren auf

dem Weg, den das Virus innerhalb des Organismus einschlägt sowie den dabei betroffenen Zelltypen.

•  Moduliert wird die Infektion durch die Auseinandersetzung des Virus mit dem Immunsystem sowie auf direkten und indirekten Schäden, die dabei zustande kommen

•  Wir unterscheiden zwischen den folgenden Infektionstypen –  Abortive Infektion –  Produktive Infektion

•  Akut •  Persistent: chronisch vs. latent

–  Transformierende Infektion •  Für das Virus ist eine schwere Krankheit eher von Nachteil als

von Vorteil, weil dadurch die eigene Lebensgrundlage beeinträchtigt wird.

•  Leichen übertragen Viren nur in Ausnahmefällen!!!

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