HIV – der Erreger von AIDS

HIV – der Erreger von AIDS Übung

• Bestimme die Aufgabe der reversen Transkriptase.

  Tipps

  Das Enzym wurde erstmals im Jahre 1970 beschrieben und in einer bestimmten Virenfamilie, zu der auch der HI-Virus gehört, entdeckt. Weißt du, wie diese Familie heißt?

  Lösung

  Die reverse Transkriptase ist ein Enzym, welches die Umschreibung von RNA in DNA katalysiert. Die DNA-Synthese erfolgt aus der einzelsträngigen RNA über einen Zwischenschritt (RNA-DNA-Hybridstrang) zum doppelsträngigen DNA-Strang.

  Das Enzym wurde erstmals im Jahre 1970 beschrieben. Die Entdeckung der reversen Transkriptase veränderte die Meinung, wonach der Informationsfluss stets in Richtung DNA $\to$ RNA $\to$ Protein verlaufen würde und niemals andersherum.

  Die reverse Transkriptase findet sich nicht nur in Retroviren, sondern auch im Zusammenhang mit Telomeren: Das Enzym ist hier Bestandteil der Telomerase, welche die Telomere (Endbereiche von Chromosomen), die sich im Zuge der Replikation verkürzen, erweitern und so die Zellalterung verzögern.

  Aufgrund der hohen Fehlerhäufigkeit der reversen Transkriptase und der daraus folgenden Mutationsrate ist die Bekämpfung von Retroviren erschwert. Ihre Hemmung ist bei einer HIV-Infektion eine mögliche Ansatzstelle für eine Therapie.

• Erstelle eine Übersicht zum Vermehrungszyklus des HI-Virus.

  Tipps

  Körperflüssigkeiten, über die eine HIV-Infektion erfolgen kann, sind Blut, Samen- und Scheidenflüssigkeit, Muttermilch und Flüssigkeiten auf Schleimhäuten.

  Nachdem der HI-Virus auf der Oberfläche der Körperzelle (z.B. T-Helferzelle) angedockt hat, fusionieren die Membranen miteinander und der Virus entlässt seinen Inhalt in die Wirtszelle.

  Die drei viralen Enzyme kommen in folgender Reihenfolge zum Einsatz:

  1. reverse Transkriptase
  2. Integrase
  3. Protease

  Lösung

  Die Übertragung des Virus erfolgt über Blut, Samen- und Scheidenflüssigkeit, Muttermilch und Flüssigkeiten auf Schleimhäuten.

  Der Vermehrungszyklus des HI-Virus lässt sich wie folgt beschreiben:
  Der HI-Virus kann nur Zellen infizieren, die auf ihrer Oberfläche das CD4-Protein als Rezeptoren tragen (z.B. T-Helferzellen). Daran kann das Virusprotein gp120 nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip binden. Neben diesen sind noch weitere Proteine am Infektionsvorgang beteiligt. Es folgt die Fusion von Virus- und Zellmembran, wobei der HI-Virus seinen Inhalt (RNA, virale Proteine) in die Körperzelle entlässt. Als erstes der viralen Proteine kommt die reverse Transkriptase zum Einsatz. Sie katalysiert die DNA-Synthese aus der einzelsträngigen RNA-Vorlage. Der virale DNA-Doppelstrang wird durch das zweite Enzym Integrase in die Wirts-DNA eingebaut. Bei jeder Zellteilung der Wirtszelle wird auch das Genmaterial des HI-Virus repliziert. Durch Transkription und Translation sowie durch die Arbeit des dritten viralen Enzyms, der Protease, werden virale RNA und Proteine produziert. Diese werden zusammengebaut und neue HI-Viren sind entstanden, welche neue Zellen infizieren können.

  Da die Arbeit der reversen Transkriptase oft fehlerhaft ist, sind neue HI-Viren oft mutiert und werden nicht vom Immunsystem bzw. den gebildeten Antikörpern erkannt. Außerdem befällt der HI-Virus vornehmlich die T-Helferzellen und somit wichtige Immunzellen. Dies hat zur Folge, dass das Immunsystem machtlos gegen die Infektion weiterer Körperzellen ist und der HI-Virus deshalb so gefährlich und erfolgreich ist.

• Arbeite mögliche Übertragungswege für das HI-Virus heraus.

  Tipps

  Blut, Samen- und Scheidenflüssigkeit, Muttermilch und Flüssigkeit auf Schleimhäuten sind Körperflüssigkeiten, welche HIV enthalten können.

  Unsere Haut stellt eine sichere Barriere gegen HIV dar. Trifft infiziertes Blut auf unsere Haut, zieht das also keine Infektion nach sich – es sei denn, sie ist durch eine Wunde beschädigt.

  Lösung

  Das Zusammenleben mit einem HIV-infizierten Menschen löst bei vielen Personen Unbehagen aus, da sie Angst vor einer Infektion mit HIV haben. Allerdings gehört HIV zu den schwer übertragbaren Krankheitserregern.

