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AIDS – das Virus der Neuzeit
Das Human Immunodeficiency Virus, kurz HIV, ist 1000 mal kleiner als eine menschliche T-Zelle w (A T-Zelle, oder T-Lymphozyt, ist eine Art von Lymphozyt, die eine zentrale Rolle bei der zellvermittelten Immunität spielt) mit einem Durchmesser von nur 100 nm. Und doch ist sie in der Lage, solche Zellen gezielt für ihre Vermehrung zu nutzen und schließlich zu töten.
Die Informationen für die Struktur und Proliferation des Virus werden in einer Kette von etwa 9500 Informationseinheiten in seinem Genom gespeichert. Adenin, (Adenin ist eine Nukleobase) Guanin, (Guanin ist eine der vier Hauptnukleobasen, die in den Nukleinsäuren DNA und RNA vorkommen, die anderen sind Adenin, Cytosin und Thymin) Cytoin und Thymin, die vier Bausteine in den Nukleinsäuren, die Träger der Erbinformation, dienen diesem Zweck. Diese Bausteine werden in DNA-Form gespeichert. Das Genom von HIV selbst besteht aus Ribonukleinsäure (RNA). Diese unterscheidet sich von der Desoxyribonukleinsäure (DNA) durch die Verwendung einer weiteren Zuckerkomponente (Ribose i (Ribose ist ein Kohlenhydrat mit der Formel C5H10O5; spezifisch ist es ein Pentose-Monosaccharid mit linearer Form H–4-H, das alle Hydroxylgruppen auf der gleichen Seite in der Fischer-Projektion aufweist) nstead von Desoxyribose) (Desoxyribose, genauer gesagt 2-Desoxyribose, ist ein Monosaccharid mit der ideali
sierten Formel H—3-H) und durch das Uracil c (Uracil ist eine der vier Nukleobasen in der Nukleinsäure der RNA, die durch die Buchstaben A, G, C und U dargestellt sind. Die anderen sind Adenin, Cytosin und Guanin) omponent, das Thymin ersetzt. (Thymin ist eine der vier Nukleobasen in der Nukleinsäure der DNA, die durch die Buchstaben G-C-A-T dargestellt werden). Die Informationen werden in der Reihenfolge der Blöcke gespeichert. Zum Vergleich: Jede menschliche Zelle enthält genetische Informationen von etwa drei Milliarden dieser Bausteine. Das Genom einer menschlichen Zelle ist damit 300.000 mal größer als das Genom von HIV. Einmal infiziert, gibt es
jedoch keine Verteidigung gegen dieses Virus.
Wenn das Virus wichtige Zellen des menschlichen Immunsystems infiziert und tötet, verursacht es einen schweren Immunschwäche, bekannt als AIDS (Acquired Immunodeficiency Syndrome). (Die Infektion mit dem menschlichen Immunschwächevirus und das erworbene Immunschwächesyndrom ist ein Spektrum von Erkrankungen, die durch die Infektion mit dem menschlichen Immunschwächevirus verursacht werden) Die Hälfte der HIV-Patienten stirbt im Durchschnitt zehn Jahre nach ihrer Infektion und dem Ausbruch von AIDS – oft aus tatsächlich harmlosen Krankheiten, die das Immunsystem einer gesunden Person verursacht.
Seitdem die Krankheitssymptome erstmals 1981 in den USA erkannt wurden und Francoise Barre-Sinoussi, (Françoise Barré-Sinoussi ist eine französische Virologin und Leiterin der Abteilung Regulation of Retroviral Infections am Institut Pasteur in Paris, Frankreich ) Jean-Claude Chermann a (Jean-Claude Chermann ist ein französischer Virologe, der das Forschungsteam leitete, das bis 1983 unter der administrativen Aufsicht von Luc Montagnier stand, Luc Montagnier s (Luc Antoine Montagnier ist ein französischer Virologe und gemeinsamer Empfänger mit Françoise Barré-Sinoussi und Harald zur Hausen vom Nobelpreis für Physiologie oder Medizin 2008 für seine Entdeckung des humanen Immunschwächevirus) gelang es, das AIDS verursachende Virus zum ersten Mal zwei Jahre später zu isolieren, viel über die Krankheit, das Virus und mögliche Therapien zu erforschen, zu berichten und zu diskutieren. Die
folgende Prozesse gelten nicht nur für HIV-I, das für die meisten AIDS -Fälle in Europa verantwortlich ist, sondern auch für HIV-II, das die meisten Infektionen in Westafrika verursacht hat, inzwischen aber auch eine Epidemie in Indien ist..
Nach bisherigen Forschungsergebnissen führen beide HIV-Typen zum Ausbruch von AIDS . Es war spekuliert worden, dass HIV-II weniger aggressiv sei und dass die Zeit bis zum Ausbruch der Krankheit für ihn länger sei. Was ist sicher, dass HIV-II alle AIDS -Symptome auslösen kann, die zum Tod führen – so wie HIV Ich kann es.
