PicornavirenLMU

RNA-Viren - Einteilung

- nicht segmentiert - Helikales NC- umhüllt- ES RNA (+)

- nicht segmentiert - Helikales NC- umhüllt

- ES RNA (-)

- segmentiert - Zwei ikos.Capside- Nicht umhüllt- DS RNA (+ und -)

(+) Strang RNA-VirenLMU Picornaviridae: Enterovirus polio, coxsackie, echo

Rhinovirus human rhinoHepatovirus hepatitis AAphthovirus foot-and-mouth disease; MKSCardiovirus encephalomyocarditis, mengoParechovirus human parecho

Caliciviridae: Norovirus norwalk-like, sapporo-like

Hepatitis-E-like- Hepatitis-E- hepatitis Eviridae: virus

Togaviridae: Alphavirus sindbis, semliki-forestRubivirus rubella

Flaviviridae: Flavivirus yellow fever, dengue, FSMEHepacivirus hepatitis C

Coronaviridae: Coronavirus human corona 229-E, SARS

CoronaviridaeLMU

ein Molekül infektiöse RNA (+), etwa 16-21 kb(längstes RNA-Virus Genom)Virionen mit 80 – 160 nm Durchmesserlipidhaltige Hüllehelikales Nukleokapsid

Coronaviridae

LMU

5‘-cap

5'-methyliertes capPolyadenyliertes 3’-EndeStrukturproteine am 3'-Ende kodiertNicht-Strukturproteine (NS) am 5'-EndeORF1 (a und b) nehmen 2/3 des Genoms ein

(+) Strang

Coronaviridae

LMU

Haarnadelschleife induziert Leserastersprung (20-30 %)bei Translation Proteolytische Spaltung der NS-Proteine durch viraleProteasen

ORF1b

Haarnadelschleife

Leader-RNA

ORF1a

5‘-cap

template: (+) Strang

u.a.:Protease / Helikase (ORF1a)RNA abhängige RNA Polymerase (ORF1b)

Coronaviridae

LMU

Subgenomische (sg) mRNA’s für die Expression der Strukturproteine (“nested” mRNA’s)Priming via Leader-RNAIdentisches 3’ Ende5’ Cap und 3’ poly ARegulation z.T. via Anzahl der Leader-RNA Bindestellen

5‘-cap

5‘-cap5‘-cap

5‘-cap5‘-cap

5‘-cap5‘-cap

Leader-RNA

template: (-) StrangRNA abhängige RNA Polymerase !

Coronaviridae

LMU

S: glykosyliertes virales Membranprotein (Zytoplasmamembran, neutralisierende AK, Membranfusion)

E: virales Membranprotein (notwendig für Partikelbildung)M: glykosyliertes virales Membranprotein (ER-Membran, Morphogenese,

Interaktion mit N-Protein)N: basisches Phosphoprotein (Bindung an RNA Genom, unter Bildung des

helikalen Nukleocapsids, Interaktion mit M-Protein)

ORF1a: Protease, HelikaseORF1b: RNA abhängige RNA Polymerase

LMU

Coronaviridae

(+)(-)

(+)(+)

(+)(+)

(+)(+)

Budding ins ERFreisetzung via Golgi

?Entry

LMUWeltweite Verbreitung

Bis zu 90 % der Erwachsenen haben Antikörper

Pathogenese:

•

•

•

•

- Tröpfcheninfektion- Vermehrung in Flimmerepithelzellen des oberen Respirationstraktes- andere Coronaviren auch Vermehrung in Darmepithelzellen- Infektion beschränkt sich meist auf die Epithelien dieser Organe- Genetische Prädisposition für HCV-229 Empfänglichkeit (Chromosom 15)- Kurzzeitige (IgA abhängige) Immunität - Reinfektionen häufig / meist symptomlos

Coronaviridae (HCV-229E und -OC43)

LMU

Klinik:

Harmloser Atemwegsinfekt !

