Polio-Virus

Das Poliovirus-Genom besteht aus einzelsträngiger, nicht fragmentierter RNA, die aus 7,5-8.000 Nukleotiden besteht. Sein Molekulargewicht beträgt 2,5 MD. Die Organisation der Virion-RNA weist folgende Merkmale auf, die ihr Verhalten in der Zelle bestimmen:

• Codierungssequenzen machen etwa 90 % der Gesamtlänge aus;
• zwischen dem 5'-Ende und dem Anfang des Leserahmens befindet sich die sogenannte 5'-nicht-translatierte Region, die etwa 10 % der Länge der RNA ausmacht; diese Region enthält 6 bis 12 AUG-Initiationscodons;
• Die genomische RNA des Poliovirus enthält am 5'-Ende keine Kappe. Stattdessen ist ein kleines virusspezifisches Glykoprotein kovalent an das 5'-Ende der RNA gebunden, das vor der Translation durch ein zelluläres Enzym gespalten wird.
• unter dem Einfluss von Virion-RNA wird die Synthese von Proteinfaktoren, die für die Initiierung der Cap-abhängigen Translation notwendig sind, in der Zelle unterdrückt, wodurch die Cap-unabhängige Translation viraler Proteine sehr aktiv erfolgt;
• Die 5-untranslatierte Region der Poliovirus-RNA enthält ein spezielles regulatorisches Element, das ihre Cap-unabhängige Translation gewährleistet. Es wurde ein Zusammenhang zwischen der Neurovirulenz des Virus und dem Aktivitätsgrad dieses regulatorischen Elements festgestellt, das die Intensität der Synthese viraler Proteine, insbesondere in Nervenzellen, bestimmt.

Die Virionenmasse beträgt 8–9 MD. Das Virus hat eine kugelförmige Gestalt. Der Symmetrietyp ist kubisch. Die Virionenhülle besteht aus vier Proteinen, jeweils 60 Kopien. Drei davon – VP1, VP2 und VP3 – bilden die äußere Oberfläche der Hülle, VP4 die innere, sodass sie von außen nicht sichtbar ist.

Die Virionenhülle besteht aus zwölf kompakten Strukturen, den sogenannten Pentameren, da sie jeweils fünf Moleküle jedes Proteins enthalten. Die Pentamere sind wie ein Berg angeordnet, dessen Spitze von VP1 und dessen Basis von VP4 gebildet wird; die Proteine VP2 und VP3 umgeben abwechselnd den Fuß. Das Virionengenom ist in seiner zentralen Höhle sehr dicht eingeschlossen. Die Hüllproteine spielen eine Rolle bei der Erkennung des Wirtszellrezeptors, der Bindung des Virions an diesen und der Freisetzung der Virionen-RNA innerhalb der Zelle. Das Virion besitzt keine hämagglutinierenden Eigenschaften. Auch die Fähigkeit des Poliovirus, Lähmungen hervorzurufen, hängt offenbar mit einem der Hüllproteine zusammen. Diese Proteine bestimmen auch die immunogenen Eigenschaften des Virus. Nach ihren antigenen Merkmalen werden Polioviren in drei Typen eingeteilt: I, II und III.

Poliovirus Typ I ist für den Menschen am pathogensten: Alle bedeutenden Poliomyelitis-Epidemien wurden von diesem Typ verursacht. Poliovirus Typ III verursacht seltener Epidemien. Poliovirus Typ II verursacht häufiger eine latente Form der Infektion.

Intrazelluläre Reproduktion des Virus. Die Interaktion des Virus mit der Zelle besteht aus folgenden Phasen:

• Virusadsorption;
• Eindringen in die Zelle, begleitet von der Zerstörung der Kapside und der Freisetzung genomischer RNA.

Da vRNA positiv ist, wird sie direkt in virusspezifische Proteine übersetzt. Eines dieser Proteine – nicht-strukturell – ist die RNA-Replikase, unter deren Beteiligung die Replikation der vRNA nach folgendem Schema erfolgt:

VRNA -> cRNA -> vRNA.