Ob es etwas länger dauern wird, ist nach wie vor umstritten. Was sind Viren ? Viren sind allein nicht lebensfähig. Sie brauchen einen Organismus, der einen eigenen Stoffwechsel hat und sich selbst vermehren kann, denn Viren haben keinen Stoffwechsel und können sich nicht vermehren. Für diese Prozesse verwenden sie lebende Zellen, in die sie eindringen. Sie infizieren nicht jede Zelle. Vielmehr hat jedes Virus sehr spezifische Zellen, in denen es sich vermehrt. Diese werden als Wirtszellen bezeichnet. Da Viren viele Komponenten der Wirtszellen zur Vermehrung nutzen, müssen sie nicht viel von sich selbst mitbringen. Deshalb sind Viren in der Regel recht einfach, obwohl sie eine extrem ausgefeilte Struktur haben und sehr klein sind – etwa das Millionstel dessen, was eine höhere Zelle besitzt. Viren bestehen in etwa aus ihrem genetischen Material und ihrer Verpackung. Das genetische Material enthält die Informationen für den Bauplan und die Vermehrung. Die Verpackung kann eine einfache Protein- oder Proteinhülle sein oder – wie bei HIV – auch aus einer Lipidhülle bestehen, die der Hülle der Wirtszelle entspricht. Diese Verpackung muss zwei Grundfunktionen erfüllen: 1. sie schützt das Erbgut des Virus vor Zerstörung. Zweitens erlaubt es dem Virus, sich an seine Wirtszelle zu binden. Wie ist HIV strukturiert? Die Außenhülle des Virus besteht aus Fettsäuren oder Lipiden. In der Lipidhülle werden Virusproteine gespeichert. Sie sind die “Anker”, mit denen sich das Virus an den Wirt bindet. Ohne sie kann es die Wirtszelle nicht durchdringen. Eine Proteinschicht verbindet sich mit der Lipidhülle. Es umschließt die Komponenten weiter innen wie eine Kapsel und wird daher als virales Kapsid bezeichnet. Eine weitere Proteinhülle enthält das Erbgut des AIDS -Virus. Sie besteht aus zwei identischen Ribonukleinsäuremolekülen (RNA). Diese Proteinhülle enthält neben dem Genom auch mehrere Moleküle der reversen Transkriptase und Transfer-RNA (kurz tRNA) sowie weitere Komponenten aus dem Zytoplasma der Wirtszelle. Im Wesentlichen besteht das Virus nur aus sechs verschiedenen Proteinen. Welche Informationen werden im Genom des Virus gespeichert und wo werden sie gespeichert? Das genetische Material ist die Summe der Gene eines Organismus. Ihre Namen werden durch drei Buchstaben abgekürzt. Die wichtigsten Gene von HIV heißen gag, pol und env. gag steht für gruppenspezifisches Antigen. (Gruppenspezifisches Antigen, oder Gag, ist das genetische Material, das für die Kernstrukturproteine eines Retrovirus kodiert) Dies sind Proteine , die das virale Kapsid aufbauen. Sie werden vom Immunsystem eines infizierten Organismus als Antigen a erkannt (in der Immunologie ist ein Antigen ein Molekül, das in der Lage ist, eine Immunantwort seitens des Wirtsorganismus auszulösen, obwohl manchmal Antigene Teil des Wirtes selbst sein können) und sind typisch für diese Gruppe von Viren. Deshalb leitet sich der Begriff von dem Begriff “pol” ab, der eine Abkürzung für Polymerase ist. Das wichtigste Protein, dessen Aufbauanleitung in diesem Gen gespeichert ist, ist die reverse Transkriptase – eine DNA-Polymerase. (In der Molekularbiologie sind DNA-Polymerasen Enzyme , die DNA-Moleküle aus Desoxyribonukleotiden, den Bausteinen der DNA, synthetisieren) Die Bauanleitung für eine Protease, ein proteinspaltendes Enzym und für eine Integrase, ein Enzym, das an der Integration des viralen Genoms in das Genom der Wirtszelle beteiligt ist, befindet sich ebenfalls hier. env s (Env ist ein virales Gen, das für das Protein kodiert, das die virale Hülle bildet) tands für die Hülle. In diesem Gen, (Ein Gen ist ein Ort der DNA, der aus Nukleotiden besteht und die molekulare Einheit der Vererbung ist), werden die Informationen für die Proteine in der Lipidhülle der Viren gespeichert. Es gibt eine Reihe weiterer Gene im HIV-Genom. Diese enthalten hauptsächlich Bauanleitungen für Proteine , die die Virusproliferation regulieren. Wie diese Regelung im Detail funktioniert, ist bisher nur teilweise erforscht. Wie kommt der Mensch mit diesen Viren in Berührung? Die Infektion mit AIDS-Viren erfolgt in der Regel durch den Austausch von Körperflüssigkeiten. HIV kommt in extrem niedrigen Konzentrationen im Speichel a (Speichel ist eine wässrige Substanz, die im Mund von Tieren gebildet wird und von den Speicheldrüsen abgesondert wird) und in Tränenflüssigkeit sowie in mittleren bis hohen Konzentrationen im Blut, in der Lymphe, im Sperma und in der Vaginalflüssigkeit von infizierten Personen vor. Die größten Risiken einer Infektion sind daher die Transfusion von infiziertem Blut und der Geschlechtsverkehr w (Geschlechtsverkehr oder Koitus oder Kopulation, ist in erster Linie das Einführen und Stossen des Penis, meist aufrecht, in die Scheide zum Zwecke des Geschlechtsverkehrs, der Fortpflanzung oder beides) mit einer HIV-positiven Person. Durch kleine Wunden können die Viren in die Blutbahn gelangen und mit den Wirtszellen in Kontakt kommen. Aber auch die intakte Haut des Genitaltraktes kann Viren aufnehmen und sich damit infizieren. Weitere wichtige Infektionswege sind der Austausch von Nadeln für die intravenöse Verabreichung von Medikamenten und einige Blutgerinnungsmedikamente, bei denen die Virusinaktivierung bisher nicht durchgeführt wurde.
