Fachmodul Virologie II - Exam

Aufgabe 1)

Betrachte die Klassifikation von Viren auf Basis der Art und Organisation ihres genetischen Materials. Im Speziellen werden dabei DNA- und RNA-Viren unterschieden, die jeweils weiter in Einzelstrang (ss) und Doppelstrang (ds) unterteilt werden können. RNA-Viren können dabei in positiver (ssRNA(+)) oder negativer Richtung (ssRNA(-)) vorliegen. Einige Viren, wie Retroviren, verwenden eine reverse Transkriptase, um RNA in DNA umzuwandeln. Ein gängiges Klassifikationsschema ist die Baltimore-Klassifikation, die aufgrund dieser Kriterien verschiedene Virusfamilien kategorisiert. Beispiele für solche Klassifikationen sind: dsDNA (Adenovirus), ssDNA (Parovirus), dsRNA (Reovirus), ssRNA(+) (Poliovirus), ssRNA(-) (Influenza).

a)

Beschreibe die fundamentalen Unterschiede zwischen der Replikation von ssRNA(+) Viren wie Poliovirus und ssRNA(-) Viren wie Influenza. Gehe dabei besonders auf die Enzyme und Mechanismen ein, die diese Virustypen benötigen, um ihre RNA zu replizieren und Proteine zu synthetisieren.

Lösung:

Um die fundamentalen Unterschiede zwischen der Replikation von ssRNA(+) Viren wie dem Poliovirus und ssRNA(-) Viren wie dem Influenza-Virus zu verstehen, musst Du die spezifischen Enzyme und Mechanismen betrachten, die diese Virustypen benötigen.

• ssRNA(+) Viren (Poliovirus): - ssRNA(+) Viren besitzen RNA, die direkt als mRNA fungieren kann, die in die Zelle gelangt. - Sobald die virale RNA in die Wirtszelle gelangt, kann sie direkt von den ribosomalen Maschinen der Zelle zur Synthese viraler Proteine verwendet werden. - Ein spezielles Enzym, die RNA-abhängige RNA-Polymerase, wird von der viralen RNA kodiert und synthetisiert, um neue RNA-Stränge zu replizieren. - Dieses Enzym repliziert die (+)ssRNA-Stänge direkt und erzeugt komplementäre (-)ssRNA-Stränge, die als Matrizen für die Synthese neuer viraler (+)ssRNA dienen.
• ssRNA(-) Viren (Influenza): - ssRNA(-) Viren enthalten RNA, die nicht als mRNA fungieren kann. - Diese Viren müssen RNA-abhängige RNA-Polymerase in ihre Wirtszelle bringen, da die (-)ssRNA für Wirtszellen nicht als Vorlage für die Proteinbiosynthese dienen kann. - Die RNA-abhängige RNA-Polymerase transkribiert die (-)ssRNA in komplementäre (+)ssRNA, die als mRNA dient und für die Synthese viraler Proteine benötigt wird. - Die neu synthetisierte (+)ssRNA dient dann auch als Matrize für die Replikation neuer (-)ssRNA-Genome.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ssRNA(+) Viren wie das Poliovirus ihre RNA direkt als mRNA nutzen können und erst später eine RNA-abhängige RNA-Polymerase zur Synthese ihrer komplementären RNA benötigt wird. Im Gegensatz dazu müssen ssRNA(-) Viren wie das Influenza-Virus eine RNA-abhängige RNA-Polymerase mit sich führen, um zunächst eine (+)ssRNA als mRNA zu erzeugen, die für die virale Proteinsynthese und Replikation erforderlich ist.

c)

Erläutere die Anwendung und Bedeutung der Baltimore-Klassifikation in der modernen Virologie. Inwiefern hilft diese Klassifikation bei der Entwicklung antiviraler Medikamente, insbesondere bei der Behandlung von Retroviren wie HIV?

