Viren replizieren in Wirtszellen
Zellen können sich durch Teilung vermehren. Viren benötigen Ribosomen und Energie einer Wirtszelle, um neue Virionen herzustellen. Manche Viren tragen oder bilden eigene Enzyme zum Kopieren ihres Genoms. Dadurch können sie sich trotzdem nicht unabhängig von einer Zelle vermehren.
Virusgenome werden kopiert und Virusproteine in Wirtszellen hergestellt
Bakterien vermehren sich, indem aus einer Zelle zwei Tochterzellen entstehen. Ein Virus bringt zunächst sein Genom in eine Wirtszelle ein. Enzyme des Virus oder der Wirtszelle kopieren dann das Virusgenom, während Ribosomen der Wirtszelle Virusproteine herstellen. Die Genomkopien und Proteine werden vor der Freisetzung zu neuen Virionen zusammengesetzt.
Bevor eine Infektion weitergehen kann, muss das Virus meist an einen passenden Rezeptor der Wirtszelle binden.
Eintritt und Genomkopie unterscheiden sich je nach Virus. Ein Bakteriophage kann nur sein Genom injizieren, während viele tierische Viren als vollständiges Partikel in die Zelle gelangen. Auch die Enzyme für die Genomkopie können von der Wirtszelle, vom Virus oder von beiden stammen. Jeder Mechanismus benötigt weiterhin eine geeignete Wirtszelle.
Lytischer und lysogener Zyklus bei Bakteriophagen
Virulente Phagen durchlaufen den lytischen Zyklus. Temperente Phagen können auch lysogen bleiben: Ihr Genom bleibt erhalten und wird bei der Bakterienteilung weitergegeben. Im gezeigten Modell wird das Phagengenom in das Wirtschromosom eingebaut. Andere Phagen behalten ein getrenntes Genom außerhalb des Chromosoms. Später kann das Phagengenom wieder aktiv werden und in den lytischen Zyklus wechseln.
Der lytische und der lysogene Zyklus gelten für Bakteriophagen. Tierische Viren können andere Infektionsformen ausbilden, darunter latente und persistierende Infektionen. Diese unterscheiden sich von der Lysogenie bei Bakteriophagen.
Der Phage bindet an die Oberfläche der Wirtszelle. Der rote Weg zeigt, wie sein Genom eindringt. Danach werden Virusgenome kopiert, Virusproteine hergestellt und die Bestandteile zu neuen Virionen zusammengesetzt.
- Verglichenes Ereignis
- Das Virusgenom gelangt zuerst in die Zelle, während der Phagenkörper außen bleibt.
- Biologisches Ergebnis
- Im lytischen Zyklus werden Virusgenome kopiert und Ribosomen der Wirtszelle stellen Virusproteine her. Diese Bestandteile werden anschließend zu neuen Virionen zusammengesetzt.
Der lytische Zyklus beginnt mit dem Andocken
Der lytische Zyklus verläuft in einer festen Abfolge von der Erkennung der Zelle bis zur Freisetzung neu zusammengesetzter Virionen. Vertauscht man die Schritte, bricht der Zyklus ab, weil jeder Schritt den nächsten vorbereitet.
Passende Rezeptoren ermöglichen das Andocken
Der lytische Zyklus beginnt mit der Adsorption, also dem Andocken des Virus an die Wirtszelle. Dafür müssen Virusproteine und Zellrezeptoren zueinander passen. Ohne diese molekulare Übereinstimmung kann die Replikation kaum beginnen.
Auf die Adsorption folgt die Penetration: Das Virus bringt sein Genom oder einen anderen wesentlichen Bestandteil in die Zelle ein. Während der Synthese werden Virusgenome kopiert und Ribosomen der Wirtszelle stellen Kapsidproteine her. Sobald Genomkopien und Kapsidproteine vorhanden sind, werden sie zu neuen Virionen zusammengesetzt. In vielen lytischen Beispielen folgt die Lyse. Dabei bricht die Zelle auf und setzt die neuen Virionen frei.
Synthese der Bestandteile und Assemblierung der Virionen
Während der Synthese werden Virusgenome kopiert und Virusproteine als getrennte Bestandteile hergestellt. Bei der Assemblierung werden die Genomkopien und Proteine zu neuen Virionen zusammengesetzt, die anschließend die Zelle verlassen.
| Phase des lytischen Phagenzyklus | Was geschieht | Häufige Verwechslung |
|---|---|---|
| Adsorption | Das Virus bindet an einen passenden Rezeptor der Wirtszelle | Das Andocken ist noch keine Vermehrung |
| Penetration | Das Virusgenom oder ein anderer wesentlicher Bestandteil gelangt hinein | Nicht bei jedem Virus tritt die gesamte äußere Hülle ein |
| Synthese | Virusgenome werden kopiert und Virusproteine hergestellt | Die Bestandteile sind vorhanden und noch nicht zu Virionen zusammengesetzt |
| Assemblierung und Freisetzung | Neue Virionen werden zusammengesetzt und verlassen die Zelle | Die einzelnen Bestandteile verbinden sich zu neuen Viren, die anschließend die Zelle verlassen |
Bei der Virusreplikation werden Virusgenome kopiert und die Wirtszelle stellt Virusproteine her. Die Genomkopien und Proteine werden anschließend zu neuen Virionen zusammengesetzt.
Ein Prophage kann im Wirtsgenom verbleiben
Im lysogenen Zyklus entstehen nicht sofort zahlreiche neue Virionen. Das Virusgenom kann in die Wirts-DNA eingebaut und bei der Teilung der Wirtszelle mitkopiert werden.
Bestimmte Bedingungen können das Virusgenom erneut aktivieren und den Wechsel in den lytischen Zyklus auslösen.
Ein im lysogenen Zustand erhaltenes Phagengenom heißt Prophage, unabhängig davon, ob es integriert oder vom Chromosom getrennt ist. Sein Übergang zurück in den lytischen Zyklus wird Induktion genannt. Auch tierische Viren können lang andauernde oder inaktive Infektionen hervorrufen. Die Begriffe Latenz und persistierende Infektion beschreiben andere biologische Vorgänge als ein Prophage im Bakterienchromosom.
Synthese und Assemblierung unterscheiden
Während der Synthese werden Virusgenome kopiert und Virusproteine hergestellt, aber diese Bestandteile sind noch keine vollständigen Virionen. Bei der Assemblierung werden Genomkopien und Virusproteine zu neuen Virionen zusammengesetzt. Durch die Wiederholung dieser Schritte können in einer Wirtszelle viele Virionen entstehen.