•

•

•

•

- häufig inapparent- Inkubationszeit: 2 - 5 Tage- Erkrankungsdauer ca. 1 Woche- Schnupfen, Husten, Hals- und Kopfschmerzen, leichtes Fieber- Schwererer Verlauf bei Säuglingen und Kleinkindern:asthmatische Anfälle, Bronchitis (selten) und Pneumonien (selten) möglich

Coronaviridae (HCV-229E und -OC43)

Saisonale Häufung im Winter (Februar / März):

LMU•

•

Coronaviridae (SARS-CoV)

Severe Acute Respiratory Syndrom-Virus

Erstmaliges Auftreten im November 2002 in China

- Inkubationszeit: 2 – 7 Tage- Plötzlich auftretendes, schnell steigendes, hohes Fieber (bis 38°C)

- Atemnot, Muskel- und Kopfschmerzen- Entzündung beider Lungenflügel- Thrombozytopenie / Leukozytopenie- Letalität: ca. 11 % (?)

Klinik:

•

•

Coronaviridae (SARS-CoV)

LMU•

•

Coronaviridae (SARS-CoV)

März / April / Mai 2003: Panik vor einer Epidemie !!!

LMUCa. 1000 Tote weltweit

Letzter Fall: Sommer 2003 (taiwanesischer Militärarzt)

Genogruppen der Coronaviren:

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•

Fazit: Coronaviridae (SARS-CoV)

- Gruppe 1 und 2 bei Säugetieren- Gruppe 3 bei Vögeln- Gruppe 4 SARS-CoV ???

LMU

Weitere Besonderheiten SARS-CoV :

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•

Coronaviridae (SARS-CoV)

- Vermehrung in Vero Zellen (African Green Monkey Kidney) möglich im Gegensatz zu HCV 229E und -OC43

- Tröpfchen- und Schmierinfektion möglich !(weitere Übertragungswege ? Klimaanlage etc.)

- Befall der unteren Atemwege (Lunge) und des Darms (viel Virus im Stuhl nachweisbar)

- Zoonose (Zibetkatze, Fledermaus, Frettchen, Marder ?)

03.05.2003 - (idw) Robert Koch-Institut

Die in Deutschland ergriffenen Maßnahmen gegen das Schwere Akute Respiratorische Syndrom (SARS) sind wirksam. …Innerhalb Deutschlands hat es bislang keine Ansteckung gegeben. "Das zeigt, dass die schnelle Reaktion des Robert Koch-Instituts und die gute Zusammenarbeit mit den zuständigen Behörden der Bundesländer sowie den Gesundheitsämtern vor Ort auf der Grundlage des Infektionsschutzgesetzes in Deutschland eine größere Ausbreitung des internationalen SARS-Ausbruchs bisher verhindert hat", sagt Reinhard Kurth, Präsident des Robert Koch-Instituts.

PicornavirenLMU

RNA-Viren - Einteilung

- nicht segmentiert - Helikales NC- umhüllt- ES RNA (+)

- nicht segmentiert - Helikales NC- umhüllt- ES RNA (-)

- segmentiert - Zwei ikos.Capside- Nicht umhüllt- DS RNA

DS- Strang RNA-Viren(segmentierte Genome)LMU

Reoviridae Rotavirus (11) Rotaviren (Gruppen: A,B,C,D,E,F,G)Orthoreovirus (10) Reovirus (Serotypen GT 1-3) Orbivirus (10) Kemerovovirus (Nagetiere)

Colticirus (12) Colorado Zeckenfieber (Mäuse)(weitere 7 Gattungen bei Tieren und Pflanzen)

Birnaviridae Avibirnavirus (2) Gumborovirus (Hühner)Aquabirnavirus (2) Infekt. Pankreasnekrose (Lachse)Entomobirnavirus (2) Drosophila-X-Virus (Drosophila)

Reoviridae: Reo- von respiratory, enteric, orphan:Zeitpunkt der Entdeckung (1959) konnte gezeigt werden, dass diese Viren den Respirations- und Gastrointestinaltrakt infizieren. Eine Assoziation mit Erkrankungen war jedoch nicht bekannt.

