Viren

1892 leitete Dmitri Iwanowski Saft kranker Tabakpflanzen durch einen Porzellanfilter, der alle Bakterien zurückhielt. Trotzdem konnte der Saft weiterhin Pflanzen krank machen.

Kleiner als ein Bakterium

Die Tabakmosaikkrankheit verursacht fleckige Tabakblätter. 1892 suchte der russische Botaniker Dmitri Iwanowski nach ihrer Ursache. Er verwendete einen Porzellanfilter, den Charles Chamberland und Louis Pasteur 1884 in Paris erfunden hatten. Seine Poren sind etwa 0.1 µm groß und halten alle Bakterien ab 0.2 µm zurück. Zur allgemeinen Überraschung löste der gefilterte Saft die Krankheit weiterhin aus. Iwanowski vermutete ein extrem kleines Bakterium oder eine Spore. 1898 kam Martinus Beijerinck zu dem Schluss, dass der Erreger überhaupt kein Bakterium war. Das Wort Virus, lateinisch für Gift, setzte sich durch. Iwanowski gilt als ursprünglicher Entdecker der Viren.

Erst mit dem Elektronenmikroskop konnte man Viren sehen. 1935 kristallisierte Wendell Stanley das Tabakmosaikvirus und beschrieb es zunächst als Protein. Bawden und Pirie stellten später fest, dass es sowohl RNA als auch Protein enthielt, und veröffentlichten ihre Arbeiten 1936 und 1937. Heute wissen wir, dass ein Viruspartikel oder Virion etwa 20 nm bei kleinen bis etwa 900 nm bei großen Viren messen kann. Damit ist es viel kleiner als die meisten Zellen.

Leben Viren?

Viren sind nicht zellulär aufgebaut und werden deshalb nicht in den Stammbaum des Lebens eingeordnet. Sie tragen Gene, aber nur eine Art von Nukleinsäure: entweder DNA oder RNA, nie beides. Diese ist von einer Proteinhülle, dem Kapsid, umgeben. Manche besitzen zusätzlich eine Membranhülle, ein kleines Stück Membran, das sie beim Ausknospen von der letzten Wirtszelle übernommen haben. Viele tragen Proteinfortsätze, mit denen sie an Zellen andocken und eindringen. Ein Virus hat kein Cytoplasma, und ihm fehlen viele der benötigten Gene. Es kann sich deshalb nur in einer lebenden Wirtszelle vermehren. Daher heißen Viren obligat intrazelluläre Parasiten.

Kapside haben drei grundlegende Formen. Helikale Kapside sind stäbchenförmig, etwa beim Tabakmosaikvirus. Polyedrische Kapside besitzen viele ebene Flächen. Komplexe Kapside verbinden mehrere Teile, wie bei den Bakteriophagen, die Bakterien infizieren: einen vielflächigen Kopf mit den Genen, einen Schwanz und Schwanzfasern, die an der Bakterienoberfläche haften.

Weil ein Virus sich nicht selbst vervielfältigen kann, wird jedes neue Virus von einer übernommenen Zelle hergestellt. Die Grundschritte sind bei den meisten Viren gleich. Das Virus heftet sich mit Proteinfortsätzen oder Schwanzfasern an bestimmte Moleküle auf der Zelloberfläche. Seine Gene gelangen hinein. Die zelleigene Maschinerie kopiert dann das Virusgenom und bildet nach den viralen Anweisungen Kapsidproteine. Neue Virionen setzen sich zusammen und verlassen die Zelle: entweder indem sie diese aufplatzen lassen oder indem sie durch ihre Membran ausknospen. Auf diese Weise erhalten behüllte Viren ihre Hülle.

Für jede Lebensform gibt es Viren

Viren infizieren Pflanzen, Tiere, Pilze, Protisten, Bakterien und Archaeen. Die meisten können nur eine oder wenige Arten befallen, oft auch nur bestimmte Zelltypen innerhalb dieser Arten. Das heißt Wirtsspektrum. Viren, die Bakterien infizieren, heißen Bakteriophagen oder Phagen. Jede Phagenart tötet nur bestimmte Bakterien. Das macht sie nützlich: 2006 genehmigte die US-amerikanische Food and Drug Administration ein Spray aus sechs Phagen, das Listerien auf Aufschnitt abtötet.

Noch kleiner als Viren sind Prionen, etwa ein Zehntel so groß wie ein typisches Virus. Sie enthalten keinerlei Erbmaterial, sondern sind fehlgeformte Proteine. Wie Viren sind sie nicht zellulär aufgebaut und stehen deshalb ebenfalls außerhalb des Stammbaums des Lebens.