Die Möglichkeit einer Kontamination dieser Medikamente mit HIV kann jedoch heute ganz sicher ausgeschlossen werden. Da Muttermilch auch Viren enthält, sollten infizierte Frauen nicht stillen. Was passiert im Körper einer infizierten Person? Nach dem Eintritt in die Blutbahn treffen die Viren auf ihre Wirtszellen, die sich ebenfalls im Blut befinden. Die Proteine in der Lipidhülle von AIDS-Viren passen wie ein Schlüssel zu bestimmten Oberflächenproteinen menschlicher Zellen, den sogenannten CD4-Proteinen. Alle Zellen mit CD4-Proteinen an der Oberfläche sind Wirte für HIV. Beim Menschen sind dies nur bestimmte Zellen, vor allem T-Helferzellen des Immunsystems. Aber auch Makrophagen, die sogenannten Makrophagen des Immunsystems, und einige Nervenzellen haben CD4-Proteine auf ihrer Oberfläche. T-Helferzellen und Makrophagen sind die wichtigsten Zellen des Immunsystems. Nach den neuesten Erkenntnissen ist ein Makrophagen die allererste infizierte Zelle. Bei der Primärinfektion sind T-Helferzellen jedoch hauptsächlich im Blut betroffen, da sie die größte Menge an CD4-Proteinen auf ihrer Oberfläche tragen. Nachdem sich HIV an ein CD4-Protein einer Wirtszelle angelagert hat, wird an dieser Stelle die zytoplasmatische Membran der Zelle invertiert. Die Zelle absorbiert das Virus in einem Vesikel i (In der Zellbiologie ist ein Vesikel eine kleine Struktur innerhalb einer Zelle, die aus einer Flüssigkeit besteht, die von einer Lipiddoppelschicht eingeschlossen ist) nzum Zytoplasma. Dort wird das virale Kapsid freigesetzt. Das RNA-Genom des Virus wird aus dem Kapsid durch noch nicht vollständig geklärte Prozesse im Zytoplasma der Wirtszelle freigesetzt. HIV – Aktionskurs HIV gehört zur Gruppe der Retroviren. Das sind Viren, die ihr eigenes Genom in das der Wirtszelle einbauen. Da das virale Genom aus RNA besteht und das Wirtsgenom aus DNA besteht, muss die virale RNA in DNA transkribiert werden, bevor sie eingebaut werden kann. Das Enzym, das die Transkription von RNA in DNA ermöglicht, ist ein virales Protein c (Ein virales Protein ist sowohl eine Komponente als auch ein Produkt eines Virus), die sogenannte reverse Transkriptase. Reverse Transkriptase wurde zuletzt in Retroviren gefunden. Später stellte sich heraus, dass Körperzellen in den Transposons ihres Erbmaterials auch die Anweisungen für den Aufbau dieses Enzyms haben können. Transposons – auch “springende Gene” genannt – sind in allen höheren Organismen zu finden. Diese mobilen DNA-Bereiche, die durch Enzyme aus einem Teil des Genoms herausgeschnitten und wieder an einen anderen gebunden werden, enthalten oft Gene für die reverse Transkriptase. Es wird angenommen, dass viele Transposons ursprünglich integrierte Retroviren waren, die einen Organismus in einem früheren Entwicklungsstadium einmal infiziert haben. Alternativ könnten Retroviren auch aus Transposons stammen. (Ein transponierbares Element ist eine DNA-Sequenz, die ihre Position innerhalb eines Genoms verändern kann, indem sie manchmal Mutationen erzeugt oder rückgängig macht und die Genomgröße der Zelle verändert) Das Hepatitis -B-Virus, (Hepatitis -B-Virus, abgekürzt HBV, ist vom doppelsträngigen DNA-Typ, einer Art der Gattung Orthohepadnavirus, die ebenfalls zur Familie der Hepadnaviridae-Viren gehört), die eine infektiöse Gelbsucht verursacht, (Leptospirose ist eine Infektion durch korkenzieherförmige Bakterien namens Leptospira) hat auch eine