Reoviridae (Rotaviren)LMU

11 Moleküle (Segmente) DS-RNA; 0,6 - 3 kbNicht umhüllt Zwei ikosaedrische Kapside (inneres und äußeres)Dadurch: hohe Stabilität in der Umwelt (Flüsse, Abwässer)Dadurch: hohe pH Resistenz (3,5 – 10)Durchmesser: 70 - 80 nm

Reoviridae (Rotaviren)LMU Genome organisation

- 11 Moleküle (Segmente) DS-RNA; Größe zwischen 0,6 - 3 kb- Cap-Struktur an allen 5’-Enden- Kein poly A am 3’-Ende; dafür: Cytidinreste- Konservierte Bereiche (7-10 bp) an beiden Enden (Replikation, Verpackung ?)- RNA abhängige RNA Polymerase ist Bestandteil des Virions ! - Reassortantenbildung bei Koinfektion

L M S

Reoviridae (Rotaviren)LMU Genome organisation

L M S

S1: Inneres CoreS2: RNA bindendS3: GuanyltransferaseS4: Oberflächenprotein, äusseres Capsid

(Hämagglutination, neutralisierende AK)S5: Zinkfingerprotein (Replikation)S6: Inneres Capsid

S7: RNA bindendS8: HelikaseS9: Oberflächenprotein,

äusseres Capsid, AdsorptionS10: ER-Membran, MorphogeneseS11: Proteinkinase ?

Reoviridae (Rotaviren)LMU

b: - Rezeptorvermittelte Endozytose - Virion im Endosom- Abstreifen des äußeren Kapsids- Freisetzung ins Zytoplasma - Umlagerung des Kapsids - Aktivierung der RNA abhäng. RNA Polymerase - Transkription von (+) mRNAs ins Zytoplasma(nur – Strang wird abgelesen !)

- = primäre Transkription

c und d: - Synthese der Core-und Kapsidproteine imZytoplasma und ER

- Zytoplasmatische Einschlußkörperchen (Viroplasma) entstehen

e und f: - Zusammenbau unreifer Virionen mit nur + Strang RNA (Reassortanten !) am ER

- Synthese der – RNA Strangs (Doppelstrang)im reifenden Viruspartikel

- = sekundäre Transkription- Budding ins ER (transiente Membran)- Weitere Reifung (Verlust der Membran) - Freisetzung nach Absterben der Zelle

Core Komplex

Synthese der + Strang RNAs

+ Strang RNAs

Synthese der - Strang RNAs

Reifes Virion

+

Replikation

Reoviridae (Rotaviren)

Ganzjähriges Vorkommen mit peak im Winter 30-50 % aller kindlichen Diarrhöen Durchseuchung: 90% (100%) im Alter von 3 (5) JahrenCa. 60.000 Infektionen pro Jahr (Deutschland)Ca. 527.000 tote Kinder pro Jahr2004 (weltweit)

Reoviridae (Rotaviren)Pathogenese

- fäkal-orale Übertragung- Infektion der differenzierten Enterozyten des (Dünn-) Darmepithels

- Erhöhung der Ca2+ Konzentration (NSP4 Enterotoxin?)- Zusammenbruch des Zytoskeletts- Schädigung der Enterozyten

Durchfall, verminderte Nährstoff– und Wasseraufnahme

infiziertnicht infiziertGeschwollen und vaskularisiert an der “villi”-Spitze

Reoviridae (Rotaviren)

Klinik (Rotavirus A)

- Inkubationszeit: 1 - 3 Tage- Meist inapparent bei Neugeborenen und älteren Kindern - Apparent v.a. bei Kindern > 3 Monate und < 2 Jahre- Symptome (3 – 5 Tage):

- Fieber- Erbrechen- Bauchschmerzen- Durchfall

- Bei schweren Verläufen (40%):- Stationäre Behandlung im Krankenhaus erforderlich- Dehydration, Lethargie und Kreislaufversagen

- Tödliche Verläufe selten in Industrieländern- Virusausscheidung bis 3 Tage nach Beschwerdefreiheit

Reoviridae (Rotaviren)Rotavirus Impfstoffe:

Rotarix: - attenuierter Lebendimpstoff - vom häufigsten Serotyp G1P abgeleitet- monovalent- starke Replikation im Darm- zwei Impfdosen (niedrig konzentriert)

Rotateq (Rotashield):- rekombinanter Lebendimpfstoff auf Basis des bovinen Rotavirus (Stamm WC3)

- polyvalent (5 Varianten mit 5 Antigenen der häufigstenhumanpathogenen Rotavirus Serotypen)

