Was bedeutet Spezifität?

FAQ

Ein Virus ist ein winziges, nicht lebendes infektiöses Teilchen, das alle Arten von Lebensformen wie Menschen, Tiere, Pflanzen, Pilze und Bakterien infizieren kann. Viren, die Bakterien infizieren, werden Bakteriophagen genannt. Die Größe von Viren ist variabel, sie sind aber im Allgemeinen so klein, dass sie nicht von blossem Auge, ja nicht einmal mit einem Lichtmikroskop gesehen werden können. Sie haben einen Durchmesser von etwa 50 bis 200 Nanometern, also etwa 1/10’000 eines Millimeters. Das Konzept der Viren wurde bereits 1898 von Dimitri Ivanovsky entdeckt. Er beschrieb einen nicht-bakteriellen Erreger, der Tabakpflanzen infizierte – und dies obwohl die Forscher zu diesem Zeitpunkt noch keine Möglichkeit hatten, diese winzigen Erreger sichtbar zu machen. Seitdem wurden mehr als 6’000 Virusarten entdeckt und näher beschrieben.

Wie sind Viren aufgebaut?

Die Genome von Viren sind oft sehr klein. Sie enthalten die genetische Information für den Aufbau von Proteinen, entweder in der Form von DNA oder von RNA. Aus diesem Grund unterscheidet man zwischen DNA-Viren (wie zum Beispiel Herpes simplex, Cytomegalovirus und Hepatitis-B-Virus) und RNA-Viren (wie zum Beispiel Influenza, SARS-CoV-2 und das Hepatitis-C-Virus). Die DNA oder RNA enthält die detaillierte Information darüber, wie das virale Protein in den infizierten Zellen aufgebaut werden soll. Das genetische Material des Virus ist durch eine Proteinhülle (und manchmal auch durch eine Lipidhülle) geschützt (REF 2). Viele Proteine erfüllen wichtige Funktionen. Die Oberflächenproteine des Virus sind wichtig, um in die Zellen des Wirts eindringen zu können. Oberflächenproteine sind daher sehr kritisch für den viralen Tropismus. Oberflächenproteine stellen eine gewisse Schwäche der Viren dar, weil sie für deren Funktion so wichtig sind, aber zugleich auch der Umwelt (zum Beispiel dem Immunsystem ihres Wirtes), ausgesetzt sind. Die Immunantwort versucht, Antikörper gegen diese Strukturen zu bilden, und damit den Eintritt des Virus in die Zelle zu neutralisieren.

Wie funktionieren Viren?

Ein Hauptunterschied zu sogenannten "lebenden Organismen" ist die Tatsache, dass Viren keinen eigenen Stoffwechsel oder die Fähigkeit zur Selbstvermehrung besitzen. Daher ist ein Virus zur Vermehrung auf eine geeignete Wirtszelle angewiesen (REF 1). Der sogenannte zelluläre Tropismus beschreibt, welche Art von Zellen für eine Infektion und Replikation am besten geeignet sind. Zu diesem Zweck besitzen die meisten Viren sehr wichtige Proteine auf ihrer Oberfläche. Diese Proteine binden an spezifische zelluläre Rezeptoren an, was den Eintritt in die Wirtszelle erleichtert. So infiziert beispielsweise das neue Coronavirus SARS-CoV-2 hauptsächlich respiratorische Epithelzellen. Auf diesen Zellen ist der sogenannte ACE-2-Rezeptor der Hauptbindungspartner. Das Hepatitis-C-Virus hingegen infiziert hauptsächlich Leberzellen. Einmal in der Zelle angekommen, kann das Virus die Proteinmaschinerie des Wirts kapern und beginnt, sich mit Hilfe der zelleigenen Proteine und Mechanismen zu vermehren. Im Prinzip können Viren hierfür zwei Strategien verfolgen: aktiv replizieren und so viele benachbarte Zellen wie möglich infizieren. Damit erhöht sich die Chance, sich schließlich auf einen neuen Wirtsorganismus auszubreiten in eine Art Ruhephase eintreten, die sogenannte Latenz, und auf eine ideale Situation warten, um zu reaktivieren und sich auszubreiten, z. B. wenn das Immunsystem schwach ist. Viren haben sich über Millionen von Jahren weiterentwickelt. Dabei haben sie Tricks entwickelt, um der Immunantwort von Pflanzen und Tieren zu entgehen. Viele virale Proteine können zum Beispiel die Immunantwort zu ihren Gunsten modulieren, und somit eine immunologische Signalkaskade im Körper unterbrechen. Wirte und Viren haben sich über Millionen von Jahren gemeinsam entwickelt, bestimmte Aspekte des Immunsystems sind das Ergebnis solcher Interaktionen. Dieser Wettlauf um die Vorherrschaft wird immer so weitergehen.

Wie werden Viren übertragen?

