- Hämagglutinin des Pandemie-Virus der Spanischen Grippe von 1918 - Dr. Albach: nach S. J. Gamblin et al. (Science)
Männer prahlen gerne mit ihrer Potenz, verwirrte Virologen prahlen dagegen wohl manchmal mit ihrer Virulenz: Ärzte bezeichnen als Virulenz die Potenz von Bakterien, Parasiten oder Viren, uns Menschen krank zu machen. Die Virulenz beschreibt die Aggressivität von krankheitserregenden Mikroben (Pathogene). EHEC-Bakterien und Salmonellen besitzen zum Beispiel als Virulenzfaktoren Typ-III-Sekretionssysteme (T3SS). Damit spritzen die Bakterien Proteine in unsere Darmzellen, nachdem sich die Mikroorganismen mit Fimbrien an die Zellen der Darmschleimhaut heran gemacht haben. Grippe-Viren machen sich dagegen in den Atemwegen von Menschen, Schweinen und Vögeln an ihre Wirtszellen heran: Als Virulenzfaktoren besitzen die Influenza-Viren das Protein Hämagglutinin, sowie die beiden Enzyme Neuraminidase und RNA-Polymerase.
500 Hämagglutinin-Proteine sitzen in der Influenza-Virushülle
Die kugeligen bis länglichen Virushüllen der Influenza-Viren haben meist einen Durchmesser von etwa 80 bis 120 Nanometer, manche Virionen messen sogar über 250 Nanometer (siehe Bild des Vogelgrippe-Virus). Stäbchenförmige EHEC sind zum Vergleich etwa 2.000 bis 6.000 Nanometer lang – eines unserer Haare hat dagegen einen Durchmesser von etwa 70.000 Nanometer. Die Hülle der Viruspartikel besteht aus einer vom letzten Viruswirt abstammenden Hüllmembran, in welcher der Influenza-Virus die Glyco-Proteine Hämagglutinin (HA) und Neuraminidase (NA) eingelagert hat. Im Bild des Elektronenmikroskops sieht man die Oberflächenproteine des Grippevirus wie die Spikes eines Winterreifen hervorragen. Auf jedem Influenza-Viruspartikel befinden sich etwa 500 Hämagglutinin-Proteine und circa 125 Neuraminidase-Enzyme – im Verhältnis von vier zu eins.
Die hervorragenden Hämagglutinine binden hervorragend an Virus-Rezeptoren
Die Hämagglutinin-Moleküle ragen etwa 10 Nanometer aus der Hüllmembran heraus. Durch die Anordnung der über 500 Aminosäuren im Proteinmolekül (farbige Punkte und Bänder im Bild), eignen sich die hervorragenden Hämagglutinine hervorragend um an so genannte Virus-Rezeptoren der Zielzellen in unseren Atemwegen zu binden. Dazu hat das Hämagglutinin eine so genannte Rezeptor-Bindungsstelle (RBS). Durch Adhäsion werden die Hämagglutinin-Proteine magisch von Glyco-Proteinen auf den Virus-Rezeptoren angezogen: Diese tragen auch hervorragende Zuckermoleküle (Oligo-Saccharide) namens Neuraminsäure und Sialinsäure: Verschiedene Influenza-A-Viren haben Vorlieben für unterschiedliche Rezeptoren – Vogelgrippe-Viren fliegen auf Virus-Rezeptoren mit N-Acetyl-Neuraminsäure-α-2,3-Galactose (NeuAc-α-2,3-Gal), menschliche Grippe- und Schweinegrippe-Viren machen dagegen Virus-Rezeptoren mit NeuAc-α-2,6-Gal sauglücklich.
Kleine Veränderungen am Hämagglutinin zeigen große Wirkung
Verändert sich das Hämagglutinin-Protein der Influenza-A-Viren durch eine Mutation oder Reassortment, kann die Virus-Virulenz sich dramatisch ändern. Virologen zeigten dies zum Beispiel an Subtypen des Schweinegrippe-Virus D222G (aus A/Lviv/N6/2009 (Lvi) und A/Norway/3206-3/2009 (Nor)). Die Virologen untersuchten mehrere Virusvarianten des Grippeerregers, deren Hämagglutinin-Proteine an der Aminosäure-Position D222 mutierten: So trägt die pandemische Virusvariante D222G die Aminosäure Glycin an dieser Position, die Variante D222E dagegen die Aminosäure Glutaminsäure. Die Marburger Virologen Prof. Dr. Hans-Dieter Klenk und Dr. Mikhail Matrosovich schreiben: "Es gibt einen klaren Zusammenhang zwischen der verbesserten Bindung an diesen Rezeptor und der vermehrten Infektion bewimperter Zellen". Die Viren mit dem veränderten Hämagglutinin-Protein binden plötzlich besser an Zellkulturen aus Lungen- und Bronchienzellen. Die mutierte Virusvariante D222G befällt plötzlich verstärkt Zellen mit Flimmerhärchen und Wimpern auf der Zelloberfläche – Zellen unseres Flimmerepithels.
