Virologie

Die vielfältige Welt der Viren

Viren können die Welt in Angst und Schrecken versetzen, dies ist spätestens seit der Corona-Pandemie klar. Wie sie funktionieren und wie wir sie abwehren, erklärte Virologin Alexandra Trkola anschaulich in einem Referat im Rahmen der Vortragsreihe «Wissen-schaf(t) Wissen».

Stefanie Keiser

Impfforschung
Impfforschung
Viren sind virtuose Alleskönner. Um sich für oder gegen eine Impfung zu entscheiden, ist es hilfreich, wenn man ihre Grundlagen und Wirkmechanismen genau versteht. (Bild: ©lembergvector / stock.adobe.com)


«Die Virologie ist ein höchst spannendes Gebiet, aber ganz so spannend wie die letzten zwei Jahre hätte ich es auch nicht gebraucht», so spricht eine Expertin, die zwar für Ihr Thema brennt, der aber in letzter Zeit einiges abverlangt worden ist. Alexandra Trkola, Direktorin des Instituts für medizinische Virologie der UZH, ist schon lange Profi auf ihrem Gebiet. Seit der Corona-Pandemie sind Viren nun auch in aller anderen Munde – Wörter wie «mRNA», «FFP2-Maske» oder «PCR-Test» gehören zum Standardvokabular und Impfspezialisten schiessen wie Pilze aus dem Boden. Doch um bei diesem komplexen Thema wirklich mitreden zu können, ist es wichtig, die Grundlagen der Virologie zu verstehen.

Ohne Wirtszelle geht nichts

Viren sind sehr kleine, einfach aufgebaute, intrazelluläre Parasiten. Wie menschliche Zellen bestehen sie aus einem Genom und Proteinen. «Jedoch haben Viren ein grosses Problem, denn sie können ihre Proteinbausteine nicht selber herstellen», erklärte Trkola. Dazu brauchen sie eine Wirtszelle, welche die Herstellung der Proteine (Proteinsynthese) für sie übernimmt. Damit die Zelle diesen Job für die Viren übernimmt, muss das Virus dafür sorgen, dass für jedes benötigte Protein eine sogenannte messenger RNA (mRNA) produziert wird – eine Art Kopie des Virusgenoms,  welche die Bauanleitung für die Proteine enthält. Umgesetzt in mRNA ist dieser Bauplan so geschrieben, dass die Wirtszelle diesen ablesen kann und somit unwissentlich die viralen Proteine für das Virus herstellt. Die von der Wirtszelle synthetisierten Virusproteine setzen sich anschliessend zu einem neuen Virus zusammen und werden von der Wirtszelle freigesetzt.

Attacke der Viren

Wie gelingt es aber dem Virus eine Wirtszelle zu befallen? Die Virologin erklärte dies anhand des SARS-CoV-2-Virus. Dieses besitzt eine umschliessende Lipidmembran, in dessen Innern sich die genetische Information befindet. Eingelassen in diese Lipidmembran sind sogenannte Spike-Moleküle. Um in die Wirtszelle einzudringen, muss das Spike-Protein des Virus an den Rezeptor der Wirtszelle binden. Das Spike-Protein und der Rezeptor verhalten sich dabei wie Schlüssel und Schloss. Passen beide aufeinander, wird das Virus in die Wirtszelle eingeschleust und seine Vermehrung kann gestartet werden.

Immunsystem und Impfungen zur Abwehr

«So einfach ist das Eindringen und Vermehren der Viren dann aber doch nicht», fügte Trkola an, «denn unser Immunsystem besitzt viele Elemente zur Virusabwehr.» Es gibt das angeborene Immunsystem, aber auch die erworbene Immunität. Zu letzterem gehören die neutralisierenden Antikörper, die das Eindringen in die Wirtszelle unterbinden können und zytotoxische T-Zellen, die infizierte Zellen erkennen und eliminieren können.

Um unser Immunsystem zu unterstützen, werden schon seit vielen Jahren bei einigen viralen Erkrankungen Impfungen eingesetzt. Dazu gehört zum Beispiel das Masernvirus oder Influenza. Derzeit verwendete antivirale Impfstoffe wirken laut Trkola vornehmlich durch das Bilden von schützenden Antikörper.

