Viren: Aufbau, Vermehrung und Wirtszellen

Ein Virus ist keine Zelle. Ihm fehlen Zellplasma, Zellorganellen und ein eigener Stoffwechsel. Trotzdem besitzt es Erbinformation, die sich verändern und weitergegeben werden kann. Wirte können Menschen, Tiere, Pflanzen, Pilze, Bakterien oder Archaeen sein. Nicht jedes Virus befällt jeden Wirt; eine Infektion führt auch nicht zwangsläufig zu einer Erkrankung.

Das Genom enthält die Erbinformation. Je nach Virus besteht es aus DNA oder RNA; beide können ein- oder doppelsträngig sein. Das Kapsid ist die schützende Proteinhülle um das Genom. Zusammen bilden sie das Nukleokapsid. Manche Viren besitzen zusätzlich eine Virushülle aus einer Lipiddoppelschicht mit viralen Oberflächenproteinen. Hervorragende Proteine heißen häufig Spikes. Viren können kugel-, stäbchen-, faden- oder schraubenförmig sein.

Virusproteine müssen zu bestimmten Strukturen auf der Wirtszelle passen, damit das Virus andocken kann. Der Vergleich mit Schlüssel und Schloss veranschaulicht diese Passung; ein Virus entscheidet dabei nicht bewusst.

Die Rezeptorpassung begrenzt das Wirtsspektrum, also die Menge geeigneter Wirte. Sie trägt zum Zelltropismus bei: Verschiedene Viren bevorzugen verschiedene Zelltypen und damit unterschiedliche Gewebe.

Viren teilen sich nicht selbst. Zur Vermehrung nutzen sie eine passende Wirtszelle. Zuerst binden Virusproteine an Zellrezeptoren (Anheftung). Dann gelangt das Virus oder sein Inneres in die Zelle (Eindringen), etwa durch Aufnahme in ein Bläschen oder Verschmelzen einer Virushülle mit der Zellmembran. Das Kapsid wird geöffnet oder abgebaut; die DNA oder RNA wird verfügbar (Genomfreisetzung).

Danach vervielfältigt die Wirtszelle virales Erbgut und stellt Virusproteine her (Produktion). Genom und Proteine bilden neue Partikel (Zusammenbau). Diese verlassen die Zelle (Freisetzung) und können weitere passende Zellen infizieren. Dabei kann die Wirtszelle platzen und sterben. Behüllte Viren können durch Knospung austreten und einen Teil der Zellmembran als Hülle erhalten.

Bakterien sind dagegen vollständige Zellen mit eigenem Stoffwechsel und vermehren sich selbstständig durch Zellteilung. Antibiotika greifen bestimmte bakterielle Strukturen oder Vorgänge an; Viren besitzen diese Angriffspunkte nicht.

Viren sind ein biologischer Grenzfall. Meist gelten sie nicht als Lebewesen: Sie sind keine Zellen, besitzen keinen eigenen Stoffwechsel und vermehren sich nicht selbstständig. Sie tragen aber Erbinformation, die sich verändern und weitergegeben werden kann. Eine begründete Einordnung betrachtet alle diese Merkmale.

Bakteriophagen oder Phagen sind Viren, die Bakterien infizieren. Ein häufig dargestellter Phagentyp besitzt einen Kopf mit Erbgut, einen Schwanz und Schwanzfasern zum spezifischen Andocken. Nach dem Andocken gelangt das Phagengenom in die Bakterienzelle. Im lytischen Zyklus stellt sie neue Phagenbestandteile her. Die zusammengesetzten Phagen werden beim Platzen der Zelle freigesetzt.

Bei manchen Phagen kann das Erbgut zunächst in das Bakteriengenom eingebaut und mit ihm weitergegeben werden. Diese ruhende Phase heißt lysogener Zyklus. Später kann ein Übergang in den lytischen Zyklus erfolgen.