  HIV kann durch Körperflüssigkeiten wie Blut, Samen- und Scheidenflüssigkeit, Muttermilch und Flüssigkeiten der Schleimhäute übertragen werden. Deshalb besteht ein erhöhtes Infektionsrisiko beim Geschlechtsverkehr ohne Kondom.

  Nicht übertragen wird HIV durch Küssen, Händeschütteln und sonstigen Körperkontakt, durch die Luft (also auch nicht durch Husten oder Niesen), durch gemeinsam genutztes Geschirr und auch nicht im Schwimmbad oder auf Gemeinschaftstoiletten. Auch Insektenstiche bergen kein Risiko einer HIV-Übertragung.

  In medizinischen Einrichtungen gelten Hygienevorschriften, die auch wirkungsvoll gegen HI-Viren sind. Bei Blutspenden ist ein Restrisiko nicht ausgeschlossen. Die Wahrscheinlichkeit, durch eine Bluttransfusion vom Erreger infiziert zu werden, ist verschwindend gering.

  Besondere Vorsicht ist an Orten geboten, bei denen stechende oder schneidende Objekte mit Blut in Kontakt kommen können – deshalb sollte man sich Piercings, Tattoos oder Ohrlöcher nur von Fachpersonal stechen lassen, welche die Hygienerichtlinien gewissenhaft einhalten.

• Weise nach, dass es sich beim HI-Virus um einen Retrovirus handelt.

  Tipps

  Das Enzym reverse Transkriptase katalysiert die Umschreibung von RNA in DNA. Hierbei wird die einzelsträngige Virus-RNA erst in einzelsträngige und dann in doppelsträngige DNA zurückübersetzt.

  Lösung

  Retroviren wie der HI-Virus zeichnen sich dadurch aus, dass ihre Erbinformation in Form von RNA vorliegt, welche in geeigneten Wirtszellen in DNA umgeschrieben und in das Wirtsgenom eingebaut wird. Das Enzym, welches diesen Vorgang der DNA-Synthese katalysiert, ist die viruseigene reverse Transkriptase. Wie der Name vermuten lässt, ermöglicht das Enzym eine umgekehrte Transkription.
  Zwei weitere viruseigene Enzyme, die Integrase und die Protease, ermöglichen den Einbau der Viren-DNA in das Genom der Wirtszelle. Dadurch ist sie Bestandteil der Wirtszelle.

• Nenne den Mechanismus, der bewirkt, dass der HI-Virus vornehmlich T-Helferzellen infiziert.

  Tipps

  Dieser Mechanismus findet sich auch in der Funktion von Enzymen.

  Lösung

  Der HI-Virus kann nur Zellen befallen, welche passende Oberflächenstrukturen, sogenannte Rezeptoren, auf der Zellmembran besitzen. Auch auf der Oberfläche des HI-Virus finden sich Proteine (siehe Abbildung). Diese passen zu den Rezeptoren der Zielzelle (Andockstellen) wie ein Schlüssel in das Schloss. Deshalb spricht man hier vom Schlüssel-Schloss-Prinzip.

  Dieses findet auch bei der Bindung zwischen Enzym und Substrat Anwendung, aber auch bei Hormonen und Hormonrezeptoren sowie bei der Bindung von Antikörpern mit Antigenen.

• Untersuche den Verlauf einer unbehandelten HIV-Infektion.

  Tipps

  Nach der HIV-Infektion und nach dem Einbau der viralen DNA in das Wirtsgenom kann es bis zu 15 Jahre dauern, bevor es zu ersten Symptomen kommt.

  AIDS ist eine Autoimmunschwächekrankheit. Sie wird durch den HI-Virus hervorgerufen. AIDS bewirkt das Zusammenbrechen des Immunsystems, da die Zahl der T-Helferzellen nahezu vollständig zurückgeht. Dies hat zur Folge, dass Krankheitserreger, mit denen das Immunsystem normalerweise einfach fertig werden würde, schwere und sogar tödliche Krankheiten auslösen können.

  Lösung

  Die Autoimmunschwächekrankheit AIDS wird durch eine Infektion mit dem HI-Virus hervorgerufen. Die Folge einer HIV-Infektion ist die Schwächung des Immunsystems. Krankheitserreger, die für das Immunsystem normalerweise keine Bedrohung darstellen würden, werden so zur ernsten und sogar lebensbedrohlichen Gefahr. Da das HI-Virus unter anderem die für die Immunabwehr wichtigen T-Helferzellen befällt, bricht das Immunsystem früher oder später zusammen. Auch gebildete Antikörper sind gegen den Virus wenig erfolgreich, da dieser aufgrund von Mutationen seine äußere Gestalt ändert und damit auch die spezifischen Bindungsstellen (Rezeptoren). Nach der HIV-Infektion kann es durchaus bis zu 15 Jahre dauern, bevor erste Symptome auftreten. AIDS verläuft in der Regel tödlich. Der Erkrankte stirbt hierbei an einer Infektion, die im Normalfall nicht tödlich wäre, z.B. eine Lungenentzündung. Die AIDS-Erkrankung ist nicht heilbar.