Molekularbiologie IV: Strategien der Virusreplikation. Sommersemester 2006

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1 Molekularbiologie IV: Strategien der Virusreplikation Sommersemester 2006 Hans-Georg Kräusslich Abteilung Virologie, Hygiene Institut, INF324 Ralf Bartenschlager, Stephan Urban Abteilung Molekulare Virologie, Hygiene Institut, INF345 Elisabeth Schwarz DKFZ, ATV, INF

2 Molekularbiologie IV: Strategien der Virusreplikation 25. April 2006: Einführung Molekulare Virologie H.-G. Kräusslich 2. Mai 2006: Virale Genome und Replikations- H.-G. Kräusslich strategien 9. Mai 2006: Post-transkriptionelle Kontrolle H.-G. Kräusslich 16. Mai 2006: Translationsstrategien H.-G. Kräusslich 23. Mai 2006: Virus-Struktur und Viruseintritt S. Urban Rekombination, Transposition 30. Mai 2006: Virusaustritt und Reifung S. Urban 6. Juni 2006: RNA-Replikation S. Urban 13. Juni 2006: Genexpression von DNA Viren E. Schwarz 20. Juni 2006: Genomreplikation von DNA-Viren E. Schwarz 27. Juni 2006: Reverse Transkription, H.-G. Kräusslich 4. Juli 2006: Subvirale Partikel und Virusevolution H.-G. Kräusslich 11. Juli 2006: Transformation und Onkogenese R. Bartenschlager 18. Juli 2006: Latenz, Persistenz und R. Bartenschlager Reaktivierung 25. Juli 2006: Kontrolle und Prävention von R. Bartenschlager Virusinfektionen Prüfung: Eine benotete Prüfung wird für Studierende im Vertiefungsjahr sowie MoBi und Erasmus-Studierende angeboten. Termin und Ort in der Vorlesung nächste Woche, Anmeldung in den Vorlesungen am 27. Juni und 4. Juli.

3 Haupt-Seminar Molecular Virology H.-G. Kräusslich, R. Bartenschlager, M. Dittmar, S. Urban Vorbesprechung Tuesday, May 2nd Uhr, Hörsaal 001 ZMBH Topic: This seminar will address important topics in molecular virology and will thus extend the aspects covered in the lecture series. Topics will include virus binding, fusion, entry and signaling, identification and role of host factors, micro-rnas and sirnas, replication and integration, interference with host cell responses as well as specific aspects of prions. Each seminar will start with a short introduction of the topic (based on a review article) and should then concentrate mainly on the molecular mechanisms as described in a specific research paper. Prerequisites: Zwischenprüfung, preparing a 30 minute presentation on one topic plus discussion, handout with main aspects of the talk and literature Proposed time: 6 dates, 2 h each in the 4th Quartal, 2 3 presentations per day (probably Tuesday and Thursday around noon) Certificate: There will be a graded certificate for each participant. Grades will be based on quality of the talk, the handout and participation in general discussion

4 HP-F Methoden der Virusdiagnostik 3-wöchig, 25. September 13. Oktober 2006 Platzvergabe zentral Virusinfektion, Nachweis, Reinigung Zellkultur, Immunfluoreszenz, Reporternachweis, Gradientenzentrifugation, Western Blot, Silbergel, RT- Assay, PCR und Klonierung, Proteinexpression, FACS

5 Flint et al., Principles of Virology 2. Auflage 2003, ASM Press Ca. 95,- Modrow et al., Molekulare Virologie 2. Auflage 2002, Spektrum Ca. 62,- Knipe et al., Fields Virology 4. Auflage 2001, Lippincott Williams & Wilkins Ca. 310,- Doerfler, Viren 2002, Fischer Taschenbuch 10,-

6 Hof, Dörries: Medizinische Mikrobiologie 3. Auflage 2004, Thieme Ca. 40,- Strauss & Strauss: Viruses and Human Disease 2002, Academic Press, Ca. 65,- Mertens et al., Diagnostik und Therapie von Viruskrankheiten 2004, Urban & Fischer Ca. 50,- Falke Virologie am Krankenbett 1998, Springer Ca. 17,-

