Eine Infektion mit HIV (Humanes Immundefizienz Virus) führt unbehandelt zu AIDS (Akquiriertes Immundefizienz Syndrom) und damit zum Tod. Gelangt das HI-Virus über infizierte Körperflüssigkeiten in einen neuen Organismus, so kann es sich sprunghaft vermehren. HIV gehört zu den sogenannten Retroviren. Diese behüllten Viren zeichnen sich dadurch aus, dass sie einerseits die Information zur Vermehrung in Form einer einsträngigen RNA mitbringen und andererseits auch eigene Enzyme für diesen Vorgang. HI-Viren infizieren Zellen des Immunsystems. Diese Wirtszellen können dann jeweils bis zu 1.500 neue Viren produzieren – anschließend sterben sie ab.
4. Integration Virus-DNA
Die doppelsträngige Virus-DNA gelangt in den Zellkern. Dort wird sie in die DNA der Wirtszelle eingebaut. Unterstützt wird dieser Vorgang durch ein Enzym namens Integrase. Die Virus-DNA innerhalb der Wirtszellen-DNA wird als Provirus bezeichnet. Dieser Provirus steuert so die Produktion neuer Viruspartikel und kann nicht vom Immunsystem angegriffen werden.
5. Transkription (DNA zu RNA)
Ein normaler Mechanismus in tierischen Zellen ist die Transkription, sie dient der Herstellung von Proteinen und ist essentiell für die Zellteilung. Dabei wird DNA im Zellkern zu RNA umgeschrieben. In weiteren Schritten kann die RNA z. B. zu einem Protein übersetzt werden. Bei dieser Transkription innerhalb des Zellkerns der Wirtszelle werden bei infizierten Zellen auch die integrierten Proviren von DNA zu RNA transkribiert.
- Transkription: Das “Umschreiben” von DNA zu RNA
- Translation: Die “Übersetzung” von RNA zu Aminosäuren (und Proteinen)
- Reverse Transkription: Das “umgekehrte Umschreiben” von RNA zu DNA
6. Translation (RNA zu Aminosäuren)
Die entstandene RNA wird als mRNA (messenger ribonucleic acid, Boten-RNA) bezeichnet. Ein Teil dieser mRNA aus dem Provirus wird zur Translation genutzt: im Zytoplasma wird mRNA zu einem Strang aus Aminosäuren “übersetzt” (translatiert) – diese können in den nächsten Schritten zu Virus-Proteinen werden. Der andere Teil der mRNA wird in die Virenhüllen der nächsten Generation verpackt und dient dort als neues Erbgut.
7. Proteine durch Proteolyse
Die Kette aus Aminosäuren wird durch Proteolyse zerstückelt, dabei entstehen Vorstufen von Proteinen. Diese dienen u. a. der Bildung einer neuen viralen Hülle. Zudem entstehen neue Vorstufen von Enzymen, welche zusammen mit der RNA in die nächste Virusgeneration eingebaut werden.
8. Neue HI-Viren entstehen
Um die RNA und Enzyme (bzw. deren Vorstufen) wird eine neue Hülle gebaut. Das unreife Virus löst sich aus der Zellmembran.
9. Reifung der HI-Viren
Durch eine weitere Proteolyse in den neu entstandenen HI-Viren werden die Protein-Vorstufen zu funktionsfähigen Enzymen. Nun kann das fertige Virus weitere Wirtszellen mit CD4-Rezeptoren befallen.
Der Vorgang kann pro Wirtszelle bis zu 1.500-mal geschehen; anschließend stirbt die Wirtszelle und somit eine Zelle des Immunsystems ab. Die neuen HI-Viren befallen weitere Wirtszellen und der Zyklus geht von Neuem los.
Die DNA von Viren hat eine sehr hohe Mutationsrate. Beim wiederholten Umschreiben von RNA zu DNA zu RNA kommt es zu Fehlern, also Mutationen. Dadurch ist es für das Immunsystem besonders schwer, gegen diese Viren vorzugehen.
