PicornavirenLMU

RNA-Viren - Einteilung

- nicht segmentiert- Helikales NC- umhüllt- ES RNA (+)

- nicht segmentiert- Helikales NC- umhüllt

- ES RNA (-)

- segmentiert- Zwei ikos.Capside- Nicht umhüllt- DS RNA

(+) Strang RNA-VirenLMU Picornaviridae: Enterovirus polio, coxsackie, echo

Rhinovirus human rhinoHepatovirus hepatitis AAphthovirus foot-and-mouth disease; MKSCardiovirus encephalomyocarditis, mengoParechovirus human parecho

Caliciviridae: Norovirus norwalk-like, sapporo-like

Hepatitis-E-like- Hepatitis-E- hepatitis Eviridae: virus

Togaviridae: Alphavirus sindbis, semliki-forestRubivirus rubella

Flaviviridae: Flavivirus yellow fever, dengue, FSMEHepacivirus hepatitis C

Coronaviridae: Coronavirus human corona 229-E, SARS

CoronaviridaeLMU

ein Molekül infektiöse RNA, etwa 16-21 kb(längstes RNA-Virus Genom)Virionen mit 80 – 160 nm Durchmesserlipidhaltige Hüllehelikales Nukleokapsid

Coronaviridae

LMU

5‘-cap

5'-methyliertes capPolyadenyliertes 3’-EndeStrukturproteine am 3'-Ende kodiertNicht-Strukturproteine (NS) am 5'-EndeORF1 (a und b) nehmen 2/3 des Genoms ein

Coronaviridae

LMU

Haarnadelschleife induziert Leserastersprung (20-30 %)bei Translation Proteolytische Spaltung der NS-Proteine durch viraleProteasen

ORF1b

Haarnadelschleife

Leader-RNA

ORF1a

5‘-cap

Coronaviridae

LMU

Subgenomische mRNA’s für die Expression derStrukturproteine (“nested” mRNA’s)Priming via Leader-RNAIdentisches 3’ Ende5’ Cap und 3’ poly ARegulation z.T. via Anzahl der Leader-RNA Bindestellen

5‘-cap

5‘-cap5‘-cap

5‘-cap5‘-cap

5‘-cap5‘-cap

Leader-RNA

template: (-) Strang

LMU

Coronaviridae

(+)(-)

(+)(+)

(+)(+)

(+)(+)

Budding ins ERFreisetzung via Golgi

?Entry

LMUWeltweite Verbreitung

Bis zu 90 % der Erwachsenen haben Antikörper

Pathogenese:

•

•

•

•

- Tröpfcheninfektion- Vermehrung in Flimmerepithelzellen des oberen Respirationstraktes- andere Coronaviren auch Vermehrung in Darmepithelzellen- Infektion beschränkt sich meist auf die Epithelien dieser Organe- Genetische Prädisposition für HCV-229 Empfänglichkeit (Chromosom 15)- Kurzzeitige (IgA abhängige) Immunität- Reinfektionen häufig / meist symptomlos

Coronaviridae (HCV-229E und -OC43)

LMU

Klinik:

Harmloser Atemwegsinfekt !

•

•

•

•

- häufig inapparent- Inkubationszeit: 2 - 5 Tage- Erkrankungsdauer ca. 1 Woche- Schnupfen, Husten, Hals- und Kopfschmerzen, leichtes Fieber- Schwererer Verlauf bei Säuglingen und Kleinkindern:

asthmatische Anfälle, Bronchitis (selten) und Pneumonien (selten) möglich

Coronaviridae (HCV-229E und -OC43)

Saisonale Häufung im Winter (Februar / März):

LMU•

•

Coronaviridae (SARS-CoV)

Severe Acute Respiratory Syndrom-Virus

Erstmaliges Auftreten im November 2002 in China

- Inkubationszeit: 2 – 7 Tage- Plötzlich auftretendes, schnell steigendes,

hohes Fieber (bis 38°C)- Atemnot, Muskel- und Kopfschmerzen- Entzündung beider Lungenflügel- Thrombozytopenie / Leukozytopenie- Letalität: ca. 11 % (?)