- schwächere Replikation im Darm- drei Impfdosen (hoch konzentriert)

Zulassung (Deutschland) in 2006; ab 6. LebenswocheNoch keine STIKO-Empfehlung

98% iger Schutz vor schweren Verläufen

Reoviridae (Rotaviren)

Diagnostik (MvP):

PCR aus Stuhlproben

Antigen-ELISA (aus Stuhlproben):- Mikrotiterplatte mit anti-Rotavirus Antikörper(kommerziell erhältlich)

- Zugabe von Suspension der Stuhlprobe- Zugabe von POX konjugiertem anti-Rotavirus Antikörper

- Substratzugabe und Farbreaktion

PicornavirenLMU

RNA-Viren - Einteilung

- nicht segmentiert - Helikales NC- umhüllt- ES RNA (+)

- nicht segmentiert - Helikales NC- umhüllt- ES RNA (-)

- segmentiert - Zwei ikos.Capside- Nicht umhüllt- DS RNA

(-) strang RNA-Virenunsegmentiert !LMU

Rhabdoviridae Vesiculovirus Vesicular stomatitis V.Lyssavirus Rabies Virus

Filoviridae Filovirus Marburg VirusEbola Virus

Paramyxoviridae Paramyxovirus Mumps, ParainfluenzaMorbillivirus MasernvirusPneumovirus RSV

Bornaviridae Bornavirus Pferd, Schaf

(Mononegavirales)

LMUParamyxoviren, Rhabdoviren,

Filoviren, Bornaviren

Gemeinsame Eigenschaften: „Mononegavirales“

(-) Strang RNA-Genom

RNA-abhängige RNA Polymerase ist Bestandteil des Virion

Genom einzelsträngig, nicht segmentiert

Virionen behüllt

Helicale Nukleokapside

LMURhabdoviren

(-) Strang RNA,13-16 kb„bullet-shaped“, 70-80 nm ∅, 130-380 nm langlipidhaltige Hülle, helikales NukleokapsidViele verschiedene Viren (befallen Tiere und Pflanzen)

Rhabdoviren

(-) RNALeader Region am 3’-EndeRNA abhängige RNA Polymerase (L): Bestandteil des Virion !!!Alle Proteine sind “Strukturproteine”

(-) RNA

LMU

P

Rhabdoviren

Initiation der (+) RNA-Synthese am 3’-Ende der (-) RNATranskription einer kurzen leader RNA:kein 5’ cap / kein polyA Stop der Transkripton am Ende der leader RNANeustart am Beginn des N-Proteins:jetzt: 5’ cap / poly A

(-) RNA

RNA Pol

(+) RNA

LMU

P

Rhabdoviren

Zwischen den einzelnen Genen befinden sichintergenische RegionenDie RNA Polymerase stoppt die Transkription, überliestdie intergenische Region und nimmt ihre Arbeit am NSProtein wieder auf (Überspringen und Reinitiation)Fortsetzung über gesamtes Genom

(-) RNA

RNA Pol

(+) RNA

LMU

P

Rhabdoviren

Dieser Prozess ist nicht immer erfolgreich:Aufbau eines mRNA Gradienten Dadurch:[N] > [P] > [M] > [G] > [L] Protein

RNA Pol

LMU

(-) RNA(+) RNA

P

Rhabdoviren

(-) RNA

LMU

N: RNA bindend, Nukleokapsid (ca. 1800 Einheiten pro Partikel)P: RNA bindendM: Matrixprotein, innere Seite der Virusmembran, MorphogeneseG: Membranprotein (Adsorption, Fusion, Hämagglutination,

neutralisierende AK)L: Bestandteil des Nukleokapsids, RNA abhängige RNA

Polymerase, Capping und Polyadenylierung, Methyltransferase

P

LMU

Verbreitung ausschließlich auf amerikanischem Kontinent

Infektion von Pferden, Rindern, Schweinen, Menschen

Zwei Serotypen: New Jersey und Indiana

Übertragung:

Volkswirtschaftliche Schäden durch z.B. Rückgang derMilchleistung

•

•

•

Vesicular-Stomatitis-Virus (VSV)