Lösung:

Die Baltimore-Klassifikation ist ein bedeutendes Schema zur Klassifikation von Viren basierend auf deren genetischen Materialien und Replikationsmechanismen. Diese Klassifikation wurde von dem Nobelpreisträger David Baltimore entwickelt und hilft dabei, Viren in Gruppen zu unterteilen, die ähnliche Replikationsstrategien verwenden. Hier sind die Hauptanwendungen und Bedeutungen der Baltimore-Klassifikation in der modernen Virologie:

Anwendungen und Bedeutungen der Baltimore-Klassifikation:

• Kategorisierung von Viren: Die Baltimore-Klassifikation unterteilt Viren in sieben Gruppen basierend auf der Art ihres genetischen Materials und deren Replikationsmechanismen. Dies umfasst DNA-Viren und RNA-Viren, welche weiter unterteilt sind in Einzelstrang (ss) und Doppelstrang (ds), sowie positive (ssRNA(+)) und negative (ssRNA(-)) Stränge.
• Vereinfachung der Forschung: Durch diese Kategorisierung wird die Erforschung spezifischer Virengruppen vereinfacht, da Forscher die Replikationsmechanismen und die entsprechenden Enzyme besser verstehen und gezielt untersuchen können.
• Entwicklung antiviraler Medikamente: Die detaillierte Kenntnis darüber, wie sich Viren replizieren, hilft bei der Entwicklung spezifischer antiviraler Medikamente, die in bestimmte Replikationsstufen oder Prozesse eingreifen können.

Wichtigkeit für die Entwicklung antiviraler Medikamente:

Die Baltimore-Klassifikation ist besonders nützlich bei der Entwicklung von Medikamenten gegen verschiedene Virusklassen, da sie aufzeigt, welche Mechanismen und Enzyme von den Viren genutzt werden. Dies gilt insbesondere für komplexe und schwer zu behandelnde Viren wie HIV, ein Retrovirus. Hier sind einige Beispiele, wie diese Klassifikation hilft:

• Retroviren (z.B. HIV): Retroviren wie HIV verwenden eine reverse Transkriptase, um ihre RNA in DNA umzuwandeln. Die Baltimore-Klassifikation ordnet Retroviren der Klasse VI zu. Diese Klassifizierung hat es ermöglicht, gezielt Medikamente zu entwickeln, wie z.B. reverse Transkriptase-Hemmer (RTIs), die direkt die Umwandlung von viraler RNA in DNA blockieren und somit die Virusreplikation unterbinden.
• Identifikation von Zielstrukturen: Durch die Klassifikation wissen Forscher, welche Enzyme und Proteine in den verschiedenen Phasen des Viruslebenszyklus aktiv sind. Bei Retroviren sind dies beispielsweise neben der reverse Transkriptase auch Integrase und Proteasen, welche als Zielstrukturen für Medikamente dienen.
• Strategien zur Hemmung der Virusreplikation: Medikamente können entwickelt werden, die spezifisch die virale RNA oder DNA, deren Polymerasen, Integrase oder Proteasen ins Visier nehmen, um die Vermehrung des Virus zu verhindern.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Baltimore-Klassifikation ein wesentliches Werkzeug in der Virologie ist. Sie ermöglicht es, Viren systematisch zu kategorisieren, die Forschung zu fokussieren und gezielt antivirale Medikamente zu entwickeln, um effektiver gegen virale Erkrankungen, insbesondere durch komplexe Viren wie Retroviren, vorzugehen.

Aufgabe 2)

Du bist als Virologe beauftragt, die Replikationsstrategien verschiedener Viren zu untersuchen. Dazu sollst Du die Mechanismen der viralen Genom-Vermehrung analysieren und die unterschiedlichen Wege und Enzyme bewerten, die von DNA- und RNA-Viren genutzt werden. Ziehe dabei auch die Bedeutung der segmentierten Genome und die speziellen Replikationsorte in Betracht.

a)

Beschreibe detailliert die Unterschiede in den Replikationsmechanismen zwischen DNA-Viren und RNA-Viren. Nenne die Schlüsselenzyme, die an der Replikation beteiligt sind, und erläutere deren Herkunft (vom Virus selbst oder vom Wirt).

