Fragen & Antworten

So funktionieren Viren – und das kann sie zerstören

Viren begegnen uns jeden Tag – in vielen Formen. Gegen einige kann man sich gut schützen, gegen andere – wie das Coronavirus – nicht. Ein Bremer Virologe erklärt, was es anrichtet.

Computervisualisierung des Coronavirus.
Eine Simulation zeigt das Viruspartikel des Coronavirus. Mit den Stacheln erkennt das Partikel die passende Wirtszelle. Bild: Reuters | NEXU Science Communication
Was sind Viren genau?
Viren sind keine Lebewesen im herkömmlichen Sinn. Sie sind für sich allein nicht lebensfähig, sondern brauchen immer eine Zelle, die sogenannte Wirtszelle, um sich zu vermehren. "Viren wachsen nicht, sie teilen sich nicht und haben keinen Sex, sondern vermehren sich, indem sie vielfache Kopien ihrer selbst herstellen", erklärt der Bremer Virologe Andreas Dotzauer. Viren sind Parasiten, das heißt, sie nutzen einfach die Rohstoffe und die Fähigkeiten ihrer Wirte aus, um sich zu vermehren. Dadurch schwächen sie die Funktion der Wirtszellen und können sie sogar töten. So entstehen Krankheiten.

"Grob geschätzt gibt es 250 verschiedene Virus-Arten für den Menschen", sagt Dotzauer, "und davon wieder viele verschiedene Varianten". Gemein ist allen Viren, das ihr Erbgut, das sogenannte Genom, von einer Schützhülle umgeben ist. Bei einigen heißt das Erbgut DNA, bei anderen RNA. Einige Viren haben dazu noch eine schützende Membran außenrum, so wie das Coronavirus. Das Verhalten der Virus-Arten ist vielfältig. "Das wäre so, als würde man Äpfel mit Birnen vergleichen", sagt Dotzauer. "Viren sind Spezialisten."

Viren wachsen nicht, sie teilen sich nicht und haben keinen Sex, sondern vermehren sich, indem sie vielfache Kopien ihrer selbst herstellen.

Andreas Dotzauer, Laboratorium für Virusforschung Uni Bremen
Wie vermehren sich Viren – vereinfacht erklärt?
Viren, erklärt der Virologe, spezialisieren sich je nach Typ auf bestimmte Zellen im Körper. Das Coronavirus auf die Zellen der oberen Atemwege und der Lunge. Wohl jeder kennt schon die Grafik eines Balls mit Stacheln rundum – mithilfe dieser Stacheln, auch Spikes genannt, erkennt das Viruspartikel die passenden Zellen und dockt an. Nun wird das Virus-Erbgut, das Genom, in das Zellinnere abgeseilt. Der Rest des Viruspartikel, also die Schutzhülle, die Membran und die Stacheln, lösen sich auf.

Nun befindet sich neben der DNA der Zelle noch das Virus-Genom im Innenraum der Zelle: Beim Coronavirus ist es die RNA (Ribonukleinsäure). "Beide versuchen als Konkurrenten, die Funktionen der Zelle zu steuern", erklärt Dotzauer.
Das Virusgenom greift dazu auf die Rohstoffe und Funktionen der Zelle zu und produziert eigene Proteine. "Einige dieser Proteine bauen Strukturen der Zelle um, in denen dann die Kopien des Virusgenoms hergestellt werden, andere versuchen die Abwehrreaktionen der Zelle gegen das Virus auszuschalten und weitere erlauben dem Virus den effektiven Zugriff auf die Rohstoffe der Zelle", so Dotzauer.
Beim Coronavirus Sars-Cov2 sorgt dann ein viruseigenes Enzym, die Polymerase, für die Vervielfältigung des Virus-Erbguts. "Durch die Aktivitäten des Virus ist ein normales Funktionieren der befallenen Zelle nicht mehr möglich und die Zelle versucht durch vielfältige Abwehrmaßnahmen das Virus an seiner Vermehrung zu hindern", erklärt der Virologe.

In einem komplizierten Vorgang werden aus den Kopien des Virus-Genoms viele neue Viruspartikel – die Bälle mit den Stacheln – zusammengebaut. Die verlassen dann die Zelle um benachbarte Zellen zu befallen. So breitet sich das Virus aus.
Video vom 5. April 2020
Animation: Viruspartikel dockt an Wirtszelle an
Bild: Radio Bremen

Wenn das Ganze ausufert, ist es ab einem gewissen Zeitpunkt nicht mehr zu stoppen.

Andreas Dotzauer, Laboratorium für Virusforschung Uni Bremen
Was macht das Coronavirus im Körper?
"Coronaviren zerstören letztendlich ihre Wirtszelle", erklärt Dotzauer. Entweder durch die Anzahl an Viren, oder weil die Zelle "Selbstmord" begeht, weil sie gegen das Virus nicht ankommt. Außerdem schickt das Immunsystems des Körpers auch sogenannte Killerzellen los, die die befallenen Zellen angreifen. "Dieses Material der zerstörten Zellen wird dann vom Immunsystem erkannt. Es gehört da ja nicht hin", sagt der Virologe. Das Immunsystem fährt die Abwehrreaktion hoch – der Mensch bekommt Fieber.