- durch Mücken und Fliegen - durch Tierkontakte- (indirekt) durch z.B. Melkmaschinen

LMU

Pathogenese:

•

•

Vesicular-Stomatitis-Virus (VSV)

- Das Virus gelangt über kleine Verletzungen oder Arthropodenstiche in die Haut

- Vermehrung im stratum spinosum - Ausbreitung lokal von Zelle zu Zelle

Klinik:- Fieber- “speicheln und lahmen”- aufgeplatze Vesikel (Bläschen) im Maul, Rüsselscheibe, Zitzen, Kronsaum

- DD: Maul und Klauenseuche

- Beim Menschen: transiente, milde Infektion mit grippeähnlichenSymptomen

LMU •

•

Vesicular-Stomatitis-Virus (VSV)

VSV-G pseudotyping

Vorteile: - stabileres lentivirales Partikel- Aufkonzentrierung (Zentrifugation) möglich- breiterer Zielzelltropismus

VSV-G

LMU

Weltweite (!) Verbreitung

Urbane Tollwut

Sylvatische Tollwut

Fälle pro Jahr (Mensch)

•

•

•

- v.a. durch streunende, herrenlose Hunde- Indien / Ostasien / Afrika / Südamerika

Rabies (Tollwut)

- v.a. durch Füchse, Wölfe, Dachse / Waschbären, Stinktiere - Europa / Nordamerika

- WHO: ca. 1600 - Dunkelziffer: 40.000 – 70.000 ???

LMURabies (Tollwut)

Totimpfstoff für Menschen

- Louis Pasteur (1882)- Passagierung des Virus in Kanninchen- zerriebenes und getrocknetesRückenmark des Kanninchens(nicht mehr infektiös)

- Erste Tollwutimpfung beim Menschen:Joseph Meister (1885)

- Später: Phenolinaktivierung (Kanninchen)(Semple Impfstoff)

- Seit 1980: in vitro gezüchtete, abgetöteteTollwutviren

- Bzw.: Ätherextraktion (Kanninchen)(Hempt Impfstoff / Entwicklungsländer)

Rabies (Tollwut)

Risikogebiete LMU

Rabies (Tollwut)

Tollwutgebiete weltweit LMU

Rabies (Tollwut)Wildtollwut LMU

LMURabies (Tollwut)

Lebendimpfstoff (attenuiertes Virus) für Wildtiere (früher verabreicht im Hühnerkopf)

Deutschland ist Tollwutfrei !!!

LMU Fledermaustollwut in Deutschland (1982 - 2007)

Rabies (Tollwut)

EBLV-1 und EBLV-2 (European Bat Lyssa Virus)

Übertragung auf Mensch möglich ( tödlich *)!

*5 Fälle in letzten 50 Jahren in Europa

LMUPathogenese

•

•

- Beim Biss gelangt das Virus in Haut / Bindegewebe / Muskulatur- Initiale Replikation an der Bissstelle- Infektion der Nervenendigungen - Axonale Wanderung (20 mm pro Tag !!!) zum Gehirn- Hauptreplikationsorte sind: Ammonshorn, Hippocampus und Hirnstamm- Encephalomyelitis (Gehirn und RM sind betroffen) – Zerstörung der Neurone- Nach der Vermehrung im Gehirn wandert das Virus axonal in die Augenbindehaut, Speichel- und Hautdrüsen und in periphere Organe

- Produktion von infektiösen Viren (v.a. Speichel)

Rabies (Tollwut)

Labordiagnose:

- Tupfpräperate d. Hornhaut- Hautbiopsien (Nacken)

Nachweis von Negri-Körperchen=

eosinophile, zytoplasmatischeAblagerungen viraler Nucleoproteine

LMU

Transport des Endosoms ?

