Respiratorische Adenoviren

Die ersten Vertreter der Adenovirus-Familie wurden 1953 von W. Rowe (et al.) aus den Mandeln und Polypen von Kindern isoliert, weshalb sie diesen Namen erhielten. Die Familie der Adenoviridae ist in zwei Gattungen unterteilt: Mastadenovirus – Säugetier-Adenoviren, dazu gehören Adenoviren von Menschen (41 Serovarianten), Affen (24 Serovarianten) sowie Rindern, Pferden, Schafen, Schweinen, Hunden, Mäusen und Amphibien; und Aviadenovirus – Vogel-Adenoviren (9 Serovarianten).

Adenoviren haben kein Superkapsid. Das Virion hat die Form eines Ikosaeders – eine kubische Symmetrie mit einem Durchmesser von 70–90 nm. Das Kapsid besteht aus 252 Kapsomeren mit einem Durchmesser von 7–9 nm. Gruppen von je 9 Kapsomeren bilden 20 gleichseitige Flächen (180 Kapsomeren), an deren Ecken sich 12 Scheitelpunkte mit jeweils 6 Kapsomeren befinden (72 Kapsomeren). Da jeder der 180 Kapsomeren an sechs andere angrenzt, wird er als Hexon bezeichnet. Ein Hexon wiederum besteht aus drei Untereinheiten mit 120 kD. Jeder der 12 Scheitelpunktkapsomeren grenzt an fünf weitere an und wird daher als Penton bezeichnet. Zwölf Scheitelpunktkapsomeren des Ikosaeders tragen filamentöse Ausstülpungen (Fasern) von 8–30 nm Länge, die in einem 4 nm großen Kopf enden. Der Kern des Virions enthält Desoxyribonukleoprotein, das aus einem doppelsträngigen genomischen DNA-Molekül (20–25 MD) besteht, mit einem terminalen Protein (55 kD), das kovalent an die 5'-Enden beider Stränge gebunden ist, sowie zwei Hauptproteinen: VII (18 kD) und V (48 kD). Desoxyribonukleoprotein ist eine Struktur aus 12 Schleifen, deren Spitzen in Richtung der Basen der apikalen Kapside zeigen, sodass der Virionkern einen blütenförmigen Querschnitt aufweist. Protein V befindet sich auf der Außenfläche. Außerdem befinden sich die Proteine VI und X im Kern. Das Adenovirusgenom wird durch doppelsträngige lineare DNA mit 19–24 MD repräsentiert. Die DNA-Stränge werden von terminalen invertierten Wiederholungen flankiert, die die Bildung von Ringmolekülen ermöglichen. Ein hydrophobes terminales Protein, das für die Initiierung der DNA-Replikation notwendig ist, ist kovalent an die 5'-Enden beider Stränge gebunden. Die Anzahl der Gene in einem DNA-Molekül ist nicht genau bestimmt. Bei humanen Adenoviren machen Proteine 86–88 % der Virionenmasse aus. Ihre Gesamtzahl beträgt wahrscheinlich über 30, und mm variiert zwischen 5 und 120 kD. Proteine werden mit römischen Ziffern bezeichnet, von denen II–XIII charakterisiert wurden. Derzeit wurden im Adenovirusgenom vier Regionen der frühen Transkription E1, E2, E3, E4 und mindestens fünf Regionen der späten Transkription – LI, L2, L3, L4, L5 – identifiziert.

E1-Produkte hemmen den Transport zellulärer mRNA ins Zytoplasma und deren Translation. Die E2-Region kodiert für die Synthese eines DNA-bindenden Proteins, das eine wichtige Rolle bei der viralen DNA-Replikation, der frühen Genexpression, der Spleißkontrolle und der Virionenassemblierung spielt. Eines der späten Proteine schützt Adenoviren vor Interferon. Zu den wichtigsten von den späten Genen kodierten Produkten gehören Proteine, die Hexone, Pentone, den Virionenkern bilden, und ein nichtstrukturelles Protein, das drei Funktionen erfüllt: a) Beteiligung an der Bildung von Hexon-Trimeren; b) Transport dieser Trimere in den Zellkern; c) Beteiligung an der Bildung reifer Adenovirus-Virionen. Im Virion wurden mindestens sieben Antigene identifiziert. Antigen A (Hexon) ist gruppenspezifisch und allen menschlichen Adenoviren gemeinsam. Entsprechend Antigen B (Pentonbasis) werden alle menschlichen Adenoviren in drei Untergruppen unterteilt. Antigen C (Fäden, Fasern) ist typspezifisch. Anhand dieses Antigens werden alle humanen Adenoviren in 41 Serovarianten unterteilt. Alle humanen Adenoviren, mit Ausnahme der Serovarianten 12, 18 und 31, weisen eine hämagglutinierende Aktivität auf, die durch ein Penton (apikales Kapsomer) vermittelt wird. 1960 schlug L. Rosen die RTGA zur Identifizierung von Adenovirus-Serovarianten vor.