Die Strukturproteine, alle vier, werden zunächst als einzelne Polypeptidkette synthetisiert, die anschließend eine Proteolysekaskade durchläuft und schließlich in die vier Proteine VP1–VP4 gespalten wird. Diese Spaltung wird offenbar durch das Virusprotein selbst katalysiert und ist für die Bildung neuer Virionen notwendig. Die neu synthetisierte vRNA wird in das Kapsid eingebaut, und die Virionenbildung ist abgeschlossen. Die neu synthetisierten Virionen verlassen die Zelle. Aus einem Virion werden in der Zelle bis zu 150.000 Virionen synthetisiert.

Das ins Russische übersetzte Wort Poliomyelitis bedeutet Entzündung der grauen Substanz des Gehirns (griechisch Polios – grau, Myelitis – Entzündung des Rückenmarks). Tatsache ist, dass die wichtigste biologische Eigenschaft von Polioviren ihr Tropismus zum Nervengewebe ist, sie beeinflussen die Motorzellen der grauen Substanz des Rückenmarks.

Pathogenese und Symptome der Poliomyelitis

Eintrittspforten für Poliomyelitis sind die Schleimhäute von Rachen, Magen und Darm. In diesen Schleimhäuten findet die primäre Virusvermehrung statt, sodass das Virus einige Tage nach der Infektion im Rachenschleim und im Kot nachgewiesen werden kann. Nach der Vermehrung in den Epithelzellen dringt das Virus in die regionalen Lymphknoten und dann ins Blut ein. Mit anderen Worten: Nach dem alimentären Stadium der Erkrankung tritt eine Virämie mit hämatogener Verbreitung des Erregers auf. Symptome einer Poliomyelitis in diesen beiden Stadien fehlen in der Regel. Nur manchmal geht die Virämie mit einem kurzfristigen Temperaturanstieg und leichtem Unwohlsein einher; dies kennzeichnet die sogenannte „leichte“ Erkrankung; sie endet mit der Genesung und der Bildung einer postinfektiösen Immunität. Polioviren können jedoch die Blut-Hirn-Schranke überwinden und in das zentrale Nervensystem eindringen, was zur Entwicklung einer „schweren“ Erkrankung führt. Das virusbedingte Absterben von Motoneuronen in den Vorderhörnern des Rückenmarks führt zur Ausbildung einer Lähmung der Skelettmuskulatur, in deren Folge der Patient entweder stirbt oder lebenslang behindert bleibt.

Es gibt vier klinische Hauptformen der Poliomyelitis:

• abortiv (leichte Erkrankung);
• nicht-paralytisch (meningeal), manifestiert durch seröse Meningitis;
• gelähmt;
• unsichtbar (versteckt).

Je nach Lokalisation der Läsion wird die paralytische Form in spinale, bulbäre, pontine (Pons) und weitere, seltenere Formen unterteilt.

Der Verlauf der Poliomyelitis wird durch die Größe der Infektionsdosis, den Grad der Neurovirulenz des Virus und den Immunstatus des Organismus bestimmt. Die Läsionen befinden sich in den Vorderhörnern des Rückenmarks, am häufigsten im Bereich der Lendenwirbelsäule, in den Motorzellen der Formatio reticularis der Medulla oblongata und der Brücke, dem Kleinhirn, in den motorischen und prämotorischen Bereichen der Großhirnrinde.

Immunität gegen Polio

Nach der Erkrankung (auch in latenter Form) bleibt eine starke, lebenslange Immunität bestehen, die durch virusneutralisierende Antikörper und Immungedächtniszellen verursacht wird.