umgekehrte Transkriptase, obwohl sie sich anders repliziert als Retroviren. Der Prozess , bei dem RNA in DNA umgeschrieben wird, wird als Reverse Transkription bezeichnet. Die “normale” Transkription ist ein zentraler Prozess in jeder Zelle und findet dort im großen Stil statt. Dabei werden die Konstruktionsanweisungen für ein auf der DNA gespeichertes Protein in RNA umgeschrieben. Bei der reversen Transkription geschieht das Gegenteil: Virale RNA wird in DNA transkribiert. Der Begriff Retrovirus f (Ein Retrovirus ist ein einzelsträngiges Positivsinn-RNA-Virus mit einem DNA-Zwischenprodukt und als obligater Parasit auf eine Wirtszelle gerichtet) oder dieser Virustyp leitet sich von einem anderen Begriff für diesen Prozess ab – der retrograden Transkription. Wie funktioniert die umgekehrte Transkription? Selbst im Zytoplasma der Wirtszelle beginnt die reverse Transkriptase von HIV, das RNA-Genom in ein Stück DNA zu übersetzen. Die umgekehrte Transkription erzeugt einen DNA-Doppelstrang, der in das Genom der Wirtszelle eingebaut werden kann. Das Enzym f (Enzyme sind makromolekulare biologische Katalysatoren) induziert die Bausteine der DNA in ihrem Zytoplasma. Die Reverse Transkriptase erfordert, dass eine Stelle mit der DNA-Synthese beginnt. Für die DNA-Synthese i (In der Molekularbiologie ist die DNA-Replikation der biologische Prozess der Herstellung von zwei identischen DNA-Repliken aus einem Original-DNA-Molekül) n HIV, dies ist eine spezifische tRNA t (Eine Transfer-RNA ist ein Adaptermolekül aus RNA, typischerweise 76 bis 90 Nukleotide lang, das als physikalische Verbindung zwischen der mRNA und der Aminosäuresequenz von Proteinen dient) hat auch im Zytoplasma des Wirtes, aber auch im Virusteilchen vorhanden ist.
Als Ergebnis der Reaktion wird zunächst aus einem RNA-Strang – dem viralen Genom – und einem DNA-Strang als Syntheseprodukt eine Nucleinsäure d (Nucleinsäuren sind Biopolymere oder große Biomoleküle, die für alle bekannten Lebensformen essentiell sind) ouble-Strang gebildet. Ein aus RNA und DNA bestehender Doppelstrang eignet sich jedoch nicht zur Integration in das Erbgut der Wirtszelle, die aus doppelsträngiger DNA besteht. Daher muss der RNA-Strang durch einen DNA-Strang ersetzt werden. Dieser Schritt wird auch von der reversen Transkriptase durchgeführt. Sie hat die Fähigkeit, RNA zu entführen. Diese muss sich jedoch in einem RNA/DNA-Doppelstrang befinden – was hier der Fall ist. Nach dem Abbau des RNA-Strangs wird die reverse Transkriptase auch zur Synthese eines zweiten DNA-Strangs unter Verwendung der jetzt verfügbaren DNA-Vorlage verwendet. Das Ergebnis ist ein DNA-Doppelstrang, der alle Informationen des viralen Genoms enthält. Bei der Herstellung des DNA-Doppelstrangs macht die reverse Transkriptase jedoch viele Fehler. An mehreren Stellen werden sozusagen falsche Bausteine versehentlich eingefügt. Ist das HIV-Genom einmal kopiert, enthält es drei bis zehn solcher Fehler oder Mutationen – eine extrem hohe Mutationsrate für ein Virus, die für die Virusforschung ungelöste Probleme aufwirft. Diese Fehler führen zu Änderungen in der Bauanleitung für die im Genom gespeicherten viralen Proteine. In den meisten Fällen sind sie nicht so schwerwiegend, dass sie die spätere Vermehrung des Virus verhindern. Die Veränderungen in den Proteinen haben jedoch zur Folge, dass das Immunsystem mit immer wieder veränderten Virusproteinen konfrontiert