Virologie, Adsorption

Die einzelnen Schritte im viralen Vermehrungszyklus umfassen:

• die Adsorption (Attachment) des Viruspartikels an die Zielzelle
• die Penetration in das Zytoplasma
• das „Uncoating“, das Freisetzen der Nukleinsäure aus dem Nukleokapsid
• die Replikation des kompletten viralen Genoms
• die Expression virusspezifischer Proteine durch Transkription und Translation viraler Erbinformationen
• die Morphogenese (Assembly= Zusammensetzung und Reifung) neuer Viruspartikel aus den synthetisierten virusspezifischen Bausteinen.  
• Freisetzung der Viren: Bei behüllten Viren durch Knospung, bei unbehüllten (nackten) Viren mittels Wirtszelllyse

Virale-Adsorption/zelluläre Bindungsstrukturen: Die Bindung eines Virus an seine Wirtszelle (attachment) wird durch ein Rezeptor-Liganden-Paar vermittelt, das für jedes Virus spezifisch ist. Dies bedingt oft die Wirtsspezifität und den Gewebstropismus. Das Attachment erfolgt unabhängig von Stoffwechselleistungen des Wirtes.

Zelluläre Bindungsstrukturen:  Bei eukaroyten Zellen (Eucyte) fungieren verschiedene Glykoproteine, Glykolipide, Mucopolysaccharide und Sialinsäuren als Virusrezeptoren. Bei etlichen Viren reicht die Anheftung an einen Rezeptor aus, um in die Wirtszellen aufgenommen zu werden (z.B. Rhinoviren, Picornaviren, Polioviren, Influenzaviren). Bei anderen Viren ist jedoch die zusätzliche Bindung an einen Corezeptor für die Penetration notwendig (z.B. HIV, Enteroviren, Adenoviren, Herpes-simplex-Viren).

Bei den zellulären Bindungsstrukturen handelt es sich häufig um membranständige Proteine, deren normale Funktion in der Übertragung extrazellulärer Signale an die Signalkaskaden des Zellinneren besteht. So z.B. Moleküle der Immunglobulin-Superfamilie (CD4, ICAM-1) oder der Komplement-(C-3)-Rezeptor bzw. der ACE2-Rezeptor an den SARS-CoV-2 mit seinen Spike-Proteinen bindet. Viren „missbrauchen“ somit die zellulären Transport- und Rezeptorproteine um sich Eingang in die Zelle zu verschaffen. Die hohe Spezifität dieser Erkennung ist auf eine enge Coevolution viraler Rezeptorbindedomänen mit Strukturelemente zellulärer Oberflächenproteine zurückzuführen.

Virale Bindungsstrukturen:  Hierzu bilden Viren Polypeptidstrukturen aus, die aufgrund ihrer dreidimensionalen Struktur und ihrer elektrostatischen Ladungen geeignet sind, an der Domäne des zellulären Proteins anzudocken. Die Bindung ist ähnlich zu verstehen wie die Bindung eines antigenen Epitops an seine Bindungsstelle am Antikörper (Schlüssel-Schloss-Prinzip). Sie geht häufig mit Konformationsänderungen der Zelle einher.

So nutzen Membran-umhüllte Viren wie z.B. Retroviren zur Anbindung an eine Zelle ein oder mehrere in die virale Lipidmembran eingelagerte Glykoproteine. Diese vermitteln die Bindung an spezifische zelluläre Rezeptoren auf der Oberfläche der Zielzellen und katalysieren die Verschmelzung von viralen und zellulären Lipidmembranen, damit das Viruskapsid in das Zytoplasma der Zielzelle eindringen kann und weitergehende Schritte des viralen Replikationszyklus ablaufen können.

Hinweis: Mit dem Verlust der Lipidhülle, z.B. bei der Desinfektion, gehen auch die für die Adsorption notwendigen Glykoproteine verloren. Das verbleibende Nukleokapsid ist nicht in der Lage an die Wirtszelle zu absorbieren.