Klinik:

•

•

Coronaviridae (SARS-CoV)

LMU•

•

Coronaviridae (SARS-CoV)

März / April / Mai 2003: Panik vor einer Epidemie !!!

LMUCa. 1000 Tote weltweit

Letzter Fall: Sommer 2003 (taiwanesischer Militärarzt)

Genogruppen der Coronaviren:

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•

Coronaviridae (SARS-CoV)

- Gruppe 1 und 2 bei Säugetieren- Gruppe 3 bei Vögeln- Gruppe 4 SARS-CoV ???

LMU

Weitere Besonderheiten SARS-CoV :

•

•

Coronaviridae (SARS-CoV)

- Vermehrung in Vero Zellen (African Green Monkey Kidney) möglichim Gegensatz zu HCV 229E und -OC43

- Tröpfchen- und Schmierinfektion möglich !(weitere Übertragungswege ? Klimaanlage etc.)

- Befall der unteren Atemwege (Lunge) und des Darms(viel Virus im Stuhl nachweisbar)

- Zoonose (Zibetkatze, Fledermaus, Frettchen, Marder ?)

03.05.2003 - (idw) Robert Koch-Institut

Die in Deutschland ergriffenen Maßnahmen gegen das Schwere Akute Respiratorische Syndrom (SARS) sind wirksam. …Innerhalb Deutschlands hat es bislang keine Ansteckung gegeben. "Das zeigt, dass die schnelle Reaktion des Robert Koch-Instituts und die gute Zusammenarbeit mit den zuständigen Behörden der Bundesländer sowie den Gesundheitsämtern vor Ort auf der Grundlage des Infektionsschutzgesetzes in Deutschland eine größere Ausbreitungdes internationalen SARS-Ausbruchs bisher verhindert hat", sagt Reinhard Kurth, Präsident des Robert Koch-Instituts.

PicornavirenLMU

RNA-Viren - Einteilung

- nicht segmentiert- Helikales NC- umhüllt- ES RNA (+)

- nicht segmentiert- Helikales NC- umhüllt- ES RNA (-)

- segmentiert- Zwei ikos.Capside- Nicht umhüllt- DS RNA

DS- Strang RNA-Viren(segmentierte Genome)LMU

Reoviridae Rotavirus (11) Rotaviren (Gruppen: A,B,C,D,E,F,G)Orthoreovirus (10) Reovirus (Serotypen GT 1-3)Orbivirus (10) Orungovirus, KemerovovirusSeadornavirus (12) Bannavirus(weitere 7 Gattungen bei Tieren und Pflanzen)

Birnaviridae Avibirnavirus (2) Gumborovirus (Hühner)Aquabirnavirus (2) Infekt. Pankreasnekrose (Lachse)Entomobirnavirus (2) Drosophila-X-Virus

Reoviridae: Reo- von respiratory, enteric, orphan:Zeitpunkt der Entdeckung (1959) konnte gezeigt werden, dass diese Viren den Respirations- und Gastrointestinaltrakt infizieren. Eine Assoziation mitErkrankungen war jedoch nicht bekannt.

Reoviridae (Rotaviren)LMU

11 Moleküle (Segmente) DS-RNA; 0,6 - 3 kbNicht umhülltZwei ikosaedrische Kapside (inneres und äußeres)Dadurch: hohe Stabilität in der Umwelt (Flüsse, Abwässer)Dadurch: hohe pH Resistenz (3,5 – 10)Durchmesser: 70 - 80 nm

Reoviridae (Rotaviren)LMU Genome organisation

- 11 Moleküle (Segmente) DS-RNA; Größe zwischen 0,6 - 3 kb- Cap-Struktur an allen 5’-Enden- Kein poly A am 3’-Ende; dafür: Cytidinreste- Konservierte Bereiche (7-10 bp) an beiden Enden (Replikation, Verpackung ?)- RNA abhängige RNA Polymerase ist Bestandteil des Virions ! - Reassortantenbildung bei Koinfektion

L M S

Reoviridae (Rotaviren)LMU

b: - Rezeptorvermittelte Endozytose- Virion im Endosom- Abstreifen des äußeren Kapsids- Freisetzung ins Zytoplasma- Umlagerung des Kapsids- Aktivierung der RNA abhäng. RNA Polymerase - Transkription von (+) mRNAs ins Zytoplasma(nur – Strang wird abgelesen !)