Bei schweren Verläufen von Covid-19 führen die Zellreste und Flüssigkeitsansammlungen zu Lungenentzündungen und Atemnot. "Wenn das Ganze ausufert, ist es ab einem gewissen Zeitpunkt nicht mehr zu stoppen", sagt Dotzauer. Dann sterben die Patienten an Organversagen.
Drei Pillen des Medikaments "Avigan".
Das Medikament "Avigan" ist eine antivirale Grippetablette. Dort wird das Enzym blockiert, das die Grippeviren zur Vermehrung benötigen. Bild: DPA | Ho/Fujifilm Corp.
Warum ist es schwierig, Medikamente gegen Covid-19 zu finden?
Das kennt wohl jeder: Man hat eine schwierige bakterielle Infektion, bekommt das passende Antibiotikum und schon geht es einem besser. Bei einer Virus-Infektion funktioniert das nicht. "Ein Bakterium ist ein eigenständiger Organismus, mit eigenem Stoffwechsel, da kann man gezielt eingreifen. Das Virus aber nutzt die Funktion der Zelle, und wenn man da etwas unterbindet, stirbt die Zelle auch. Das will man nicht."

Medikamente, die bei Viruserkrankungen eingesetzt werden, versuchen an virusspezifischen Punkten anzugreifen. "Ein Punkt wäre die Anheftung an die Wirtszelle, ein anderer Punkt das Freisetzen des Genoms. Der Hauptansatzpunkt, vor allem beim Coronavirus, ist bei der Vervielfältigung des Erbguts durch die Polymerase", erklärt Dotzauer. "Da nutzt man die Geschwindigkeit der Vervielfältigung aus und hofft, dass die eigentliche Zelle kaum geschädigt wird."

Derzeit gibt es kein Medikament, das bewiesenermaßen gegen Covid-19 wirkt. Es werden aber diverse Medikamente getestet, die es bereits für andere Virus-Erkrankungen gibt. Wie die "Frankfurter Allgemeine Zeitung" am Donnerstag berichtete, deckt sich Deutschland derzeit im großen Stil mit dem Präparat Avigan ein. Das ist eine antivirale Grippetablette, die nach Erfahrungen in Asien Hoffnungen weckt. Avigan ist laut dem Bericht in Japan für die Anwendung gegen Corona begrenzt zugelassen und verhindert normalerweise, dass sich ein Grippevirus im Körper verviefältigt.

Doch auch andere Medikamente sollen vor allem bei schweren Verläufen von Covid-19 helfen. "Man testet im Prinzip, was man hat", sagt der Virologe. "Es ist zum Teil schwierig zu erklären, warum ein Mittel bei bestimmten Viren wirkt."

Man testet im Prinzip, was man hat. Es ist zum Teil schwierig zu erklären, warum ein Mittel bei bestimmten Viren wirkt.

Andreas Dotzauer, Laboratorium für Virusforschung Uni Bremen
Laborantin forscht an Impfstoff gegen Coronavirus.
Weltweit laufen die Forschungen zu einem Corona-Impfstoff auf Hochtouren. Bild: DPA | Martin Storz/Imagebroker
Wie funktionieren Impfungen?
Noch gibt es keine Impfung gegen das Coronavirus – es wird aber weltweit unter Hochdruck daran geforscht. Es gibt rund 60 verschiedene Forschungsprojekte. Grundsätzlich gibt es drei verschiedene Impf-Möglichkeiten. Die Impfung mit Lebend-Impfstoff, die Impfung mit Tot-Impfstoff und die Impfung mit Erbgut, sogenannte genbasierte Impfstoffe. Auf Letzteren ruhen derzeit die Hoffnungen beim Coronavirus.

"Dabei verabreicht man sogenannte Messenger-RNA für einen bestimmten Teil des Virus", erklärt der Bremer Virologe. Diese RNA, also das Erbgut des Virus, wird in der Zelle in Proteine umgeschrieben, die dann vom Körper als fremd erkannt werden. "Dadurch, dass sie im eigenen Körper hergestellt werden, sind sie in der Lage sowohl eine Antikörper-Reaktion auszulösen als auch zytotoxische T-Zellen (Killerzellen zur Abwehr) zu generieren. Das ist also ähnlich wie beim Lebend-Impfstoff, nur ist weit und breit kein Virus vorhanden, sondern nur ein Stück RNA", sagt Dotzauer.
Das Problem: Die verabreichte RNA ist extrem instabil und wird sofort abgebaut. Die Forscher arbeiten nun daran, die RNA zu stabilisieren.

Die Stunde der Virologen: So ändert sich der Alltag einer Berufsgruppe

Video vom 5. April 2020
Virologie der Universität Bremen Andreas Dotzauer im Interview bei buten un binnen.
Bild: Radio Bremen

Autorin

  • Maike Albrecht

Dieses Thema im Programm: buten un binnen mit Sportblitz, 5. April 2020, 19:30 Uhr