Station 1: Das Grippe-Virus

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1 K. 8 Immunbiologie M 3 Station 1: Das Grippe-Virus In den Jahren 1918 und 1919 erkrankten weltweit über 700 Millionen Menschen an Grippe. 40 Millionen starben. Diese Grippewelle, eine sog. Pandemie (weltweite Ausbreitung), trägt ihren Namen vom Herkunftsland Spanien, aus dem der Erreger damals stammte. Auch heute noch sterben ca Menschen allein in Deutschland an der Grippe. Das war für viele Pharmaunternehmen Grund genug, sich mit Hinweis: Diese Abbildung aus Ihrer Loseblattsammlung dürfen wir Ihnen aus lizenzrechtlichen Gründen leider nicht in elektronischer Form zur Verfügung stellen. dem Erreger näher zu beschäftigen. Man teilt die Influenza-Viren in drei Gruppen ein, wovon nur zwei Gruppen relevant sind: Influenza-A-Viren sind am meisten verbreitet und bilden viele Untertypen. Sie haben im Vergleich zu den Influenza-B-Viren ein weiteres Protein in der Hülle. Die Influenza-B- Viren bilden keine Untertypen, sind vom Infektionsverlauf nicht von der ersten Gruppe unterscheidbar. Die Viren sind nur nm groß (1 nm = 1/ m). Sie haben eine äußere Hülle, in die sog. Projektionen (herausragende Proteinmoleküle) eingelagert sind. Diese Projektionen sind zwei Moleküle, die Hämagglutinin und Neuraminidase genannt werden. Das Hämagglutinin ist dafür da, sich an eine neue Wirtszelle (Schleimhautzelle) zu binden und den Weg in diese Zelle zu bahnen. Das Enzym Neuraminidase kappt die Bindung neu entstandener Viren an die Zelle und sorgt so für ihre Freisetzung. In die Membran sind bei Influenza-A-Viren noch Matrixproteine M2 eingebettet, bei Influenza-B-Viren fehlen sie Unterrichts-Materialien Biologie Stark Verlag

2 Immunbiologie K. 8 Das Virus besitzt eine sphärische Form. Im Innern sind acht über Proteine miteinander verbundene einzelsträngige RNA-Segmente zu finden (Nukleocapsid oder Ribonukleoproteine, RNPs). Weiterhin sind Enzyme dort zu finden, welche die virale ( )RNA in eine mrna ((+)RNA) abschreiben und umgekehrt (RNA-Polymerasen). Die auf der RNA liegenden Gene codieren für folgende Viren-Bestandteile: drei RNA-Polymerasen (PA, PB1, PB2), Hämagglutinin (HA), Neuraminidase (NA), Proteine für das Capsid (NP), die Matrixproteine M1 und M2 sowie die Nicht-Strukturproteine NS1 und NS2 (spielen für die Betrachtung keine Rolle). Aufgaben 1 Sehen Sie sich die Animation an und beschriften Sie die folgende Abbildung! Eine Animation zum Aufbau des Influenza-Virus finden Sie im Lehrerbereich der STARK-Homepage ( unter Downloads suchen. 625 Unterrichts-Materialien Biologie Stark Verlag 5

3 K. 8 Immunbiologie 2 Welche Information zum Virusaufbau fehlt im einleitenden Text verglichen mit der Animation? 3 Ergänzen Sie die folgenden Eintragungen in der Tabelle: Kriterien Projektionen in der äußeren Hülle Innere Hülle DNA oder RNA als Erbmaterial? Anzahl von DNA-/RNA-Segmenten Capsid Enzym Influenza-A-/B-Virus 4 Denken Sie an Ihre letzte Erkältung. Beantworten Sie als Erkrankte/r die Fragen und werten Sie Ihre Antworten selbst aus. Besteht die Gefahr, dass Sie an einer Grippe gelitten haben? Überlegen Sie, welche Symptome eine Unterscheidung zwischen einer Grippe und einer einfachen Erkältung ermöglichen? Fragebogen: Traten Ihre Beschwerden plötzlich innerhalb weniger Stunden auf? Hatten Sie Fieber? Hatten Sie wenige Tage vorher Kontakt mit an Grippe erkrankten Personen? Fühlten Sie sich schwer krank? Hatten Sie Schweißausbrüche oder Schüttelfrost? Hatten Sie starke Kopfschmerzen? Hatten Sie Muskel- und Gelenkschmerzen? Hatten Sie einen trockenen Husten oder Halsschmerzen? Haben Sie die ersten drei Fragen und mindestens zwei der weiteren Fragen mit Ja beantwortet, hatten Sie vermutlich eine Grippe und hätten zum Arzt gehen sollen. Die Checkliste ist natürlich nur ein erster, orientierender Test. Nur Ihr Arzt kann die richtige Diagnose stellen und eine entsprechende Therapie verordnen Unterrichts-Materialien Biologie Stark Verlag