Der Lebenszyklus von Adenoviren während einer produktiven Infektion besteht aus den folgenden Phasen:

• Adsorption an spezifischen Rezeptoren der Zellmembran mittels des Faserkopfes;
• Eindringen in die Zelle mittels des Mechanismus der Rezeptor-vermittelten Endozytose, begleitet von einer teilweisen "Entkleidung" im Zytoplasma;
• endgültige Deproteinisierung des Genoms an der Kernmembran und sein Eindringen in den Zellkern;
• Synthese früher mRNAs mittels zellulärer RNA-Polymerase;
• Synthese früher virusspezifischer Proteine;
• Replikation genomischer viraler DNA;
• Synthese später mRNAs;
• Synthese später viraler Proteine;
• Morphogenese von Virionen und ihr Austritt aus der Zelle.

Die Prozesse der Transkription und Replikation finden im Zellkern statt, der Prozess der Translation im Zytoplasma, von wo aus Proteine in den Zellkern transportiert werden. Die Morphogenese der Virionen findet ebenfalls im Zellkern statt und ist mehrstufig: Zuerst werden Polypeptide zu multimeren Strukturen – Fasern und Hexonen – zusammengesetzt, dann bilden sich Kapside, unreife Virionen und schließlich reife Virionen. In den Kernen infizierter Zellen bilden Virionen oft kristalline Cluster. In den späten Stadien der Infektion reichern sich nicht nur reife Virionen, sondern auch unreife Kapside (ohne DNA) in den Kernen an. Die Freisetzung neu synthetisierter Virionen geht mit der Zerstörung von Zellen einher. Nicht alle von ihnen verlassen die Zelle, in der bis zu eine Million neue Virionen synthetisiert werden. Die verbleibenden Virionen stören die Funktionen des Zellkerns und verursachen Zelldegeneration.

Neben der produktiven Infektionsform können Adenoviren auch abortive Infektionen verursachen, bei denen die Virusreproduktion frühzeitig oder später stark beeinträchtigt ist. Darüber hinaus können einige Serovarianten humaner Adenoviren bei der Inokulation in verschiedene Nagetiere bösartige Tumoren induzieren. Adenoviren werden entsprechend ihrer onkogenen Eigenschaften in hoch onkogene, schwach onkogene und nicht onkogene Viren unterteilt. Die onkogenen Fähigkeiten stehen in umgekehrter Beziehung zum Gehalt an GC-Paaren in der Adenovirus-DNA. Das wichtigste Ereignis, das zur Zelltransformation (auch in ihren Kulturen) führt, ist die Integration viraler DNA in das Chromosom der Wirtszelle. Die molekularen Mechanismen der onkogenen Wirkung von Adenoviren sind noch unklar.

Adenoviren haben in Bezug auf den Menschen keine onkogenen Eigenschaften.

Adenoviren vermehren sich nicht in Hühnerembryonen, vermehren sich jedoch gut in primären trypsinierten und transplantierten Zellkulturen unterschiedlicher Herkunft und verursachen einen charakteristischen zytopathischen Effekt (Abrundungen der Zellen und Bildung traubenartiger Cluster, feine Degeneration).

Im Vergleich zu anderen menschlichen Viren sind Adenoviren in der äußeren Umgebung etwas stabiler, werden durch Fettlösungsmittel nicht zerstört (es gibt keine Lipide), sterben bei einer Temperatur von 50 °C und einem pH-Wert von 5,0–9,0 nicht ab und sind im gefrorenen Zustand gut konserviert.