Lösung:

Um die Replikationsstrategien von DNA- und RNA-Viren detailliert zu unterscheiden, müssen wir die grundlegenden Mechanismen betrachten, durch die sie ihre Genome vervielfältigen. Hier sind die wesentlichen Punkte:

• DNA-Viren:
  • Replikationsmechanismus: DNA-Viren nutzen die DNA-abhängige DNA-Polymerase, um ihr Genom zu replizieren. Der Prozess findet oft im Zellkern der Wirtszelle statt, da sie die Wirtseigenen DNA-Polymerasen nutzen. Einige DNA-Viren (wie z.B. Poxviren) replizieren jedoch im Zytoplasma und bringen ihre eigenen Replikationsenzyme mit.
  • Schlüsselenzyme:
    • DNA-abhängige DNA-Polymerase (vom Wirt oder vom Virus)
    • Helikasen und Primase (oft vom Wirt)
  • Herkunft der Enzyme: Die meisten DNA-Viren nutzen die Replikationsenzyme des Wirts, insbesondere jene, die im Zellkern agieren. Einige große DNA-Viren kodieren ihre eigenen Enzyme.
• RNA-Viren:
  • Replikationsmechanismus: RNA-Viren nutzen RNA-abhängige RNA-Polymerasen für die Genomreplikation. Diese Enzyme sind viralen Ursprungs, da Wirtszellen diese Art von Enzym nicht besitzen. Die Replikation findet meist im Zytoplasma statt.
  • Schlüsselenzyme:
    • RNA-abhängige RNA-Polymerase (vom Virus)
    • Helikasen (vom Virus)
  • Herkunft der Enzyme: Die RNA-abhängige RNA-Polymerase und andere replikationsspezifische Enzyme werden vom Virus kodiert und müssen ins Zytoplasma transferiert werden.

Zusätzlich zur Betrachtung der grundlegenden Mechanismen ist es wichtig die Bedeutung der segmentierten Genome zu berücksichtigen:

• Segmentierte Genome: Einige RNA-Viren (wie Influenza-Viren) haben segmentierte Genome, was bedeutet, dass ihr Genom in mehrere Teile getrennt ist. Diese Segmente ermöglichen es dem Virus, genetische Variation durch Reassortment zu erhöhen, das heißt durch den Austausch von Genomsegementen zwischen verschiedenen Viruslinien.

Ein weiterer Aspekt ist der spezielle Ort der Replikation:

• Spezieller Replikationsort: Während DNA-Viren meist im Zellkern replizieren (mit einigen Ausnahmen im Zytoplasma), replizieren RNA-Viren vornehmlich im Zytoplasma und nutzen dafür virale Replikationskomplexe, die sie auf den Membranen der Wirtszelle aufbauen.

b)

Das Influenzavirus hat ein segmentiertes RNA-Genom und repliziert im Zellkern. Berechne die Wahrscheinlichkeit, dass zwei spezifische Segmente, Segment A und Segment B, gleichzeitig in einer neugebildeten Viruspartikel auftauchen, wenn die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten jedes einzelnen Segments bei 0,8 liegt (unter der Annahme, dass die Segmente unabhängig voneinander verpackt werden). Formel: Wenn die Wahrscheinlichkeit für ein einzelnes Ereignis zwischen Segment A und Segment B unabhängig voneinander 0,8 beträgt, berechne die gemeinsame Wahrscheinlichkeit des gemeinsamen Auftretens.

Lösung:

Um die Wahrscheinlichkeit zu berechnen, dass die beiden spezifischen Segmente, Segment A und Segment B, gleichzeitig in einer neugebildeten Viruspartikel auftauchen, gehen wir davon aus, dass die Segmente unabhängig voneinander verpackt werden.

Sei P(A) die Wahrscheinlichkeit, dass Segment A in einer neugebildeten Viruspartikel auftritt, und P(B) die Wahrscheinlichkeit, dass Segment B auftritt. Beide Wahrscheinlichkeiten sind gegeben und betragen 0,8.

Die Formel zur Berechnung der gemeinsamen Wahrscheinlichkeit des Auftretens beider Segmente, wenn die Ereignisse unabhängig voneinander sind, lautet:

\[ P(A \text{ und } B) = P(A) \times P(B) \]

Setzen wir die gegebenen Werte ein:

\[ P(A \text{ und } B) = 0,8 \times 0,8 \]

Rechnen wir dies aus:

\[ P(A \text{ und } B) = 0,64 \]

Die Wahrscheinlichkeit, dass sowohl Segment A als auch Segment B gleichzeitig in einer neugebildeten Viruspartikel auftauchen, beträgt somit 0,64 oder 64 %.