- = primäre Transkription

c und d: - Synthese der Core-und Kapsidproteine im

Zytoplasma und ER- Zytoplasmatische Einschlußkörperchen(Viroplasma) entstehen

e und f: - Zusammenbau unreifer Virionen mit nur

+ Strang RNA (Reassortanten !) am ER- Synthese der – RNA Strangs (Doppelstrang)

im reifenden Viruspartikel- = sekundäre Transkription- Budding ins ER (transiente Membran)- Weitere Reifung (Verlust der Membran) - Freisetzung nach Absterben der Zelle

Core Komplex

+ Strang RNAs

+ Strang RNAs

Synthese der- Strang RNAs

Reifes Virion

+

Replikation

Reoviridae (Rotaviren)

Ganzjähriges Vorkommen mit peak im Winter 30-50 % aller kindlichen DiarrhöenDurchseuchung: 90% (100%) im Alter von 3 (5) JahrenCa. 60.000 Infektionen pro Jahr (Deutschland)Ca. 527.000 tote Kinder pro Jahr2004 (weltweit)

Reoviridae (Rotaviren)Pathogenese

- fäkal-orale Übertragung- Infektion der differenzierten Enterozyten des (Dünn-) Darmepithels

- Erhöhung der Ca2+ Konzentration (NSP4 Enterotoxin?)- Zusammenbruch des Zytoskeletts- Schädigung der Enterozyten

Durchfall, verminderte Nährstoff– und Wasseraufnahme

infiziertnicht infiziertGeschwollen und vaskularisiert an der“villi”-Spitze

Reoviridae (Rotaviren)

Klinik (Rotavirus A)

- Inkubationszeit: 1 - 3 Tage- Meist inapparent bei Neugeborenen und älteren Kindern- Apparent v.a. bei Kindern > 3 Monate und < 2 Jahre- Symptome (3 – 5 Tage):

- Fieber- Erbrechen- Bauchschmerzen- Durchfall

- Bei schweren Verläufen (40%):- Stationäre Behandlung im Krankenhaus erforderlich- Dehydration, Lethargie und Kreislaufversagen

- Tödliche Verläufe selten in Industrieländern- Virusausscheidung bis 3 Tage nach Beschwerdefreiheit

Reoviridae (Rotaviren)Rotavirus Impfstoffe:

Rotarix: - attenuierter Lebendimpstoff- vom häufigsten Serotyp G1P abgeleitet- monovalent- starke Replikation im Darm- zwei Impfdosen (niedrig konzentriert)

Rotateq (Rotashield):- rekombinanter Lebendimpfstoff auf Basis des bovinenRotavirus (Stamm WC3)

- polyvalent (5 Varianten mit 5 Antigenen der häufigstenhumanpathogenen Rotavirus Serotypen)

- schwächere Replikation im Darm- drei Impfdosen (hoch konzentriert)

Zulassung (Deutschland) in 2006; ab 6. LebenswocheNoch keine STIKO-Empfehlung

98% iger Schutz vor schweren Verläufen

Reoviridae (Rotaviren)

Diagnostik:

PCR aus Stuhlproben

Antigen-ELISA (aus Stuhlproben):- Mikrotiterplatte mit anti-Rotavirus Antikörper(kommerziell erhältlich)

- Zugabe von Suspension der Stuhlprobe- Zugabe von POX konjugiertemanti-Rotavirus Antikörper