20 mm pro Tag

LMU

Klinik

•

•- Inkubationszeit: 5 Tage bis Jahre !!! (je nach Bissstelle !!!)- Nach Auftreten der Symptome tödlich !!!- Etablierung der Infektion nach Hundebiss: ca. 15 %

- Prodromalstadium (0-10 Tage):Ziehen und Brennen an der Bissstelle (Kopfschmerzen / Gelenksteife / Fieber)(Hyperaktivität / Hyperventilation / Lähmungserscheinungen)

- Akute neurologische Phase (2-7 Tage): rasende Wut: Hydrophobie / Schluckkrämpfe / steigendes Fieber / Speichelfluss(stille Wut (in 20 % der Fälle): Lähmungen)

- Koma (5-14 Tage)

- Tod durch Atemstillstand

Rabies (Tollwut)

LMURabies (Tollwut)

Klinik

LMU Postexpositionsprophylaxe (PEP)

Rabies (Tollwut)

LMURabies (Tollwut)

Jeanna Giese (geb. 1989, Wisconsin, USA) ist der erste Mensch, der ohne schwerwiegende dauerhafte Folgeschäden eine Tollwut Infektion mit anschließendem symptomatischen Ausbruch der Erkrankung überlebte, ohne die für Tollwutetablierte Behandlung mit Antiserum erhalten zu haben. Giese wurde im September 2004 im Alter von 15 Jahren von einerFledermaus in ihren linken Zeigefinger gebissen, nachdem sie dasverletzte Tier zuvor gefunden hatte. 37 Tage nach dem Biss entwickeltesie die typischen Symptome einer Tollwut-Infektion und wurde mitGehstörungen und Tremor in ein Krankenhaus eingeliefert. Sie gilt als der sechste dokumentierte Fall eines Patienten, der Tollwut nach dem Auftreten klinischer Symptome überlebte. Ihre experimentelleBehandlung bestand aus der medikamentösen Einleitung einer Analgosedierung (Ruhigstellung) sowie der Gabe von antiviralen Medikamenten (Ribavirin und Amantadin). Ob zwischen dieser experimentellen Therapie und dem positiven Ausgang tatsächlich ein Zusammenhang besteht, ist jedoch nicht gesichert.

@ RibavirinLMU

Ribavirin ist ein Nukleosid Analogon und wirkt virostatisch gegen eine Reihe von DNA- und RNA-Viren (Hepatitis C, RSV, Influenza, Herpesviren, Arenaviren, Adenoviren).

Analogon von Guanosin; intrazelluläre Phosphorylierung

Hemmung der viralen Polymerase (?)

In der Form des Monophosphat hemmt es dann kompetetiv die Inosinmonophosphat-Dehydrogenase und somit die Bildung des Guanosinmonophosphat (Grundbaustein von DNA und RNA) [GMP Depletion]

Ribavirin wirkt ferner auf das Immunsystem (?) – die vollständige Wirkungsweise ist nicht genau bekannt.

@ AmantadinLMU

Amantadin ist ein Derivat des Adamantan. Es wird als Arzneimittel zur Behandlung der durch Influenza-A-Viren verursachten Grippe eingesetzt.

Amantadin wirkt hemmend auf das uncoating. Dabei blockiert Amantadin das in der Hülle enthaltene (virale) Ionenkanal-Protein M2. Allerdings wird dieser Effekt bei therapeutischer Dosierung des Wirkstoffs nur bei Influenza-A-Viren erreicht. Eine Inhibition von Influenzaviren Typ B und anderen behüllten Virusformen wird erst bei Konzentrationen jenseits der therapeutischen Breite erreicht.

M2 M2 M2

LMURabies (Tollwut)

2. Juli 2004 meldete dpa, dass in den USA die Tollwut von einem Organspender auf die Empfänger übertragen worden war. Drei Patienten, denen Tollwut-kontaminierte Organe transplantiert worden waren, starben an der Krankheit. Der Organspender hatte sich durch eine Fledermaus mit dem Virus angesteckt, wie die US-Seuchen-überwachungsbehörde CDC in Atlanta berichtet hatte.

Auch in Deutschland sind drei Personen an einer durch Organspende übertragenen Tollwut gestorben, drei weitere mit Organen derselben Spenderin überlebten. Die am 30. Dezember verstorbene Spenderin hatte sich im Oktober 2004 bei einem Indien-Urlaub durch einen Hundebiss unerkannt infiziert.

Tollwut und Organspende:

Contributors

Armin Baiker, Max-von-Pettenkofer Institut, LMU MünchenEmail: baiker@mvp.uni-muenchen.de

"Ruth Brack-Werner, Prof. Dr." <brack@helmholtz-muenchen.de>