Antigen-Drift macht jährliche Grippe-Impfung notwendig
Relativ schlampig arbeitet die RNA-Polymerase der Grippe-Viren bei der Vermehrung des viralen Erbguts: Durch die zwangsläufigen Punkt-Mutationen der Oberflächenproteine wie Hämagglutinin entstehen deshalb ständig neue Grippe-Viren, die unser Immunsystem nicht mehr richtig erkennt – Antigen-Drift wird dieser Vorgang genannt. Der Antigen-Drift bildet die Basis für das jährliche Auftreten der saisonalen Grippeepidemie. Deshalb ist bisher die jährliche Grippe-Impfung notwendig. Manchmal trifft der Antigen-Drift durch Veränderungen des Hämagglutinins wohl auch voll in das Schwarze: Beim Pandemie-Virus der Spanischen Grippe von 1918 stellte man auch ausgetauschte Aminosäuren fest – zum Beispiel an der Aminosäure-Position E190 (Glutaminsäure).
Weitere Informationen & Literatur
- E. Starick, E. Lange, S. Fereidouni, C. Bunzenthal, R. Höveler, A. Kuczka, E. Grosse Beilage, H.-P. Hamann, I. Klingelhöfer, D. Steinhauer, T. Vahlenkamp, M. Beer und T. Harder (2011): Reassorted pandemic (H1N1) 2009 influenza A virus discovered from pigs in Germany. Journal of General Virology; Volume 92, Issue 5, Seite 1184 bis 1188.
- Yan Liu, Robert A. Childs, Tatyana Matrosovich, Stephen Wharton, Angelina S. Palma, Wengang Chai, Rodney Daniels, Victoria Gregory, Jennifer Uhlendorff, Makoto Kiso, Hans-Dieter Klenk, Alan Hay, Ten Feizi und Mikhail Matrosovich (2010): Altered receptor specificity and cell tropism of D222G haemagglutinin mutants from fatal cases of pandemic A (H1N1) 2009 influenza. Journal of Virology; Volume 84, Nummer 22, Seite 12069 bis 12074 (DOI:10.1128/JVI.01639-10).
- S. J. Gamblin, L. F. Haire, R. J. Russell, D. J. Stevens, B. Xiao, Y. Ha, N. Vasisht, D. A. Steinhauer, R. S. Daniels, A. Elliot, D. C. Wiley und J. J. Skehel (2004): The structure and receptor binding properties of the 1918 influenza hemagglutinin. Science; Volume 303, Nummer 5665, Seite 1838 bis 1842 (DOI: 10.1126/science.1093155; Hämagglutinin-Protein des Influenza Virus von 1918 (PDB ID: pdb1ruz).
- Bild-Informationen: TEM: Abkürzung für Transmissions-Elektronen-Mikroskopie. Schema eines Influenza-A-Virus nach ViralZone: Hämagglutinin (HA, rosa); Neuraminidase (NA, türkis); Nucleo-Protein (NP, orange); Nucleares Export Protein (NEP, grau); Matrix-Protein (hellgrün); M2-Ionen-Kanal (M2-IK, rot). Die photorealistische Szene programmierte der Autor mit POV-Ray (Persistence of Vision). POV-Ray ist ein kostenloser Ray-Tracer – ein 3D-Computergrafik-Programm.
Bitte beachten Sie, dass ein Suite101-Artikel generell fachlichen Rat – zum Beispiel durch einen Arzt oder Apotheker – nicht ersetzen kann!
Dr. Gerald Albach - Schreiben macht Spaß: mit Licht und mit Worten! Damit ich weiß, worüber ich schreibe, habe ich als Diplom-Biologe in der ...