wird. Und genau deshalb kann das Virus nicht konventionell bekämpft werden. Wie wird das virale Genom in das Erbgut der Wirtszelle eingebaut? Im nächsten Schritt wird ein kleineres Protein benötigt, um die DNA-Transkription des viralen Genoms in das Genom der Wirtszelle zu integrieren. Die Montageanweisungen für dieses Protein, die so genannte Integrase, sind auf dem gleichen Gen gespeichert, das die Montageanweisungen für die reverse Transkriptase enthält. (Eine Reverse Transkriptase ist ein Enzym, das verwendet wird, um komplementäre DNA aus einer RNA-Vorlage zu erzeugen, ein Prozess, der als Reverse Transkription bezeichnet wird). Darüber hinaus hat dieses Gen auch den Bauplan für die Protease, (Eine Protease ist jedes Enzym, das Proteolyse durchführt; Proteinabbau durch Hydrolyse von Peptidbindungen), das sich zuerst selbst spaltet und dann die anderen beiden Enzyme freisetzt. Dies zeigt sehr deutlich, wie effizient das Virus mit wenig Informationen Proteine oder Enzyme mit vielen verschiedenen Funktionen produzieren kann. Die Integrase n (Retrovirale Integrase ist ein von einem Retrovirus produziertes Enzym, das es ermöglicht, sein genetisches Material in die DNA der infizierten Zelle zu integrieren) gelangt zusammen mit dem DNA-Transkript des Virus auf eine bisher unbekannte Weise in den Kern der Wirtszelle. Dort sorgt sie dafür, dass das DNA-Transkript jederzeit in das Erbgut des Wirtes eingefügt wird. Etwa zehn Stunden nachdem HIV in die Wirtszelle gelangt ist, ist die Integration der Transkription des viralen Genoms in das Genom des Wirtes abgeschlossen. In dieser Form kann das Virus theoretisch unbegrenzt in der Zelle bleiben. Das ändert sich zu diesem Zeitpunkt nicht. Die integrierte Transkription des viralen Genoms kann jedoch bereits durch die Produktion mehrerer Proteine die Funktion der Zelle hemmen. Es besteht der Verdacht , dass virale Proteine von HIV eine direkte oder indirekte schwächende Wirkung auf die infizierte Zelle und damit auf das Immunsystem haben. Wie dies geschieht, ist noch unbekannt. Sind genügend Zellen des Immunsystems durch Virusbefall tot oder indirekt gehemmt, können bereits an dieser Stelle die ersten Symptome von AIDS erkannt werden. Allerdings können etwa 80 Prozent der Infizierten zunächst eine gute Immunabwehr gegen die von den infizierten Zellen produzierten Viren aufbauen und scheinen sich nach den ersten Symptomen der Primärinfektion (die oft grippeähnlich ist, mit Lymphknoten s (Ein Lymphknoten oder eine Lymphdrüse ist ein ei- oder nierenförmiges Organ des Lymphsystems und des adaptiven Immunsystems, das im ganzen Körper weit verbreitet ist) zu erholen. In ihnen “schlummert” das Virus im Erbgut der infizierten Zellen, ohne viele Nachkommen zu produzieren und damit das Immunsystem zu “verraten”, dass seine Wirtszelle infiziert ist. Die Vermehrung des Virus erfolgt auf eine andere, unauffällige Weise: Bei jeder Zellteilung wird das integrierte virale Genom wie ein Bestandteil des Wirtszellgenoms an die Tochterzellen weitergegeben. So findet bei jeder Zellteilung eine latente Vermehrung der Viren statt. (Die Zellteilung ist der Prozess , durch den sich eine Elternzelle in zwei oder mehr Tochterzellen teilt) Da das Stadium der latenten Vermehrung sehr lange andauern kann, treten AIDS-Symptome erst mehrere Jahre nach der Infektion auf. Innerhalb der Retroviren zahlen sich AIDS-Viren daher als Lentiviren aus.