Totimpfstoffe verlangen höhere Dosis

Weiter können Impfungen in Lebendimpfstoffe und Totimpfstoffe eingeteilt werden. Während bei Lebendimpfstoffen abgeschwächte Viren eingesetzt werden, die sich selbst vermehren können, arbeiten Totimpfstoffe mit einem inaktivierten Virus, das sich nur sehr reduziert und über einen kurzen Zeitraum vermehren kann oder mit einzelnen Virusbestandteilen, die separat hergestellt werden können. «Weil sich Totimpfstoffe, wie der Name schon besagt, nicht vermehren können, braucht es meist mehr als eine Impfdosis, damit die Immunantwort genügend hoch ausfällt», hielt Trkola fest. Lebendimpfstoffe haben hier einen Vorteil, können aber bei immunsupprimierten Menschen nicht eingesetzt werden, da die Gefahr bestünde, dass selbst das abgeschwächte Impfvirus bei ihnen eine Erkrankung hervorrufen könnte. Generell brauchen Lebendimpfstoffe ein strenges Monitoring in der Produktion, damit kein mutiertes Virus entsteht.

Die bei uns zugelassenen SARS-CoV-2-Impfstoffe sind Totimpfstoffe. Sie sind so konzipiert, dass sie Antikörper gegen das Spike-Protein und in den meisten Fällen auch eine T-Zell-Antwort hervorrufen. Die Antikörper schützen vor einer Infektion, indem sie das Spike-Protein blockieren und somit die Einnistung in die Wirtszelle verhindern. Die T-Zell-Antwort hingegen schützt nicht vor einer Übertragung, minimiert aber wirksam die Ausbreitung des Virus in einer infizierten Person, weil deren infizierten Zellen schneller zerstört werden.

Die grosse Bühne der mRNA-Impfung

In der Schweiz werden am häufigsten die viel diskutierten mRNA-Impfstoffe gegen SARS-CoV-2 eingesetzt. Was macht sie so speziell? Ein mRNA-Impfstoff ruft ebenfalls Antikörper gegen das SARS-CoV-2-Spike-Protein hervor. Trkola erklärte, dass dazu künstlich eine mRNA-Kopie des SARS-CoV-2- Genombereichs erstellt wird, der für die Bildung des Spike-Proteins verantwortlich ist. Diese mRNA- Kopie wird in Fettkügelchen abgepackt, welche bei der Impfung von unseren Zellen aufgenommen werden. Unsere Zelle erkennt die synthetische mRNA als «eigen» und beginnt das kodierte Spike-Protein zu synthetisieren. «Es wird aber nur das Spike-Protein synthetisiert, welches selber nicht infektiös ist und nicht das ganze Virus», betonte Trkola. Unser Immunsystem erkennt anschliessend das synthetisierte Spike-Protein als «fremd» und beginnt wie gewünscht, Antikörper und T-Zellen zur Abwehr herzustellen. Folglich wird das Immunsystem bereits auf einen möglichen zukünftigen Kontakt mit Covid-Viren vorbereitet, ohne jedoch wirklich eine Infektion hervorzurufen. Somit sind wir dem Virus einen Schritt voraus und besser gegen die kleinen, aber fiesen Parasiten gerüstet.

Vielversprechende Zukunft

mRNA-Impfstoffe sind zwar schon lange in Anwendung, jedoch nicht in diesem Ausmass. Dies habe viele verunsichert, das ist sich Trkola bewusst. Doch sie ist sicher, dass die mRNA- Impfstoffe in Zukunft noch in viele weitere Gebiete Einzug halten werden. «Viren sind nicht nur schlecht, sie helfen uns auch», so Trkola. Auch abseits der Impfforschung sind Viren nützlich, weil sie leicht anhand unserer Wünsche umgebaut werden können. Schon heute werden modifizierte Viren therapeutisch genutzt. Besonders in den Bereichen der Gentherapie und Krebsbekämpfung wurden  vielversprechende Resultate erzeugt und werden auch intensiv neue Anwendungen entwickelt. 

Stefanie Keiser ist wissenschaftliche Koordinatorin des Zürcher Zentrum für Integrative Humanphysiologie.

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