Aufgabe 3)

• Endozytose: Virus wird durch Umhüllung und Aufnahme in das Zellinnere geschleust.
• Membranfusion: Virusmembran verschmilzt direkt mit der Wirtszellmembran.
• Penetration: Direkte Injektion des viralen Genoms in die Wirtszelle.
• Rezeptorbindung: Erkennung und Bindung an spezifische Zelloberflächenrezeptoren nötig.
• Kapping-Mechanismen: Viren nutzen zelluläre Endozytosewege wie Clathrin-vermittelte Endozytose.

a)

Erkläre die verschiedenen Eintrittsmechanismen von Viren in den Wirt, die in den Notizen erwähnt werden. Stelle sicher, dass Du auf jeden Mechanismus detailliert eingehst und Beispiele für Viren gibst, die diese Mechanismen nutzen.

Lösung:

Verschiedene Eintrittsmechanismen von Viren in den Wirt:

• Endozytose: Bei der Endozytose wird das Virus durch Umhüllung in das Zellinnere gebracht. Hierbei wird die Viruspartikel von der Zellmembran umschlossen und in einem Vesikel eingeschlossen, das dann ins Zellinnere transportiert wird. Dieses Vesikel verschmilzt anschließend mit Endosomen, wodurch das Virus freigesetzt wird. Ein Beispiel für ein Virus, das diesen Mechanismus nutzt, ist das Influenzavirus.
• Membranfusion: Bei diesem Mechanismus verschmilzt die Virusmembran direkt mit der Membran der Wirtszelle. Dies ermöglicht es dem Virus, sein genetisches Material direkt in das Zytoplasma der Wirtszelle zu entlassen. Das Human Immunodeficiency Virus (HIV) ist ein Beispiel für ein Virus, das diesen Mechanismus verwendet.
• Penetration: Bei der Penetration wird das virale Genom direkt in die Wirtszelle injiziert. Dies wird oft bei Viren beobachtet, die komplexe Infektionsmechanismen haben, wie z.B. Bakteriophagen, die das Genom in eine Bakterienzelle einbringen.
• Rezeptorbindung: Viren erkennen und binden sich an spezifische Rezeptoren auf der Oberfläche der Wirtszelle. Dies ist ein kritischer erster Schritt für viele Viren, um in die Zelle zu gelangen. Ein Beispiel hierfür ist das Rhinovirus, das Erkältungen verursacht. Es erkennt und bindet sich an den ICAM-1-Rezeptor auf der Zelloberfläche.
• Kapping-Mechanismen: Viele Viren nutzen die natürlichen Endozytosewege der Zelle, wie z.B. die Clathrin-vermittelte Endozytose, um in die Zelle zu gelangen. Diese Mechanismen erlauben es dem Virus, die zellulären Energiemechanismen zu nutzen und sich effektiv zu verbreiten. Das Hepatitis C Virus verwendet beispielsweise diesen Mechanismus.

b)

Berechne die Wahrscheinlichkeit, dass ein Virus durch Endozytose in eine Zelle eindringt, wenn die Wahrscheinlichkeit der Rezeptorbindung 0.8 und die nachfolgende Wahrscheinlichkeit der Endozytose 0.7 beträgt.Formuliere Deine Antwort mit der mathematischen Formel:

 P(endocytose) = P(receptorbindung) * P(endozytose nach receptorbindung) 

Lösung:

Berechnung der Wahrscheinlichkeit, dass ein Virus durch Endozytose in eine Zelle eindringt:

Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Virus durch Endozytose in eine Zelle eindringt, kann berechnet werden, indem man die Wahrscheinlichkeit der Rezeptorbindung mit der Wahrscheinlichkeit der nachfolgenden Endozytose multipliziert.

Die Formel lautet:

 P(endocytose) = P(receptorbindung) * P(endozytose nach receptorbindung) 

Für die gegebenen Wahrscheinlichkeiten berechnen wir:

• P(receptorbindung) = 0.8
• P(endozytose nach receptorbindung) = 0.7

Setzen wir diese Werte in die Formel ein:

 P(endocytose) = 0.8 * 0.7 

Die Berechnung des Endwerts ist:

 P(endocytose) = 0.56 

Der Endwert ist somit 0.56 oder 56%.

c)

Diskutiere, warum die Rezeptorbindung ein kritischer Schritt für den Virusinfektionszyklus ist. Beziehe Dich dabei auf die Wichtigkeit der Spezifität und Affinität zwischen Virusproteinen und Wirtszellrezeptoren.