Lenti steht für “das Langsame” und bezeichnet eine normalerweise langsame Vermehrung von Viren in einem infizierten Organismus. Wie vermehrt sich das Virus in den infizierten Zellen? In vielen Fällen vermehrt sich HIV sofort, nachdem seine Gene in das Genom der Zelle eingebaut wurden. Aber es kann auch eine Zeit der Latenz geben – Tage, mehrere Wochen, Monate oder sogar Jahre. Plötzlich wird HIV durch Signale, die die Zelle von außen erhält, oder durch eine Infektion mit einem zweiten Virus aktiviert. Der erste Schritt der Virusreplikation besteht darin, alle Einzelteile der Viren zu bilden. Danach erfolgt die Montage auf neün Viren. Zunächst werden Kopien des integrierten viralen Genoms in Form von RNA-Molekülen von zellulären RNA-Polymerasen hergestellt. Sie dienen als genetisches Material für das spätere Virus. Weitere RNA-Kopien werden für die Proteinproduktion verwendet. Sie werden wie jede andere zelluläre RNA behandelt, d.h. die RNA-Transkripte der Virusgene werden geschnitten und neu kombiniert. Dieses so genannte Spleißen gibt dem Virus die Möglichkeit, die Informationen für die Produktion seiner verschiedenen Proteine auf einem sehr kurzen Genom zu speichern. Verschiedene Abschnitte des RNA-Transkripts werden einfach miteinander kombiniert. Daraus ergeben sich mehrere Bauanleitungen für Proteine mit teilweise völlig anderen Eigenschaften als ein Original-RNA-Transkript. Die RNA-Transkripte durchlaufen dann die Poren der Zellkernmembran i (Eine Kernmembran, auch bekannt als Nucleolemma oder Karyotheca, ist die Phospholipid-Doppelschichtmembran, die das genetische Material und den Nucleolus in eukaryontischen Zellen umgibt) n zum Zytoplasma. An den Ribosomen im Zytoplasma, (In der Zellbiologie ist das Zytoplasma das Material innerhalb einer lebenden Zelle, ohne den Zellkern) werden zunächst die Proteine für die Virusproliferation synthetisiert. Das sind Proteine, die dafür sorgen, dass virale RNA bevorzugt produziert wird. Erst später werden die Kapsidproteine zur Verpackung der viralen RNA a (Ribonukleinsäure ist ein polymeres Molekül, das in verschiedenen biologischen Rollen bei der Kodierung, Dekodierung, Regulation und Expression von Genen essentiell ist) wieder synthetisiert. Schließlich erfolgt die Synthese der in der Membran gespeicherten “Ankerproteine” an den Ribosomen (Das Ribosom ist eine komplexe molekulare Maschine, die in allen lebenden Zellen vorkommt und als Ort der biologischen Proteinsynthese dient) des endoplasmatischen Retikulums. In diesem Zellbereich entstehen auch alle zelleigenen Proteine, die in der Zytoplasmamembran verankert bleiben. Zusammen mit den Membrankomponenten des endoplasmatischen Retikulums (Das endoplasmatische Retikulum ist eine Art Organell in eukaryotischen Zellen, das ein zusammenhängendes Netzwerk von abgeflachten, membranumschlossenen Beuteln oder schlauchartigen Strukturen, die als Zisterne bezeichnet werden, bildet) wandern die zukünftigen Oberflächenproteine des Virus in Richtung der zytoplasmatischen Membran. Hier beginnt die Montage der neuen Viren.
Die Proteine des zukünftigen Lipids e (In der Biologie umfassen Lipide eine Gruppe von natürlich vorkommenden Molekülen, zu denen Fette, Wachse, Sterole, fettlösliche Vitamine , Monoglyceride, Diglyceride, Triglyceride, Phospholipide u.a. gehören) nvelope des Virus werden an Stellen der zytoplasmatischen Membran gespeichert, an denen sich auch die zukünftigen Capsidproteine ansammeln. Schließlich werden Kopien des genetischen Materials des Virus hinzugefügt. An diesen Stellen wird die Zytoplasmamembran nach außen gedreht. Dieser Prozess, der als Knospen bezeichnet wird, kann im Elektronenscanmikroskop beobachtet werden. Sie endet mit der vollständigen Trennung eines Bereichs der Zytoplasmatischen Membran. Das zukünftige Virus löst sich wie eine kleine Blase von der Zelle. Dies geschieht gleichzeitig an vielen verschiedenen Stellen der Zytoplasmatischen Membran. (Die Zellmembran ist eine biologische Membran, die das Innere aller Zellen von der äußeren Umgebung trennt.) Während der Ausbreitung von Viren an der Membran werden ständig neue Virusteile für die Ausbreitung weiterer Viren produziert. Tausende neuer AIDS-Viren können durch Proliferation aus einer einzigen Zelle freigesetzt werden. Unmittelbar nach dem Austrieb ist das Virus noch nicht in der Lage, eine neue Wirtszelle zu infizieren. Sie muss erst reifen. Innerhalb des Virus durchtrennt die HIV-Protease die zukünftigen Kapsidproteine an jeweils zwei Stellen. Es entstehen drei Fragmente, die einem viralen Kapsid zugeordnet sind und das genetische Material verpacken. Während der Reifung wird das Genom von dem Schutzprotein e (Proteine sind große Biomoleküle oder Makromoleküle, bestehend aus einer oder mehreren langen Ketten von Aminosäureresten) nvelope umgeben. Das reife Virus ist nun in der Lage, eine andere Zelle zu infizieren, die CD4-Proteine auf ihrer Zelloberfläche hat. Die Proliferation von HIV schädigt einige Wirtszellen stark. Im Gegensatz zu anderen Retroviren, die das Zellwachstum anregen und Krebszellen produzieren, kann die Proliferation