Anhand dieser häufigen Veränderungen kann nachvollzogen werden, ob verschiedene HI-Viren zu einer gemeinsamen Abstammungslinie gehören und sogar, wer sich bei wem infiziert hat.
Häufige Fragen zum Vermehrungszyklus des HI-Virus
Eine HIV-Infektion läuft in der Regel in drei Phasen ab. In den ersten Wochen nach Infektion kann es zu grippeähnlichen Symptomen kommen. In dieser ersten Phase besteht eine hohe Viruslast und damit eine hohe Infektiosität. Es folgt eine Latenzphase, in der das Immunsystem das Virus noch eindämmen kann. Die Viruslast und Infektiosität sind niedriger. Die letzte Phase beschreibt das AIDS Stadium. Das Immunsystem ist “erschöpft” und kann nicht mehr gegen das Virus ankommen. Das AIDS Stadium verläuft immer tödlich.
Das HI-Virus gehört zu den Retroviren, diese bringen ihr Erbgut und das notwendige Werkzeug zur Vermehrung dessen selbst mit. Das Virus bindet an bestimmte Zellen des Immunsystems, dringt in diese ein und beginnt mit der Vermehrung seines Erbguts. Das Werkzeug dafür hat es selbst dabei, die Substrate nutzt es von der Wirtszelle. Das vermehrte Erbgut baut das Virus nun in die DNA der Wirtszelle ein, sodass diese statt menschlicher Proteine Virusproteine produziert. Diese werden dann in neue Virushüllen verpackt und aus der Zelle ausgeschleust. Dort reifen sie zu neuen Viren heran und können weitere Zellen befallen.
Das HI-Virus bringt sein eigenes Erbgut und das notwendige Werkzeug zur Vermehrung dessen mit in die Wirtszelle. Das virale Erbgut ist RNA, also ein Einzelstrang, statt wie beim Menschen DNA (Doppelstrang). Das Virus muss zunächst in der Wirtszelle seine RNA vermehren und zu DNA zusammenbauen. Im Anschluss daran baut es die neue virale DNA in die menschliche DNA ein. Es wird nun statt der menschlichen DNA die virale DNA abgelesen und virale Proteine produziert. Diese dienen als Baustoff für neue Viren und als Substrat für neue virale RNA.
Das HI-Virus ist, wie auch andere Viren, allein nicht vermehrungsfähig. Ohne Wirtszelle ist es in einer Art “Stand-by Modus”, in diesem Modus ist es extrem resistent und kann lange überleben. Über bestimmte Rezeptoren kann es an seine Zielzellen, in diesem Fall Zellen des Immunsystems, andocken. Dies aktiviert das Virus aus dem “Stand-by Modus” und es beginnt mit dem Vermehrungszyklus. Die HI-Viren haben das dafür nötige Werkzeug schon dabei, brauchen aber die “Baumaterialien” aus der Wirtszelle.
Das Virus befällt bestimmte Zellen des Immunsystems. In diesen Zellen nutzt es die vorhandenen Ressourcen, um Material für neue Viren herzustellen. Die neuen Viren werden an der Zellmembran der Wirtszelle zusammengebaut und abgeschnürt. Im Körper müssen die neuen Viren noch heranreifen, bevor sie die nächste Zelle befallen können.
Quellen
„Berliner Patient“: Von HIV geheilt, an Krebs gestorben. Deutsches Ärzteblatt. 2020. https://www.aerzteblatt.de/nachrichten/116992/Berliner-Patient-Von-HIV-geheilt-an-Krebs-gestorben (zugegriffen 23. November 2021)
Campbell NA, Reece JB, Markl J: Biologie - 6. Auflage. Heidelberg Berlin: Spektrum Akademischer Verlag 2003.
De Boer RJ, Ribeiro RM, Perelson AS: Current Estimates for HIV-1 Production Imply Rapid Viral Clearance in Lymphoid Tissues. PLoS Comput Biol 2010; 6: e1000906.
The HIV Life Cycle. NIH. 2021. https://hivinfo.nih.gov/understanding-hiv/fact-sheets/hiv-life-cycle (zugegriffen 25. November 2021)