- Substratzugabe und Farbreaktion

PicornavirenLMU

RNA-Viren - Einteilung

- nicht segmentiert- Helikales NC- umhüllt- ES RNA (+)

- nicht segmentiert- Helikales NC- umhüllt- ES RNA (-)

- segmentiert- Zwei ikos.Capside- Nicht umhüllt- DS RNA

(-) strang RNA-Virenunsegmentiert !LMU

Rhabdoviridae Vesiculovirus Vesicular stomatitis V.Lyssavirus Rabies Virus

Filoviridae Filovirus Marburg VirusEbola Virus

Paramyxoviridae Paramyxovirus Mumps, ParainfluenzaMorbillivirus MasernvirusPneumovirus RSV

Bornaviridae Bornavirus Pferd, Schaf

(Mononegavirales)

LMUParamyxoviren, Rhabdoviren,

Filoviren, Bornaviren

Gemeinsame Eigenschaften: „Mononegavirales“

(-) Strang RNA-Genom

RNA-abhängige RNA Polymerase ist Bestandteil des Virion

Genom einzelsträngig, nicht segmentiert

Virionen behüllt

Helicale Nukleokapside

LMURhabdoviren

(-) Strang RNA,13-16 kb„bullet-shaped“, 70-80 nm ∅, 130-380 nm langlipidhaltige Hülle, helikales NukleokapsidViele verschiedene Viren (befallen Tiere und Pflanzen)

Rhabdoviren

(-) RNALeader Region am 3’-EndeRNA abhängige RNA Polymerase (L): Bestandteil des Virion !!!Alle Proteine sind “Strukturproteine”:N (Nucleocapsid), NS (=P; phosph. Nucleocapsidprotein),M (Matrix), G (Glykolisiertes Membranprotein) und L (s.o.)

(-) RNA

LMU

Rhabdoviren

Initiation der (+) RNA-Synthese am 3’-Ende der (-) RNATranskription einer kurzen leader RNA:kein 5’ cap / kein polyAStop der Transkripton am Ende der leader RNANeustart am Beginn des N-Proteins:jetzt: 5’ cap / poly A

(-) RNA

RNA Pol

(+) RNA

LMU

Rhabdoviren

Zwischen den einzelnen Genen befinden sichintergenische RegionenDie RNA Polymerase stoppt die Transkription, überliestdie intergenische Region und nimmt ihre Arbeit am NSProtein wieder auf (Überspringen und Reinitiation)Fortsetzung über gesamtes Genom

(-) RNA

RNA Pol

(+) RNA

LMU

Rhabdoviren

Dieser Prozess ist nicht immer erfolgreich:Aufbau eines mRNA GradientenDadurch:[N] > [NS] > [M] > [G] > [P] > [L] Protein

RNA Pol

LMU

(-) RNA(+) RNA

LMU

Verbreitung ausschließlich auf amerikanischem Kontinent

Infektion von Pferden, Rindern, Schweinen, Menschen

Zwei Serotypen: New Jersey und Indiana

Übertragung:

Volkswirtschaftliche Schäden durch z.B. Rückgang derMilchleistung

•

•

•

Vesicular-Stomatitis-Virus (VSV)

- durch Mücken und Fliegen- durch Tierkontakte- (indirekt) durch z.B. Melkmaschinen

LMU

Pathogenese:

•

•

Vesicular-Stomatitis-Virus (VSV)

- Das Virus gelangt über kleine Verletzungenoder Arthropodenstiche in die Haut

- Vermehrung im stratum spinosum- Ausbreitung lokal von Zelle zu Zelle

Klinik:- Fieber- “speicheln und lahmen”- aufgeplatze Vesikel (Bläschen) im Maul,

Rüsselscheibe, Zitzen, Kronsaum- DD: Maul und Klauenseuche

- Beim Menschen: transiente, milde Infektion mit grippeähnlichenSymptomen

LMU •

•

Vesicular-Stomatitis-Virus (VSV)