Merkmale der Epidemiologie. Die Infektionsquelle ist ausschließlich eine erkrankte Person, auch in latenter Form. Die Infektion erfolgt durch Tröpfcheninfektion, Kontakt im Haushalt, durch Wasser in Schwimmbädern und fäkal-oral. Das Virus kann auch über das Blut in den Darm gelangen. Erkrankungen der oberen Atemwege und der Augen werden durch die Serovarianten 1-8, 11, 19 und 21 verursacht. Die Serovarianten 1, 2, 3, 12, 18, 31, 40 und 41 verursachen bei Kindern im Alter von 6 Monaten bis 2 Jahren Gastroenteritis und mesenteriale Lymphadenitis. Die Serovarianten 1, 2, 5 und 6 werden häufig bei latenten Infektionsformen nachgewiesen.

Es liegen keine Daten darüber vor, ob tierische Adenoviren Krankheiten beim Menschen auslösen können, und umgekehrt menschliche Adenoviren bei Tieren. Adenoviren verursachen sporadische Erkrankungen und lokale Epidemien. Der größte Ausbruch in unserem Land betraf 6.000 Menschen.

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Symptome einer Adenovirus-Infektion

Die Inkubationszeit beträgt 6-9 Tage. Das Virus vermehrt sich in den Epithelzellen der oberen Atemwege und der Augenschleimhaut. Es kann in die Lunge eindringen, Bronchien und Alveolen befallen und schwere Lungenentzündungen verursachen. Eine charakteristische biologische Eigenschaft von Adenoviren ist der Tropismus zum lymphatischen Gewebe.

Adenovirale Erkrankungen können als fieberhafte, katarrhalische Entzündung der Schleimhäute der Atemwege und der Augen charakterisiert werden, begleitet von einer Zunahme des submukösen Lymphgewebes und der regionalen Lymphknoten. Am häufigsten treten sie in Form von Mandelentzündung, Pharyngitis, Bronchitis, atypischer Lungenentzündung, grippeähnlicher Erkrankung und Pharyngokonjunktivalfieber auf. Konjunktivitis begleitet in einigen Fällen eine Adenoviralerkrankung, in anderen ist sie deren Hauptsymptom.

Adenoviruserkrankungen sind daher durch das Vorherrschen des respiratorischen, konjunktivalen oder intestinalen Syndroms gekennzeichnet. Gleichzeitig kann das Virus eine latente (asymptomatische) oder chronische Infektion mit langfristiger Persistenz im Gewebe der Mandeln und Polypen verursachen.

Die Immunität nach einer Infektion ist langanhaltend, stabil, aber typspezifisch; es gibt keine Kreuzimmunität. Die Immunität beruht auf virusneutralisierenden Antikörpern und Immungedächtniszellen.

Labordiagnostik einer Adenovirusinfektion

1. Nachweis viraler Antigene in betroffenen Zellen mittels Immunfluoreszenz- oder IFM-Methoden.
2. Isolierung des Virus. Als Untersuchungsmaterial dienen Nasen-Rachen- und Bindehautsekrete, Blut und Stuhl (das Virus kann nicht nur zu Beginn der Erkrankung, sondern auch am 7. bis 14. Tag isoliert werden). Zur Isolierung des Virus werden primäre trypsinierte Zellkulturen (auch diploide) des menschlichen Embryos verwendet, die gegenüber allen Adenoviren-Serotypen empfindlich sind. Der Virennachweis erfolgt über ihren zytopathischen Effekt und das Komplement-bindende Antigen (CBA), da sie alle ein gemeinsames Komplement-bindendes Antigen besitzen. Die Identifizierung erfolgt über typspezifische Antigene mittels RTGA und RN in der Zellkultur.
3. Nachweis des Anstiegs des Antikörpertiters in gepaarten Patientenseren mittels RSC. Die Bestimmung des Anstiegs des Titers typspezifischer Antikörper erfolgt mit Standard-Adenovirus-Serostämmen in RTGA oder RN in Zellkultur.

Spezifische Prävention einer Adenovirusinfektion

Gegen einige Serovarianten des Adenovirus wurden lebende immunogene orale Impfstoffe entwickelt, diese sind jedoch nicht weit verbreitet.