Lösung:

Warum die Rezeptorbindung ein kritischer Schritt für den Virusinfektionszyklus ist:

Die Rezeptorbindung ist ein essentieller erster Schritt im Virusinfektionszyklus. Dieser Mechanismus erleichtert die Erkennung und Anheftung von Viren an die Wirtszelle. Ein paar Schlüsselaspekte, die die Bedeutung der Rezeptorbindung unterstreichen, sind:

• Spezifität: Die Interaktion zwischen Virusproteinen (oft als virale Liganden bekannt) und Wirtszellrezeptoren weist eine hohe Spezifität auf. Diese Spezifität stellt sicher, dass das Virus nur in den für seine Vermehrung geeigneten Zellen eindringt. Ein Beispiel hierfür ist das HIV, dessen gp120-Protein spezifisch an den CD4-Rezeptor auf T-Helferzellen bindet.
• Affinität: Die Bindungsaffinität zwischen Virus und Wirtszellrezeptor ist entscheidend für die Effektivität der Infektion. Eine hohe Affinität bedeutet, dass das Virus fest an der Zellmembran haftet, was das Eindringen erleichtert. Dies hilft dem Virus, den raschen Abtransport oder die Neutralisation durch Immunabwehrkräfte zu vermeiden.
• Initiierung der Invasion: Die Bindung des Virus an Zelloberflächenrezeptoren löst häufig intrazelluläre Signalkaskaden aus, die zur Aufnahme des Virus durch die Zelle führen. Diese Signale können Mechanismen wie Endozytose aktivieren, die es dem Virus ermöglichen, in das Zellinnere zu gelangen.
• Wirtszelltypenspezifität: Die Spezifität der Rezeptorbindung begrenzt die Art der Zellen, die ein Virus infizieren kann, was als Tropismus bezeichnet wird. Dadurch wird sichergestellt, dass das Virus nur bestimmte Wirtszelltypen, Gewebe oder Organismen infiziert.
• Mutationen und Anpassung: Veränderungen oder Mutationen in den viralen Liganden oder den zellulären Rezeptoren können drastische Auswirkungen auf die Infektionsfähigkeit des Virus haben. Viren, die sich effizient an diese Veränderungen anpassen können, haben einen evolutionären Vorteil. Beispielsweise wurden bestimmte Mutationen im Spike-Protein von SARS-CoV-2 beobachtet, die seine Affinität zum ACE2-Rezeptor erhöhen.

Zusammengefasst ist die Rezeptorbindung ein zentraler und kritischer Schritt im Virusinfektionszyklus, da sie die spezifische Erkennung und Anlagerung des Virus an die Wirtszelle ermöglicht und die folgenden Schritte der Infektion einleitet.

Aufgabe 4)

Virale Persistenz und LatenzLangfristige Anwesenheit von Viren im Wirt ohne vollständige Eliminierung, oft ohne Symptome.

• Persistenz: Virus verbleibt aktiv, oft in niedrigen Mengen
• Latenz: Virus bleibt inaktiv, keine Virusproduktion
• Reaktivierung: Latenzvirus kann in aktive Phase wechseln
• Immunevasion: Mechanismen zur Vermeidung des Immunsystems
• Beispiele: Herpesviren (HSV), HIV

a)

Erkläre den Begriff der Immunevasion und beschreibe zwei Mechanismen, die von persistierenden Viren genutzt werden, um das Immunsystem zu umgehen.