VSV-G pseudotyping

Vorteile: - stabileres lentivirales Partikel- Aufkonzentrierung (Zentrifugation) möglich- breiterer Zielzelltropismus

VSV-G

LMU

Weltweite (!) Verbreitung

Urbane Tollwut

Sylvatische Tollwut

Fälle pro Jahr (Mensch)

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•

•

- v.a. durch streunende, herrenlose Hunde- Indien / Ostasien / Afrika / Südamerika

Rabies (Tollwut)

- v.a. durch Füchse, Wölfe, Dachse / Waschbären, Stinktiere- Europa / Nordamerika

- WHO: ca. 1600 - Dunkelziffer: 40.000 – 70.000 ???

LMURabies (Tollwut)

Totimpfstoff für Menschen

- Louis Pasteur (1882)- Passagierung des Virus in Kanninchen- zerriebenes und getrocknetes

Rückenmark des Kanninchens(nicht mehr infektiös)

- Erste Tollwutimpfung beim Menschen:Joseph Meister (1885)

- Später: Phenolinaktivierung (Kanninchen)(Semple Impfstoff)

- Seit 1980: in vitro gezüchtete, abgetöteteTollwutviren

- Bzw.: Ätherextraktion (Kanninchen)(Hempt Impfstoff / Entwicklungsländer)

Rabies (Tollwut)

RisikogebieteLMU

Rabies (Tollwut)

Tollwutgebiete weltweitLMU

Rabies (Tollwut)WildtollwutLMU

LMURabies (Tollwut)

Lebendimpfstoff (attenuiertes Virus) für Wildtiere(früher verabreicht im Hühnerkopf)

Deutschland istTollwutfrei !!!

LMU Fledermaustollwut in Deutschland (1982 - 2007)

Rabies (Tollwut)

EBLV-1 und EBLV-2 (European Bat Lyssa Virus)

Übertragung auf Mensch möglich ( tödlich *)!

*5 Fälle in letzten 50 Jahren in Europa

LMUPathogenese

•

•

- Beim Biss gelangt das Virus in Haut / Bindegewebe / Muskulatur- Initiale Replikation an der Bissstelle- Infektion der Nervenendigungen- Axonale Wanderung (20 mm pro Tag !!!) zum Gehirn- Hauptreplikationsorte sind: Ammonshorn, Hippocampus und Hirnstamm- Encephalomyelitis (Gehirn und RM sind betroffen) – Zerstörung der Neurone- Nach der Vermehrung im Gehirn wandert das Virus axonal in die

Augenbindehaut, Speichel- und Hautdrüsen und in periphere Organe- Produktion von infektiösen Viren (v.a. Speichel)

Rabies (Tollwut)

Labordiagnose:

- Tupfpräperate d. Hornhaut- Hautbiopsien (Nacken)

Nachweis von Negri-Körperchen=

eosinophile, zytoplasmatischeAblagerungen viraler Nucleoproteine

LMU

Transport des Endosoms ?

LMU

Klinik

•

•- Inkubationszeit: 5 Tage bis Jahre !!! (je nach Bissstelle !!!)- Nach Auftreten der Symptome tödlich !!!- Etablierung der Infektion nach Hundebiss: ca. 15 %

- Prodromalstadium (0-10 Tage):Ziehen und Brennen an der Bissstelle (Kopfschmerzen / Gelenksteife / Fieber)(Hyperaktivität / Hyperventilation / Lähmungserscheinungen)

- Akute neurologische Phase (2-7 Tage): rasende Wut: Hydrophobie / Schluckkrämpfe / steigendes Fieber / Speichelfluss(stille Wut (in 20 % der Fälle): Lähmungen)

- Koma (5-14 Tage)

- Tod durch Atemstillstand

Rabies (Tollwut)

LMURabies (Tollwut)

Klinik

LMU Postexpositionsprophylaxe (PEP)

Rabies (Tollwut)

Contributors

Armin Baiker, Max-von-Pettenkofer Institut, LMU MünchenEmail: baiker@mvp.uni-muenchen.de