4 Immunbiologie K. 8 M 4 Station 2: Ein Medikament gegen Grippe Die Viren besitzen in ihrer äußeren Hülle sog. Projektionen (herausragende Proteinmoleküle), die aus zwei Molekülen gebildet werden, das Hämagglutinin und die Neuraminidase. Das Hämagglutinin ist dafür da, sich an eine neue Wirtszelle (Schleimhautzelle) zu binden und den Weg in diese Zelle zu bahnen. Das Enzym Abb. 1: Influenza-Virus Neuraminidase kappt die Bindung neu entstandener Viren an die Zelle und sorgt so für ihre Freisetzung. Das Virus besitzt eine sphärische Form. Im Innern sind acht lose über Proteine miteinander verbundene RNA-Segmente zu finden. Da das Virus extrem variabel ist und sich oft auch die Oberflächenproteine verändern, suchten die Forscher einen Bestandteil dieser Proteine, der sich nicht verändert. Diesen haben sie vor wenigen Jahren mit einem sog. Neuraminidase-Hemmer gefunden. Dieser lagert sich an das aktive Zentrum des Enzyms an und blockiert es auf diese Weise. In der Abbildung 2 ist das Enzym mit und ohne gebundenen Neuraminidase- Hemmer dargestellt. Die Wirkungsweise eines Medikaments (Tamiflu), das die Neuraminidase blockiert, ist in Abbildung 3 dargestellt. 625 Unterrichts-Materialien Biologie Stark Verlag 7

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6 K. 8 Immunbiologie M 5 Station 3: Die Impfung Ich, der Grippe-Impfstoff Ich bin ein Grippe-Impfstoff. Das klingt zwar gewaltig, aber im Grunde bin klitzeklein. Dennoch werde ich allein in Deutschland Millionen Mal im Jahr eingesetzt. Früher landete ich fast nur bei älteren Menschen, doch inzwischen wollen mich auch junge Leute haben. Im Gegensatz zu meinen entfernten Verwandten, zu denen auch die Masern-, Mumps- und Röteln-Impfstoffe gehören, werde ich als Totimpfstoff bezeichnet. Das liegt daran, dass ich kein komplettes Virus mehr bin, sondern nur aus einem Oberflächensegment bestehe. Wichtig ist, dass meine Oberflächenstruktur (speziell mein Hämagglutinin-Protein) dem des aktuellen Influenza-Virus total gleicht. Zu meinen nächsten Verwandten zählen der Hepatitis- und der Polio-Impfstoff. Aber zurück zu meinem Aussehen: Ich bin stolz, genauso wie das gefährliche Grippe-Virus auszusehen, da errege ich die absolute Aufmerksamkeit im Körper der Patienten. Das stelle ich mir so vor: Ich erscheine nach der Spritze im Blut eines Menschen (das sind die schrecklich großen Lebewesen) und nach nur wenigen Stunden habe ich die großen Makrophagen um mich herum versammelt, die mich in ihr Inneres aufnehmen. Makrophagen finden einen Teil meiner Proteine so toll, dass sie diese auf ihrer eigenen Oberfläche präsentieren. Nur diese kleinen Übrigbleibsel von mir reichen aus, um die T4-Helferzellen anzulocken, die zu den T-Lymphozyten gehören. Sie kuscheln sich eng an meine Moleküle auf der Makrophagen-Oberfläche und entfernen sich dann wieder. Wie ich gehört habe, informieren diese dann weitere Zellen des Immunsystems, z. B. die T8-Killerzellen, die T8-Unterdrückerzellen und die B-Lymphozyten. Die B-Lymphozyten schenken uns ihre ganze Aufmerksamkeit: Sobald sie von den T4-Helferzellen informiert worden sind, produzieren sie sog. Antikörper, die sie in großen Mengen ausstoßen. Diese Antikörper binden sich an meine Unterrichts-Materialien Biologie Stark Verlag

7 Immunbiologie K. 8 Familienmitglieder. Dann kommen wiederum Makrophagen und fressen diese Komplexe. Auf diese Weise landet meine komplette Familie in Teilen auf den Makrophagen-Oberflächen. Andere B-Lymphozyten werden durch die T4-Helferzellen zur Teilung angeregt. Diese sog. Gedächtniszellen merken sich unser Aussehen ihr Leben lang. Fans fürs Leben, ist das nicht himmlisch? Selbst wenn viel später Familienmitglieder in den Körper gelangen, werden sie sofort erkannt und das durch meine Wirkung! Die Killerzellen werden gar nicht gebraucht. Und die Unterdrückerzellen, nur zur Information, sorgen bei einer Infektion für ein Abklingen der Immunantwort nach einiger Zeit. Nach ca. einem Jahr komme ich aus der Mode. Dann sieht sich mein Wirt nach einem neuen Impfstoff um, der etwas anders als ich aussieht natürlich nicht besser! Aufgaben 1 Stellen Sie den skizzierten Ablauf schematisch dar. 2 Warum wird dieser Vorgang als aktive Impfung bezeichnet? 3 Was passiert, wenn der geimpfte Patient nach der Impfung in Kontakt mit dem Influenza-Virus kommt? 4 Warum muss diese Impfung jährlich wiederholt werden? 625 Unterrichts-Materialien Biologie Stark Verlag 11