von HIV sogar zum Tod der Wirtszelle führen. Im Falle einer HIV-Infektion ist die Anzahl der T-Helferzellen deutlich reduziert. Warum sie an einer HIV-Infektion sterben, ist noch unbekannt. Es gibt einen weiteren Mechanismus, durch den sich AIDS-Viren bei einer infizierten Person ausbreiten. Das Vorhandensein viraler Oberflächenproteine während der Knospung neuer Viren bedeutet, dass sich diese Wirtszellen wiederum an andere Zellen anlagern können, die CD4-Proteine auf ihrer Oberfläche tragen. Die Bindung viraler Oberflächenproteine einer infizierten Zelle an CD4 p (In der Molekularbiologie ist CD4 ein Glykoprotein, das auf der Oberfläche von Immunzellen wie T-Helferzellen, Monozyten, Makrophagen und dendritischen Zellen zu finden ist) roteins einer nicht infizierten Zelle führt zu einer Fusion der zytoplasmatischen Membranen beider Zellen. Es entstehen Zellen, die mehrere Zellkerne besitzen. Auf diese Weise verschmelzen nicht nur T-Helferzellen miteinander, sondern auch Makrophagen, die auch CD-4-Proteine auf ihrer Oberfläche tragen. Riesenzellen können aus 50 bis 100 Einzelzellen gebildet werden. Im Gegensatz zu T-Helferzellen, die in der Regel nach einer HIV-Infektion nur von kurzer Dauer sind, überleben die Makrophagen die Infektion über viele Wochen und beherbergen die Viren entweder latent oder produzieren neue Viren. Makrophagen werden daher als Virenreservoirs betrachtet.
Der Befall von Nervenzellen, oder eher der Zellen, die sie ernähren, führt zu neurologischen Schäden wie Nervenschmerzen, Gedächtnisverlust oder unkoordinierten Bewegungen, die am deutlichsten in den Endstadien von AIDS sichtbar sind. Es ist aber auch möglich, dass externe Virusbestandteile für Nervenzellen giftig sind, ohne dass sich das Virus in ihnen vermehren muss. Welche Folgen hat die Verbreitung von AIDS-Viren bei einer infizierten Person? Die Ausbreitung dieser Viren verursacht – wenige Monate oder viele Jahre nach der Infektion – unter anderem die bereits erwähnten Nervenschäden sowie schwere Immunschwächen und damit den Ausbruch von AIDS. Das Immunsystem des Patienten ist dann nicht mehr in der Lage, selbst harmlose Infektionen zu bewältigen. Eine Infektion mit Pneumocystis carinii, (Pneumocystis jirovecii ist ein hefeähnlicher Pilz der Gattung Pneumocystis) kann beispielsweise bei AIDS-Patienten zum Tod führen. Eine Infektion mit Zytomegalieviren oder die Reaktivierung latenter Viren aus früheren Infektionen, die bei gesunden Menschen nur kurzfristige Krankheitssymptome hervorrufen, führt auch zu einer schweren Lungenentzündung i (Lungenentzündung ist ein entzündlicher Zustand der Lunge, der vor allem die mikroskopischen Lungenbläschen, die als Alveolen bezeichnet werden) n AIDS-Patienten. Man spricht hier auch von “opportunistischen Infektionen”. Die Hauptursache für die Schwächung des Immunsystems bei AIDS ist der starke Rückgang der Anzahl der T-Helferzellen durch die Vermehrung von Viren. T-Suppressorzellen a (Die regulatorischen T-Zellen, früher als Suppressor-T-Zellen bekannt, sind eine Subpopulation von T-Zellen, die das Immunsystem modulieren, die Toleranz gegenüber Selbstantigenen aufrechterhalten und Autoimmunerkrankungen vorbeugen), die neben T-Helferzellen gefunden werden, (Die T-Helferzellen sind eine Art von T-Zellen, die eine wichtige Rolle im Immunsystem, insbesondere im adaptiven Immunsystem, spielen), die eine Immunantwort in einem Verhältnis von 2 : 1 beenden. Dieses Verhältnis ist bei AIDS-Patienten genau das Gegenteil. Kurz vor dem Tod sank die Anzahl der T-Helferzellen oft auf fast Null. Wie wird eine HIV-Infektion erkannt? Die HIV-Konzentration im Blut von Infizierten ist in den ersten Wochen nach der Infektion hoch, sinkt aber innerhalb von vier Wochen deutlich. Erst wenn AIDS auftritt, ist wieder viel Virus im Blut. Der direkte Nachweis der Viren im Blut im Frühstadium ist sehr schwierig. Gängige HIV-Tests basieren daher auf einem indirekten Nachweisverfahren und messen die Immunantwort auf das Virus. Es gibt mehrere Nachweisverfahren, von denen wir zwei beschreiben werden: den Nachweis von Antikörpern gegen die Proteine von HIV. Das Immunsystem o (Das Immunsystem ist ein Wirtsabwehrsystem, das viele biologische Strukturen und Prozesse innerhalb eines Organismus umfasst, der vor Krankheiten schützt) f eine infizierte Person reagiert auf das Vorhandensein von HIV, indem sie Antikörper gegen die Oberflächenproteine oder das Kapsid p (A capsid ist die Proteinhülle eines Virus) roteins und Enzyme des Virus bildet. Eine Infektion kann durch Bindung dieser Antikörper d (Ein Antikörper, auch bekannt als Immunglobulin, ist ein großes, Y-förmiges Protein, das hauptsächlich von Plasmazellen produziert wird, die vom Immunsystem verwendet werden, um Krankheitserreger wie Bakterien und Viren zu neutralisieren), die gegen virale Proteine an gentechnisch verändertes HIV p (Das menschliche Immunschwäche-Virus ist ein Lentivirus, das HIV-Infektionen und das im Laufe der Zeit erworbene Immunschwächesyndrom) roteins verursacht und sie anschließend färbt, nachgewiesen werden. Dies sind die sogenannten Suchtests.
