Corona Pandemie: Wie Viren wirklich funktionieren

Da das Thema Viren aufgrund der aktuellen Corona Pandemie sehr populär ist, werden hier einige allgemeine faktische Hintergrundinformationen zu Viren aufgegriffen. Aus der biologischen Perspektive ist es spannend, genauer zu verstehen, was die kleinen Partikel in unserem Körper für Prozesse hervorheben. Ohne unsere Zellmechanismen könnten sie sich gar nicht verbreiten, weswegen es zu ihrem Vorteil ist, unseren Organismus nicht zu sehr zu schädigen. Außerdem könnten sie uns auch medizinischen Nutzen bringen, etwa in der Krebsforschung.

 

Was ist ein Virus? Warum sind Viren keine Lebewesen?      

Per offizieller Definition bestehen Lebewesen aus Zellen. Sie betreiben einen aktiven Stoffwechsel, Wachstum, Fortpflanzung und reagieren auf Reize1. Viren sind keine Zellen und haben eben keinen eigenen Stoffwechsel, denn ihre Existenz besteht lediglich aus einer Eiweiß Kapsel, die Erbinformationen enthält. Manche Viren besitzen zwar eine Hülle um deren Kapsel, die einer Zellmembran ähnelt, dies lässt sie jedoch immernoch keinen eigenständigen Metabolismus betreiben2. Ein Virus kann also nicht essen und Abfallstoffe ausscheiden, so wie Tiere und Menschen oder sogar Bakterien in einer primitiven Form. Übrigens werden Viren dadurch auch nicht als Parasiten bezeichnet, da der Begriff sich auf Lebewesen beschränkt, also eher für Bakterien, Einzeller und Würmer gebräuchlich ist, welche schädlich für den befallenen Organismus sind.

 

Wie vermehren sich Viren?    

Das Ziel von Viren ist es, die eigene Existenz aufrecht zu erhalten. Dafür ist es von großem Vorteil, sich schnellstmöglich großräumig zu vermehren. Da dies, wie oben erklärt, nicht selbständig passieren kann, wird eine fremde Zelle als sogenannter Wirt gebraucht. Dies sind bei Viren vor allem Menschen und Tiere, bzw. deren Zellen. Ein Virus braucht also zwingend Zellen von einem Lebewesen, um sich dort einzunisten und die Wirtszelle für die eigene Vermehrung zu benutzen2.       
Es sind also vor allem zwei Mechanismen, die der Erreger nutzt: Einerseits, die Übertragung von einem Wirt zum anderen, anderseits die passive Reproduktion innerhalb des jeweiligen Wirtes.

 

Schritt 1: Übertragung

Es gibt verschiedene Wege, durch die ein Virus von einem Wirt zum anderen gelangen kann:

  1. Aerosole Tröpfcheninfektion:            
    Die Viren werden über kleinste Sekrettröpfchen aus den Atemwegen (Lunge, Nase, Mund) nach außen an die Luft transportiert. Dort fliegen sie meist unsichtbar in unmittelbarer Nähe des Überträgers (beispielsweise einem Menschen) herum. Vor allem Niesen und Husten setzt viele dieser Sekrettröpfchen frei. Weil sie so leicht sind, können sie einige Minuten dort verweilen und ihre Reichweite beträgt je nach Art 1-3 Meter3. Beispiele für diese Übertragungsart sind klassische Influenza (Grippe) Viren und das aktuell sich überall verbreitende SARS-CoV-2, dass die Corona Erkrankung auslösen kann.
  2. Direkte Übertragung:  
    Dabei wird ein Virus über direkten Speichelfluss oder Körperkontakt weitergegeben. Beispielsweise das Herpes Virus, das Fieberblasen an der Lippe auslösen kann, wird beim Küssen übertragen. Dies geschieht bei diesem Virus nur zum Zeitpunkt des Ausbruchs, also wenn die Symptome aktuell auftreten2.
  3. Stich oder Biss eines Tieres:
    Mithilfe eines sogenannten Vektors, einem Überträger, können Viren sich auch verbreiten. Das Tier selbst bzw. dessen Zellen dienen nur dazu, die Viren zum eigentlichen Wirt zu bringen, ohne dass der Vektor selbst erkrankt. Ein populäres Beispiel hierfür ist das Rabiesvirus, dass die Krankheit Tollwut auslöst. Durch den Biss von Tieren wurden zwischen 1989 und 2011 viele Menschen infiziert2.
  4. Körperflüssigkeit oder Blut beim Geschlechtsverkehr:        
    Viren, die auf diese Art übertragen werden, haben optimale Entwicklungsbedingungen, wenn sie keinem Licht aber viel Feuchtigkeit ausgesetzt sind. Beim Geschlechtsverkehr werden sie über dort ausgetauschte Körperflüssigkeiten übertragen. Auch im Blut befinden sie sich, über kleinere Schnittwund oder Verletzungen besteht hier ein weiterer Weg. HIV, das Virus, welches die AIDS Krankheit auslöst, ist das Paradebeispiel dafür2.  
  5. Fäkal-oral:      
    Die Viren werden über den Stuhl nach außen transportiert und oral vom nächsten Wirt aufgenommen. Bei mangelnde Hygienebedingungen, wie man sie aus früheren Zeiten kennt oder aus Drittweltstaaten, ist dieser Übertragungsweg denkbar. Bei sauberen Toiletten und regelmäßigen Händewaschen nach dem Toillettengang sollte dies nicht passieren. Hepatitis-A Viren nutzen die fäkal-orale Verbreitungsart2.
  6. Indirekte Schmierinfektion:    
    Oberflächen von Gegenständen dienen als Plattform für die Viren, auf denen sie verweilen, bis ein anderer Wirt kommt und den Gegenstand berührt. Man muss sich daraufhin nur unbewusst ins Gesicht fassen und hat damit bereits das Virus aufgenommen.

Bei Vielen Viren kann die Übertragung über mehrere der genannten Wege erfolgen. Das aktuelle Virus SARS-CoV-2 beispielsweise verbreitet sich über die Aerosole Tröpfcheninfektion, direkte Übertragung bereits bei Umarmungen und indirekte Schmierinfektionen auf Oberflächen.

 

Schritt 2: Vermehrung        

Nachdem ein Virus über einen der genannten Wege von einem Wirt zum nächsten transportiert wurde, nutzt er die Mechanismen der Wirtszellen für die eigene Vermehrung. Dieser Prozess wird anhand einer befallenen Menschen Zelle beschrieben:    
Unsere Zellen besitzen einen Zellkern, in der sich die sogenannte DNA befindet, auf deren Strängen sich unser Erbgut befindet. Dieser enorme Informationsspeicher wird ständig für Stoffwechselvorgänge und alles, was in unserem Körper passiert, genutzt. Die meisten Zellen teilen sich im gewöhnlichen Zellzyklus, um alte zerstören zu können, damit wir wachsen und gesund bleiben. Außerdem werden kleine Abschnitte der DNA auf die sogenannte RNA kopiert, die die überschriebenen Informationen aus dem Zellkern transportiert. Dort wird sie verwendet, um den Zellorganellen Anweisungen für spezifische Stoffwechselprozesse zu geben. Das alles ist relativ komplex und abstrakt, für den Vermehrungsprozess der Viren reicht es zu wissen, dass wir wichtige Informationen auf der DNA und der RNA haben.


Auch Viren besitzen in ihrer Kapsel solche Informationen. Diese liegen entweder als DNA oder als RNA vor.  Der Virus nutzt sie auf seiner Oberfläche liegende Proteine, die an Rezeptoren von den jeweiligen menschlichen Zellen andocken können. Unsere Zellen können hier meistens nicht erkennen, dass es sich um einen Fremdkörper handelt und öffnen die Pforte. So geben die Viren ihre Erbinformationen in unsere Zellen und diese fangen dann an, diese eigentlich fremde DNA oder RNA zu kopieren und die „Anleitung“ zu befolgen. Dadurch baut unsere Zelle dann etliche Kopien des jeweiligen Virus zusammen, welcher sich so schnellstens vermehrt. Man kann sich dieses Eindringen wie ein trojanisches Pferd vorstellen, das unbemerkt die Bösewichte einschleicht2.

        

Inwiefern sind Viren für den menschlichen Organismus von Bedeutung?   