Lösung:

ImmunevasionImmunevasion bezeichnet die Fähigkeit von Viren, den Abwehrmechanismen des Immunsystems zu entkommen. Persistierende Viren haben verschiedene Mechanismen entwickelt, um die Erkennung und Eliminierung durch das Immunsystem zu vermeiden.Hier sind zwei Mechanismen, die von solchen Viren genutzt werden:

• Antigenvariabilität: Einige Viren verändern regelmäßig ihre Oberflächenproteine, sogenannte Antigene. Durch diese ständige Änderung können sie sich der Erkennung durch spezifische Antikörper entziehen. Ein Beispiel hierfür ist das Influenza-Virus, das seine Hämagglutinin- und Neuraminidase-Moleküle häufig verändert.
• Down-Regulierung von MHC-Molekülen: Andere Viren können die Expression von Major-Histocompatibility-Complex (MHC)-Molekülen auf der Zelloberfläche ihrer Wirtszellen reduzieren oder verhindern. MHC-Moleküle sind wichtig für die Präsentation viraler Antigene an T-Zellen, die infizierte Zellen erkennen und zerstören. Durch die Down-Regulierung dieser Moleküle können Viren vermeiden, von T-Zellen erkannt zu werden. Ein Beispiel ist das Epstein-Barr-Virus, das die Expression von MHC-Klasse-I-Molekülen unterdrücken kann.

b)

Herpesviren wie HSV können in eine latente Phase übergehen. Beschreibe den Prozess der Reaktivierung und die möglichen Auslöser dafür.

Lösung:

Reaktivierung von Herpesviren (HSV)Herpes-simplex-Viren (HSV) können, einmal im Wirt etabliert, in eine latente Phase übergehen, in der sie inaktiv bleiben und keine neuen Viren produzieren. Dieser latente Zustand kann über längere Zeiträume bestehen. Jedoch haben diese Viren auch die Fähigkeit, aus der Latenz heraus zu reaktivieren und wieder aktiv zu werden. Der Prozess der Reaktivierung und die möglichen Auslöser dafür sind wie folgt:

• Prozess der Reaktivierung: Während der Latenzphase verbleiben die HSV-Genome als episomale DNA in den Zellkernen der Neuronen, insbesondere in den sensorischen Ganglien. Unter bestimmten Bedingungen oder durch bestimmte Auslöser können die Viren reaktiviert werden. Dieser Prozess beinhaltet die Reexpression viraler Gene, die während der Latenzphase stillgelegt sind, gefolgt von der Replikation des viralen Genoms, der Assemblierung neuer Viruspartikel und schließlich der Freisetzung der aktiven Viren aus den Neuronen. Diese aktiven Viren können dann entlang der Nervenfasern zu den ursprünglichen Infektionsstellen wandern und dort erneute Infektionen oder Läsionen verursachen.
• Mögliche Auslöser: Verschiedene Faktoren können die Reaktivierung von HSV auslösen, darunter:
  • Stress: Physischer oder emotionaler Stress kann die Immunantwort des Körpers beeinträchtigen, was zu einer Reaktivierung des HSV führen kann.
  • Immunsuppression: Bedingungen oder Behandlungen, die das Immunsystem schwächen, wie z.B. Immunsuppressiva oder Krankheiten wie HIV, können die Kontrolle über die latenten Viren verringern und deren Reaktivierung ermöglichen.
  • Fieber und andere Infektionen: Erhöhte Körpertemperatur oder andere Infektionen können Immunprozesse stören und zu einer Reaktivierung des Virus führen.
  • UV-Licht: UV-Strahlung, beispielsweise durch Sonneneinstrahlung, kann die Immunantwort der Haut beeinträchtigen und eine Virusreaktivierung auslösen.
  • Hormone: Hormonelle Schwankungen, etwa durch Menstruation oder hormonelle Behandlungen, können ebenfalls eine Reaktivierung des HSV begünstigen.

c)

Berechne die Viruslast eines persistenten Virus in einem Patienten über einen Zeitraum von 5 Jahren, wenn die initiale Viruslast 10^5 Viren/ml ist und die Viruslast jährlich um 10% abnimmt.