8 K. 8 Immunbiologie M 6 Station 4: Weitere Virusarten Zahlreiche weitere Erkrankungen können durch die unterschiedlichsten Viren ausgelöst werden. Aufgaben 1 Finden Sie mithilfe des Big Picture Books of Viruses (Internet-Adresse: heraus, welche Viren die unten genannten Erkrankungen auslösen, zu welcher Virusfamilie diese Viren gehören und welche Form diese Viren haben. Erkrankung Virusname Virusfamilie Form Poliomyelitis (Kinderlähmung) Schnupfen (Tipp: lat. rhinus = Nase) Rinderpest Hepatitis A/B Warzen (Papillomaviren) Grippe SARS (Bronchitisvirus) Pocken Unterrichts-Materialien Biologie Stark Verlag

9 Immunbiologie K. 8 2 Um welche Viren handelt es sich bei den unten stehenden Abbildungen? Hinweis: Diese Abbildungen aus Ihrer Loseblattsammlung dürfen wir Ihnen aus lizenzrechtlichen Gründen leider nicht in elektronischer Form zur Verfügung stellen. 625 Unterrichts-Materialien Biologie Stark Verlag 13

10 K. 8 Immunbiologie M 7 Station 5: Medikamente gegen Viren Es gibt eine Vielzahl von Ansätzen, um Viren erfolgreich zu bekämpfen. Doch leider macht die Variabilität mancher Viren viele Ansätze zunichte: Sie verändern sich so schnell, dass ein neu entwickeltes Medikament nur kurz oder gar nicht wirkt Unterrichts-Materialien Biologie Stark Verlag

11 Immunbiologie K. 8 Ihre Aufgabe ist es, die unten dargestellten Abbildungen und Texte den Ziffern in der großen Abbildung auf der vorhergehenden Seite zuzuordnen. Schneiden Sie anschließend die kleinen Abbildungen der Folie M 9 aus und fügen Sie sie in die entsprechenden leeren Felder der Farbfolie M 8 ein. Erstellen Sie abschließend eine stichwortartige Übersicht möglicher Therapieansätze in der Reihenfolge einer Virus-Infektion und bereiten Sie einen Kurzvortrag (unter Einbeziehung der fertig gestellten Folie M 8) vor. Abb : Abb : Abb : Abb : 625 Unterrichts-Materialien Biologie Stark Verlag 15

12 K. 8 Immunbiologie Text : Das virale Erbmaterial enthält die Bauanleitung für die eigenen Proteine. Viren nutzen die Proteinbiosynthese-Maschinerie der Wirtszelle, da sie nicht über eigene Enzyme und Ribosomen verfügen. Hier setzen synthetische hergestellte sog. Antisense-RNAs an, die sich an die von der Wirtszelle gebildete mrna mit den Informationen für virale Proteine binden und so die Anlagerung der ribosomalen Untereinheiten blockieren. Text : Es besteht die Möglichkeit, das Andocken der Viren an die Membran der Wirtszelle zu verhindern. Dazu können sich mögliche Medikamente entweder an die viralen Hüllproteine oder an die Proteine der Zellmembran binden, die für die Endocytose verantwortlich sind. Die Blockade macht eine Aufnahme der Viren in die Wirtszelle unmöglich. Text : Sobald ein fertiges Virus die Wirtszelle verlassen hat, wird in einem Reifungsprozess ein Polyprotein in mehrere Einzelproteine gespalten. Dafür ist eine Protease notwendig. Die einzelnen Proteine können dann beispielsweise das Capsid bilden, das das Erbmaterial umgibt. Falls die Protease blockiert wird, kann das Polyprotein nicht zerschnitten werden, der Reifungsprozess ist gestört. Text : Kurz bevor die fertigen Viren die Zelle verlassen, wird die virale RNA/DNA in Proteine verpackt. Das passiert an der Innenseite der Zellmembran. Hier können Inhibitoren wirken, die das Entstehen dieser Proteine, die für die Bindung der RNA/DNA an die Membran verantwortlich sind, auf der Ebene der Transkription verhindern Unterrichts-Materialien Biologie Stark Verlag

13 Immunbiologie K. 8 M 8 Station 5: Farbfolie Medikamente gegen Viren Diese Abbildung finden Sie auch im Lehrerbereich der STARK-Homepage ( unter Downloads suchen. 625 Unterrichts-Materialien Biologie Stark Verlag

14 K. 8 Immunbiologie M 9 Station 5: Folienvorlage Medikamente gegen Viren Farbige Versionen dieser Abbildungen finden Sie auch im Lehrerbereich der STARK- Homepage ( unter Downloads suchen Unterrichts-Materialien Biologie Stark Verlag