Epidemiologie der Poliomyelitis

Die Infektionsquelle ist ausschließlich der Mensch. Obwohl sich das Virus im Epithel- und Lymphgewebe der oberen Atemwege vermehrt, spielt der aerogene Infektionsweg aufgrund fehlender katarrhalischer Erscheinungen keine nennenswerte Rolle. Der Hauptinfektionsweg ist fäkal-oral. Das Virus wird vom Ende der Inkubationszeit (den letzten 3-7 Tagen) bis zum 40. Krankheitstag und in einigen Fällen über mehrere Monate in großen Mengen mit dem Kot ausgeschieden.

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Polio-Behandlung

Die Behandlung der akuten Poliomyelitis sollte umfassend sein und unter Berücksichtigung des Stadiums und der Form der Erkrankung erfolgen. Bei paralytischen Formen ist eine frühzeitige orthopädische Therapie besonders wichtig. Die Hauptbedeutung bei der Behandlung von Poliomyelitis liegt in der richtigen und langfristigen Gymnastik. Patienten mit Atemwegserkrankungen sollten unter besonderer Aufsicht von speziell geschultem Personal stehen. Es gibt keine spezifische Behandlung für Poliomyelitis.

Spezifische Prophylaxe der Poliomyelitis

Bis Mitte des 20. Jahrhunderts hatte sich Poliomyelitis zu einer gewaltigen Epidemie entwickelt, die regelmäßig Tausende und Zehntausende von Menschen betraf, von denen etwa 10 % starben und 40 % lebenslang gelähmt blieben. Die einzige zuverlässige Waffe gegen diese Krankheit konnte nur der Polio-Impfstoff und die Schaffung einer Herdenimmunität mit seiner Hilfe sein. Dazu mussten Methoden entwickelt werden, die es dem Virus ermöglichen, sich in der erforderlichen Menge anzureichern. Und die beharrlichen Bemühungen der Wissenschaftler trugen schließlich Früchte. In den späten 1940er und frühen 1950er Jahren wurden Methoden zur Gewinnung einschichtiger Zellkulturen (zuerst primär trypsinisiert, dann transplantiert) entwickelt, die häufig zur Viruszüchtung verwendet wurden. Dadurch entstanden reale Bedingungen für die Entwicklung eines Impfstoffs gegen Poliomyelitis. Es sei darauf hingewiesen, dass die Entwicklung von Methoden zur Gewinnung von Zellkulturen für die Entwicklung der Virologie von großer Bedeutung war. In den 50er Jahren des 20. Jahrhunderts wurden zwei Impfstoffe gegen Poliomyelitis entwickelt:

• Formaldehyd-inaktivierter Impfstoff von J. Salk.
• A. Sebins Lebendimpfstoff aus abgeschwächten Stämmen der Polioviren Typ I, II und III.

Die großtechnische Produktion eines Lebendimpfstoffs wurde in unserem Land erstmals in den 1950er Jahren gemeistert. Unmittelbar danach (seit 1959) begann man mit der Massenimpfung von Kindern gegen Poliomyelitis mit diesem Impfstoff. Beide Impfstoffe – Tot- und Lebendimpfstoffe – sind recht wirksam, in unserem Land wird jedoch dem Lebendimpfstoff der Vorzug gegeben, da sich die Impfstoffstämme in den Epithelzellen des Darmtrakts vermehren, in die Umwelt freigesetzt werden und in Gruppen zirkulierende Wildstämme von Polioviren verdrängen. Gemäß der Empfehlung der WHO sind Impfungen gegen Poliomyelitis obligatorisch und werden ab einem Alter von 3 Monaten bis 16 Jahren durchgeführt. Da der Lebendimpfstoff, obwohl äußerst selten, Komplikationen verursacht, wird nun empfohlen, Impfungen mit dem inaktivierten Salk-Impfstoff durchzuführen. Mithilfe der vorhandenen Impfstoffe kann und sollte die Poliomyelitis-Inzidenz in allen Ländern der Welt auf Einzelfälle reduziert werden, d. h. es ist möglich geworden, sie deutlich zu reduzieren.