Viele uns bekannte Viren können Symptome und Erkrankungen bei uns auslösen. Beispielsweise das Human Immunodeficiency Virus (HIV) befällt wichtige Zellen unseres Immunsystems, deren Funktion dann außer Gefecht gesetzt wird. Die befallenen T-Helferzellen schützen bei gesunden Menschen den Organismus vor Krankheitserregern wie Bakterien, weiteren Viren, Pilzen usw. Sobald sie also diesen Job nicht mehr ausführen können, sind wir extrem krankheitsanfällig. Es entsteht ein erworbenes Immundefektsyndrom, welches auch unter AIDS bekannt ist. Dies führt dazu, dass Betroffene Folgeerkrankungen bekommen, wie beispielsweise Tuberkulose oder eine Lungenentzündung, welche vom Immunsystem nicht mehr bekämpft werden können. Dies kann letztlich ohne die richtigen Medikamente tödlich enden4
Aber nicht alle Viren sind eine Gefahr für uns und möglicherweise können sie uns zukünftig sogar dabei helfen, Krankheiten zu heilen:

 

Viren, Evolution und ihr Nutzen für den Menschen   

Wissenschaftliche Untersuchungen haben ergeben, dass ein beachtlicher Teil unseres menschlichen Erbgutes von Viren stammt. Diese haben sich offensichtlich bereits in unserem Stammbaum bei den Affen und später dann auch bei der modernen Menschenart in die DNA miteingebaut. Forscher gehen von einem viralen Anteil von 8 – 43% aus5. Dürfte auch nur die kleinere Zahl davon wahr sein, so liegt es auf der Hand, dass Viren einen zentralen Teil dazu beigetragen haben, welche Genomsequenzen sich auf unserem Erbgut befinden. Da die Evolution auf dem „Survival of the Fittest“ Prinzip basiert, dürften diese eigentlich ursprünglich fremden Abschnitte uns nicht geschadet haben. Möglicherweise haben sie sogar einen positiven Beitrag zu unserer Entwicklung beigetragen.        
Einen weiteren Nutzen könnten bestimmte Viren für unser Gesundheitssystem haben: Man ist dabei, Viren so zu programmieren, dass sie Krebszellen angreifen. Dass das Erbgut von einem Virus ja quasi unbemerkt in unsere Zellen eindringen und deren Genaktivität verändern kann, haben sich Krebsforscher zu Nutzen gemacht. Man kann bestimmte Viren im Labor so abschwächen und verändern, dass sie ganz gezielt Tumorzellen abtöten oder deren Aktivität hemmen. Dies ist gegenüber einer Chemotherapie mit weniger Komplikationen verbunden, denn diese beschädigt ja nebenbei auch gesunde Zellen6. Die Forschung zu diesen Modifizierungen von Viren in der Krebsbekämpfung läuft noch, sie gibt uns jedoch Hoffnung auf eine bessere Unterstützung bei der Heilung.

 

Fazit

Viren sind kleinste Partikel, die keinen Lebewesen angehören. Sie brauchen einen Wirt, um sich zu vermehren und weitere Wirte, um sich zu verbreiten. Es gibt viele Viren, die Krankheiten auslösen können, viele, die uns nichts anhaben und möglicherweise auch einige, die für Menschen nützlich sind.          

Wie wir unseren Körper und unser Immunsystem vor Krankheitserregern wie Viren schützen können, und was unsere eigenen Abwehrzellen täglich leisten, wird im nächsten Artikel erläutert.

 

1 Doccheck Flexikon: Lebewesen. [https://flexikon.doccheck.com/de/Lebewesen; 25.03.2020].

2 Bütikofer, Markus; Hopf, Zensi; Rutz, Guido; Stach, Silke und Grigoleit, Andrea (2015): Humanbiologie 1: Grundlagen, Stoffwechsel und Abwehrsysteme. Zürich: Compendio Bildungsmedien. S. 139-141, 242.

3Dochcheck Flexikon: Tröpfcheninfektion. [https://flexikon.doccheck.com/de/Tr%C3%B6pfcheninfektion; 28.03.20].

4Zschokke, Samuel (2018): Humanbiologie I: Anatomie und Physiologie – Infektionskrankheiten. Basel: Universität Basel.

5Heinemann, Pia (2016): Wie Viren sich in das menschliche Erbgut schlichen. In: Die Welt. Berlin: Axel Springer SE.

6Till, Ulrike (2018): Mit Viren gegen Krebs. SWR.

 

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