Sie müssen jedoch immer durch einen zweiten Test, den Bestätigungstest, überprüft werden. Die Antikörper werden nicht unmittelbar nach der Infektion mit HIV gebildet. Vielmehr sind sie nur wenige Wochen nach der Infektion zu finden. So bleibt die Infektion in den ersten Wochen nach dieser Methode nicht nachweisbar. Man spricht von einem Diagnosefenster, in dem die HIV-Infektion unentdeckt bleibt. Durch dieses Diagnosefenster ist die Blutspende einem Restrisiko ausgesetzt, das in den Industrieländern erfreulicherweise sehr gering ist. 2 Nachweis des HIV-Genoms. Mit diesem Nachweisverfahren, der so genannten Polymerase-Kettenreaktion, kann eine Infektion mit AIDS-Viren durch den Nachweis des Virus g (A-Virus ist ein kleiner Infektionserreger, der sich nur in den lebenden Zellen anderer Organismen vermehrt) enome nachgewiesen werden. Die Polymerase-Kettenreaktion i (Polymerase-Kettenreaktion ist eine in der Molekularbiologie verwendete Technik, um eine einzelne Kopie oder einige wenige Kopien eines DNA-Segments über mehrere Größenordnungen hinweg zu amplifizieren und Tausende bis Millionen Kopien einer bestimmten DNA-Sequenz zu erzeugen) s basierend auf einer spezifischen Amplifikation von Nukleinsäuren, hier denen des viralen Genoms. (In der modernen Molekularbiologie und Genetik ist ein Genom das genetische Material eines Organismus) Je mehr genetisches Material man auf diese Weise findet, desto mehr AIDS-Viren waren im untersuchten Blut oder Gewebe vorhanden. Trotz der sehr hohen Empfindlichkeit ist diese Methode aufgrund komplizierter Reaktionen noch nicht für den routinemäßigen Einsatz in Blutspenden geeignet. In seltenen Fällen kann es auch negative Werte anzeigen, obwohl eine Infektion vorliegt. Dann gibt es einfach zu wenig Virus im Blut, was wiederum darauf zurückzuführen ist, dass das Virus, wie oben besprochen, latent im Zellkern a vorhanden sein kann (In der Zellbiologie ist der Kern (pl) eine DNA c (Desoxyribonukleinsäure ist ein Molekül, das die genetischen Anweisungen für das Wachstum, die Entwicklung, die Funktion und die Vermehrung aller bekannten Lebewesen und vieler Viren trägt) opy und dass während dieser Zeit keine Viren produziert werden, die die Zelle verlassen und in den Blutkreislauf gelangen. Da die Konzentration von AIDS-Viren im Blut kurz nach einer Infektion recht hoch ist und nach etwa einem Monat stark sinkt, können selbst mit dieser sehr empfindlichen Methode nur sehr wenige AIDS-Viren nachgewiesen werden. Die Viruskonzentration im lymphatischen Gewebe a (Das lymphatische System ist Teil des Kreislaufsystems und ein wichtiger Teil des Immunsystems, bestehend aus einem Netzwerk von Lymphgefäßen, die eine klare Flüssigkeit namens Lymphe in Richtung Herz tragen) und das Blut steigt dann wieder an. Dieser Anstieg geht einher mit dem Auftreten einer Immunschwäche und den ersten Symptomen der Erkrankung. Nach neuesten Erkenntnissen ist es sogar möglich, die durch diesen Anstieg drohende Krankheit vorherzusagen. Aber wie kann man die Krankheit trotz einer Infektion verhindern? Die Forschung konzentriert sich heute auf die Entwicklung eines Impfstoffs (A-Impfstoff ist ein biologisches Präparat, das eine aktive erworbene Immunität gegen eine bestimmte Krankheit bietet) zum Schutz vor Infektionen sowie auf Medikamente, die die Vermehrung von AIDS-Viren hemmen.