7 Virologie als junge Disziplin

8 Erstes Dokument einer Virusinfektion Ruma B.C.

9 Was ist ein Virus? Das Poliovirus ist..bald ausgerottet?.ein Kriegsgewinnler.ein Jahrtausende alter.ein Kindermörder Viren Seuchenerreger stehen am Übergang von unbelebter.ein Zellparasit zu belebter Materie PFU/ml intrazellulär extrazellulär.eine effiziente biochemische Maschinerie ein selbstsüchtiges Genom Stunden.eine faszinierende Struktur C H N O P 7501 S 2340.eine biochemische Verbindung

10 Viren sind überall unter 30 m dickem Eis in sauren heissen Quellen (über 80 C, ph3) in der Tiefsee in Salinen > 2 km unter der Erdoberfläche in alkalischen Seen (ph10)

11 Es gibt unzählige Virusarten Die häufigste biologische Form im Meerwasser.? Viren! Meerwasser Virusarten in 200 Litern 10 Milliarden Viren pro Liter Virusarten in 1 kg Sediment (es gibt etwa Säugetierarten)

12 Viren sind so alt wie ihre Wirte Pflanzen Alle Spezies haben ihre Viren Lucas Cranach

13 Ägyptische Stele, 1500 v.chr.: Polio Viren in der Geschichte Pocken: 670 erste Beschreibung einer Epidemie in Europa 15. Jh: Pocken gewinnen in Europa an Bedeutung; sie werden zur wichtigsten Infektionserkrankung ab dem 17. Jahrhundert: Pocken sind in Westeuropa als Kinderkrankheit endemisch, etwa Menschen pro Jahr sterben Bis vor ~50 Jahren starben jährlich 2 Millionen Seit 1978 gelten die Pocken als ausgerottet Pharao Ramses V: Pocken Masern: Noch heute sind Masern die Ursache von 4% aller Todesfällen bei Kleinkindern weltweit Influenza: ~400: Beschreibung einer Hustenseuche durch Hippokrates 1580: Erste deutliche Beschreibung einer Influenza-Pandemie Seitdem treten Grippe-Pandemien etwa alle Jahre auf 1918/19: Spanische Grippe: weltweit sterben Millionen, darunter besonders viele junge Menschen

14 Geschichte der Virologie (1) Frühe Geschichte der Virologie = Geschichte der Impfung 11. Jahrhundert: Impfversuche in China 1721 Lady Montague: Variolation in UK 1796 Edward Jenner: Erste Impfung (Kuhpocken); Vakzine = Impfstoff 1885 Louis Pasteur: Attenuation des Erregers der Tollwut

15 Geschichte der Virologie (2) Entdeckung von Viren: 1882 Adolf Mayer: Übertragung der Tabak-Mosaik-Krankheit durch Pflanzensaft; Erreger war nicht isolierbar Principles of Virology, 2004

16 Geschichte der Virologie (3) 1892 Dimitri Ivanofsky: Erreger der Tabak-Mosaik-Krankheit ist nicht filtrierbar und nicht züchtbar 1898 Martinus Beijerinck: Erreger der Tabak-Mosaik-Krankheit vermehrt sich in lebendem Gewebe Erreger ist: ultrafiltrierbar nicht züchtbar ausserhalb lebendem Gewebe ultravisibel Contagium vivum fluidum ; später Virus (lat. Gift)

17 Geschichte der Virologie (4) 1898: Löffler und Frosch; Maul- und Klauen-Seuche-Virus (1. animales Virus) 1901: Walter Reed; Gelbfieber-Virus (1. Virus des Menschen) 1911: Erstentdeckung einer Tumorvirus (Rous Sarcoma Virus) 1915: Entdeckung von Bakteriophagen (Twort; d Herelle) 1935: Kristallisation von TMV (Stanley) 1949: Anzüchtung von Poliovirus (Enders, Weller, Robbins) 1970: Entdeckung der reversen Transkriptase (Baltimore, Temin) 1977: Letzter Pockenfall (Somalia) 1983: Entdeckung von HIV

