Virus-Zell Interaktion                                     Back to Allgemeine Virologie

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Zuerst ist einmal wichtig, ob eine Zelle empfänglich für ein Virus ist, also den Erreger eindringen läßt (was noch nicht heißt, daß er sich auch vermehren kann), oder permissiv, also dessen Vemehrung zuläßt (was aber nicht bedeuten muß, daß er in die Zelle normalerweise eindringen kann). Bei Produktion von Virus-Partikeln spricht man von einer produktiven Infektion.

z.B. erlaubt die Transfektion des Polio-Genoms in Kükenfibroblasten die Replikation, die Zellen sind also permissiv; diese Zellen können aber nicht vom Poliovirus infiziert werden, da sie nicht empfänglich sind.

Sowohl das Virus wie auch die jeweilige befallene Zelle bestimmen den Typ der Interaktion, also die Folgen der Infektion. Daher kann das selbe Virus in einer Zellinie eine lytische, in einer anderen eine persistierende Infektion hervorrufen.

Grundsätzlich teilt man diese Interaktionen wie folgt ein

• lytisch
• persistierend
• latent
• transformierend
• abortiv

Lytische Infektion

Hierbei stirbt die Zelle ab. Die Produktion von Virus-Nachkommen kann einfach beobachtet werden.  

Eine Zellkultur zeigt z.B. schnell lytische Prozesse (Plaques).

Einfache (One-Step) Wachstumskinetik

Persistierende Infektion

Kontinuierliche Produktion von Virus durch

• Zellen, die durch die Infektion nicht zu Grunde gehen
• limitierte Infektion, wobei die durch Infektion abgestorbenen Zellen durch neugebildete ersetzt werden.

So kommt es also zu einem Gleichgewicht zwischen Virus und Wirt, die auf verschiedenen Grundlagen beruhen kann:

1. Interaktion nur zwischen Zelle und Erreger

   z.B.  Infektion von einer Affen-Nieren-Zellkultur mit dem Paramyxovirus SV5 - Die Zellen sterben nicht ab, obwohl sich das Virus vermehrt. - < 1% der gesamten RNA der Zelle wird für die Virusproduktion eingesetzt (150.000/ Tag). - Der Zelltyp ist entscheidend. Babyhamster-Nieren-Zellen werden von SV5 lysiert.

2. Interaktion zwischen Zelle und Virus wird vom Immunsystem mitbestimmt
   - Schon kleine Mengen neutralisierender Antikörper reduzieren die Menge des infektiösen Virus
   - Interferon reduziert die Infektionsrate der Zellen
   - So sterben nur wenige Zellen ab und es kann sich ein dynamisches Equilibrium entwickeln
3. Interaktion zwischen Zelle und Virus und defective interfering (DI) Virus
   - DI-Viren sind eine Fehlproduktion in der Virusgenese. Ihnen fehlt ein Teil des Genoms.
   - DI-Partikel benötigen Unterstützung durch Wildtyp (also nicht DI) Helfer-Virus zur Replikation.
   - DI-Partikel werden aber effizienter repliziert als Wildtyp, da ihr Genom kleiner ist.
   - So wird im Laufe der Zeit mehr DI-Virus  als Wildtyp gebildet, was das Überleben der Zelle durch die        persistierende Infektion auf niedrigem Infektions-Niveau ermöglicht.
   - Die Produktion von DI-Virus hängt aber stark vom Zelltyp ab, der dessen Überleben unterstützen muß.

Latente Infektion

Dabei werden

- normalerweise nicht alle Virus-Proteine, also nicht das gesamte Spektrum seiner Funktionen, exprimiert;
- kein infektiöses Virus gebildet;
- gut abgestimmte molekulare Kontrollen benötigt, um den latenten Status aufrechtzuerhalten;
- häufig ein spezifischer Satz von Latenz-Genen exprimiert;
- externe Stimuli zur Reaktivierung möglich, wie z.B. Sonnenlicht bei Herpes.

Wie kann sich ein Virus dadurch erhalten?

- Retroviren integrieren eine Kopie ihrer mittels reverser Transkriptase produzierten DNA (provirus) ins Wirtsgenom.     So wird bei jeder Replikation der Zelle auch die Virus-DNA repliziert.
- Andere Viren, die sich nicht ins Genom integrieren können, bilden ein spezifische Protein (z.B. EBV: EBNA1), das für    die Aufrechterhaltung der episomalen Persistenz verantwortlich ist, und sicherstellt, daß das Genom gleichzeitig mit       der Zelle repliziert wird.
- Wiederum andere Viren bleiben als Episome in sich nicht teilenden Zellen erhalten (wie HSV1 in Neuronen) und haben    so dieses Problem nicht.

Transformierende Infektion

Als Folge einer Infektion mit bestimmten DNA- oder RNA-Viren zeigen manche Zellen eine erhöhte Teilungsrate und Änderungen im "Verhalten", z.B. bei der Kontaktinhibition.

Karzinogenese ist normalerweise multifaktoriell, beruht auf genetischen Vorbedingungen, Ernährung, Umwelteinflüssen und anderen Microorganismen. Viren sind jedoch bei ca. 20% der humanen Krebsformen mitbeteiligt, beim Tier sogar noch viel öfter.

Der Großteil der tierpathogenen Viren ist nicht krebserregend, doch
- viele DNA-Viren verursachen gutartige Tumoren;
- können zu malignen Tumoren bei neugeborenen Tieren führen;
- einige wenige sind für Tier und Mensch onkogen.

Viele dieser Viren führen auch in Zellkulturen zu Transformationen, aber eben doch nicht alle, so daß eine in vitro Situation noch nichts über in vivo aussagt.

Für Viren gibt es zumindest drei mögliche Wege, wie sie zum Tumor führen:

• Expession viraler Gene (oncogen, transformierendes Gen) initiiert oder erhält die Transformation;
• Integration des viralen Genoms führt zu Veränderungen bei der Expession der zellulären Gene (Insertions-Mutagenese);
• Das Virus erzeugt eine Immunsuppression.

Abortive Infektion

Obwohl ein Virus normalerweise verschiedene Zellen infizieren kann, wenn sie den richtigen Rezeptor aufweisen, wächst er doch nicht überall gleich gut. Es kann zu:

• einer reduzierten Vermehrung oder
• zu einem schlechteren Virus/Infektionspotential-Verhältnis kommen.

Unterschiede in der Bereitstellung oder Modifikation der notwendigen Proteine (Struktur und Enzym) oder Nukleinsäuren durch die Wirtszelle liegen diesen Beobachtungen zu Grunde.

z.B. Geflügelinfluenza auf Maus-L-Zellen: Zu wenig virale RNA wird synthetisiert  => wenig Virus mit schlechtem Infektionspotential

z.B. Human-Influenza auf nicht-permissiven Zellen: Hämagglutinin kann nicht gespalten werden => nicht infektiös!

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