Lösung:

Berechnung der Viruslast über einen Zeitraum von 5 JahrenUm die Viruslast eines persistenten Virus in einem Patienten über einen Zeitraum von 5 Jahren zu berechnen, wenn die initiale Viruslast 10⁵ Viren/ml ist und die Viruslast jährlich um 10% abnimmt, verwenden wir die Formel für den exponentiellen Zerfall.Formel für den exponentiellen Zerfall:

V_n = V_0 \times (1 - r)^n

• V_n = Viruslast nach n Jahren
• V₀ = initiale Viruslast
• r = jährliche Abnahmerate (in Dezimalform)
• n = Anzahl der Jahre

• V₀ = 10⁵ Viren/ml
• r = 0,10 (10% jährliche Abnahme)
• n = 5 Jahre

V_5 = 10^5 \times (1 - 0,10)^5

• 1 - 0,10 = 0,90
• 0,90⁵ ≈ 0,59049 (Näherungswert)
• 10⁵ \times 0,59049 = 59.049

• Initiale Viruslast: 100.000 Viren/ml
• Jährliche Abnahme um 10%
• Viruslast nach 5 Jahren: 59.049 Viren/ml

d)

Vergleiche Persistenz und Latenz im Kontext von HIV und Herpesviren (HSV). Beziehe Dich auf die Unterschiede in der Virusvermehrung, Immunevasion und die klinischen Manifestationen.

Lösung:

Vergleich von Persistenz und Latenz bei HIV und Herpesviren (HSV)HIV und Herpesviren (HSV) sind Beispiele für Viren, die im Wirt persistieren und eine latente Phase durchlaufen können. Dennoch gibt es signifikante Unterschiede zwischen den beiden bezüglich ihrer Virusvermehrung, Mechanismen der Immunevasion und klinischen Manifestationen.

• Virusvermehrung:
  • HIV: HIV ist ein retrovirales Virus, das das Immunsystem direkt angreift, insbesondere die CD4+ T-Zellen. In der latenten Phase integriert sich das HIV-Genom in die DNA von Wirtstzellen und verbleibt dort inaktiv. Während der persistierenden Phase repliziert das Virus aktiv, allerdings oft auf einem niedrigen Niveau. Antiretrovirale Therapien können die Viruslast signifikant verringern, aber das Virus wird selten vollständig eliminiert.
  • HSV: HSV-Infektionen sind durch eine initiale lytische Phase gekennzeichnet, in der aktiv neue Viren produziert werden. In der latenten Phase verbleiben die viralen Genome als episomale DNA in den Neuronen. Die virale Replikation findet während der Persistenz in den Schleimhäuten statt, wobei die Reaktivierung des Virus zu erneuten Ausbrüchen führen kann.
• Immunevasion:
  • HIV: HIV nutzt verschiedene Mechanismen zur Immunevasion, darunter die hohe Mutationsrate, die Bildung von Virusreservoirs in latenten Zellen und die direkte Zerstörung von Immunzellen. Zusätzlich kann HIV durch die Bildung von Syncytien der Immunüberwachung entgehen.
  • HSV: HSV kann durch die Modulation von MHC-Klasse-I-Molekülen die Erkennung durch zytotoxische T-Zellen verhindern. Das Virus kann auch Faktoren produzieren, die die Apoptose infizierter Zellen verhindern, wodurch es der Immunerkennung entgeht und in latenter Form überdauert.
• Klinische Manifestationen:
  • HIV: Die klinischen Manifestationen von HIV variieren stark. Initial kann eine akute Retrovirusinfektion auftreten, gefolgt von einer langen asymptomatischen Phase. Fortschreitende unbehandelte Infektionen können schließlich zum Acquired Immunodeficiency Syndrome (AIDS) führen, welches durch schwere Immunsuppression und opportunistische Infektionen gekennzeichnet ist.
  • HSV: HSV-Infektionen manifestieren sich typischerweise als schmerzhafte Bläschen und Geschwüre an den Infektionsstellen (z.B. orolabial oder genital). Nach der Erstinfektion kann das Virus in den sensorischen Ganglien latent verbleiben und durch verschiedene Auslöser (z.B. Stress, UV-Licht) reaktiviert werden, was zu erneuten Ausbrüchen führt.

• HIV: Persistiert durch Integration in die Wirts-DNA und hat eine komplexe Immunevasion durch Mutation und Zerstörung von Immunzellen. Führt zu einer langfristigen Beeinträchtigung des Immunsystems mit schweren klinischen Konsequenzen ohne Therapie.
• HSV: Persistiert episomal in Neuronen, nutzt die Modulation von Immunfaktoren zur Immunevasion und verursacht periodisch symptomatische Ausbrüche, die durch Reaktivierung des Virus ausgelöst werden.