18 Medizinische Bedeutung von Viruserkrankungen Hong Kong 1997 Ägypten, ca v.chr. Congo,, 2002 Deutschland ca n.chr. USA, 1985 Beijing, 2003

19 Medizinische Bedeutung von Viruserkrankungen Die weltweit führenden Todesursachen im Jahr 2000 (Quelle World Health Report 2001): 1. Ischämische Herzerkrankungen 12,4% 2. Cerebrovaskuläre Erkrankungen 9,2% 3. Akute Respiratorische Infekte 6,9% 4. HIV/AIDS 5,3% (Afrika: ca 20 %!) 5. Chronische obstr. Lungenerkrankungen 4,5% 7. Perinatale Todesfälle 4,4% 6. Durchfallerkrankungen 3,8% 8. Tuberkulose 3,0% 9. Verkehrsunfälle 2,3% 10. Krebs (Lunge, Bronchien, Trachea) 2,2% 11. Malaria 1,9% 12. Diabetes 1,5% 13. Selbstmord 1,5% 14. Masern 1,4% 15. Leberzirrhose 1,4%

20 Definition Virus Was sind Viren? Filtrierbare Infektionserreger Unsichtbar im Lichtmikroskop Vermehrung nur in einer lebenden Zelle Obligat intrazelluläre Parasiten ohne eigenen Stoffwechsel

21 Definierende Eigenschaften von Viren Viren sind obligate intrazelluläre Parasiten Virusgenome können aus DNA oder RNA bestehen Das Virusgenom wird in der Wirtszelle repliziert Es steuert die Synthese der übrigen Virusbestandteile Virusnachkommen werden aus neu gebildeten Komponenten zusammengesetzt (Assembly) Ein neu gebildetes Virion ist ein Vehikel, mit dem das virale Genom zur nächsten Wirtszelle oder Wirtsorganismus transportiert wird Dort beginnt es den nächsten Replikationszyklus

22 Abgrenzung Viren - Bakterien Konv. Bakterien Rickettsien Chlamydien Viren Obligat. Intrazell Nukleinsäure DNA und RNA DNA und RNA DNA und RNA DNA oder RNA Proteinsynthese Energiegewinnung Vermehrung Zweiteilung Zweiteilung Zweiteilung Montage Antibiotikasens

23 Randgebiete der Virologie Viroid Satellit Prionen Genom zirkuläre RNA einzelstr. RNA - Grösse Vorkommen Pfl. Pfl., Mensch Mensch, Tier Gen zell. Gen Replikation RNA PolII (Ribozym/ Helfervirus Proteinfaltung Wirts-RNase Beispiel Coconut Hepatitis D Virus BSE Cadang Cadang

24 Grundlagen der Virologie VIRUSES?

25 Woraus besteht ein Virus? Hülle (Lipid+Proteine) Kapsid (Proteinhülle) Replikationsproteine, Akzessorische Proteine Genom (DNA oder RNA) Virus = zellfreie, geschützte Nukleinsäure (RNA oder DNA) Funktion der Verpackung (Kapsid, +/-Hülle): Verpackung und Schutz des Genoms Andocken an die Zielzelle Strikt intrazelluläre Replikation

26 Die Welt aus der Sicht eines Virus: Dimensionen Sehen Sie, ein Virus ist, was wir Fachleute als sehr, sehr klein bezeichnen. Monty Python, Der Sinn des Lebens x x m 100 nm

27 Dimension of virus, bacterium and cell

28 Principles of Virology, 2004 Virusgrösse

29 Genomgrösse von Viren Mensch ca. 30,000 Gene (5 x 10e9 Bp) E. Coli ca. 2,000 Gene (4 x 10e6 Bp) Viren 1 ca. 250 Gene (ab ca. 2,000 Nukleotide)

30 Virus morphology by EM Spherical particles mostly icosaedric Tubular particles mostly helical Complex particles e.g. phages

31 Klassifikation der Viren 1) Nach ihrem Genom Plus-Strang (= mrna) RNA-Viren Doppelstrang Minus-Strang DNA-Viren Einzelstrang Doppelstrang 2) Mit oder ohne Hülle (enveloped, non enveloped) 3) Segmentiertes oder nicht segmentiertes Genom