Jeder Organismus muss sich ausbreiten, ansonsten droht er auszusterben. Diese Ausbreitung wird auch als Übertragung bezeichnet. Viren verbreiten sich auf unterschiedliche Weise, z. B. durch winzige Atemtröpfchen, Körperflüssigkeiten wie Blut, Urin, Fäkalien oder über Insektenvektoren (REF 3). Anhand der Größe der Atemtröpfchen kann zwischen einer kontaktabhängigen Übertragung (> 5 µm) und einer Übertragung durch die Luft (

Wie reagiert das Immunsystem auf ein Virus?

Sobald ein neuer Wirt infiziert ist, beginnt das Virus, sich schnell zu vermehren und so viele Nachkommen wie möglich zu produzieren. Das Immunsystem des Wirtes versucht dabei, die virale Infektion zu kontrollieren oder sogar den viralen Erreger zu eliminieren. Die Immunreaktion ist komplex. Sie unterscheidet sich von Virus zu Virus, und ist auch für jeden Wirt individuell. Der erste Schritt der Verteidigung beinhaltet die angeborene Immunantwort; dazu gehören Mustererkennungsrezeptoren des Immunsystems. Einmal initiiert, folgt eine Entzündungsreaktion, die Mitglieder der adaptiven Immunantwort anlockt. Die adaptive Immunantwort umfasst T- und B-Zellen, die ein immunologisches Langzeitgedächtnis bereitstellen, das Zweitinfektionen mit demselben Virus oder eine virale Reaktivierung verhindern kann (REF 4).

Was ist ein Coronavirus?

Das "Coronavirus" gehört zu einer Gruppe von verwandten RNA-Viren mit einem relativ kleinen Genom von etwa 30'000 Nukleotiden. Coronaviren verursachen typischerweise Atemwegsinfektionen bei verschiedenen Tierarten, darunter auch beim Menschen. Die ersten Coronaviren wurden in den späten 1920er Jahren in den USA beschrieben. Sie verursachten eine Atemwegsinfektion bei Hühnern. Derzeit gibt es vier endemische Coronaviren, die beim Menschen zirkulieren: OC43, HKU1, 229E und NL63. Sie zirkulieren hauptsächlich während der Wintermonate in der menschlichen Bevölkerung. Weitere Vertreter der humanen Coronaviren sind das Coronavirus des Schweren Akuten Respiratorischen Syndroms 1 (SARS-CoV-1) und das Coronavirus des Middle East Respiratory Syndroms (MERS), die nicht endemisch sind. SARS-CoV-1 wurde vor ca. 15 Jahren ausgerottet. MERS-CoV ist nur im Mittleren Osten verbreitet, und befällt hauptsächlich Kamele mit sporadischer Übertragung auf den Menschen. Das neueste Mitglied in der Coronavirus-Familie ist SARS-CoV-2, das im Dezember 2019 entdeckt wurde und sich von Wuhan, China, aus weltweit verbreitet. SARS-CoV-2 verursacht die Krankheit COVID-19. COVID-19 kann sehr unterschiedliche klinische Verläufe aufweisen, die von gar keinen Symptomen über milde Verläufe (Erkältung) bis hin zu schweren (Lungenentzündung) respiratorischen Symptomen und sogar lebensbedrohlichen Komplikationen (REF 5) (REF8) reichen können.

Was ist eine Epidemie?

Die Bezeichnung Epidemie beschreibt die schnelle, und oft unkontrollierte Ausbreitung einer (Infektions-) Krankheit innerhalb einer bestimmten Personengruppe, über einen bestimmten Zeitraum und innerhalb eines definierten geografischen Gebietes. Es gibt auch nicht-infektiöse Epidemien, hier werden wir uns jedoch nur auf infektiöse Epidemien konzentrieren. Die Ausbreitung einer durch einen Erreger verursachten Epidemie ist von vielen Faktoren und komplexen Wechselwirkungen abhängig. Im Prinzip sind drei Hauptaspekte beteiligt: der Erreger, der Wirt und die Umwelt. Der Erreger weist spezifische Aspekte in Bezug auf Übertragungswege, Pathogenität und Immun-Evasionsstrategien auf. Die Wirte weisen ebenfalls sehr wichtige spezifische Eigenschaften auf, wie z. B. die individuelle und populationsbezogene Immunantwort, spezifische Anfälligkeiten in bestimmten Populationen, oder das Sozialverhalten einer Population. Die Umgebung kann die Übertragung des Erregers beeinflussen, z. B. können Atemwegsviren auf kalten Oberflächen länger überleben.

Was ist eine Pandemie?

Eine Pandemie ist eine Epidemie mit einem infektiösen Erreger, die sich weit über ein großes geografisches Gebiet erstreckt, zum Beispiel über mehrere Kontinente oder sogar weltweit. In der Geschichte der Menschheit hat es eine Reihe von Pandemien gegeben, z. B. die Grippe, die Pocken, die Tuberkulose oder die Pest. Eine Pandemie wird in der Regel als eine globale Bedrohung für die öffentliche Gesundheit angesehen, und betrifft auch weitgehend die Wirtschaft. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) verwendet ein sechsstufiges Klassifizierungssystem, um diesen Prozess für ein neuartiges Virus zu beschreiben. Dies reicht von den ersten Infektionen bis hin zu einer globalen Ausbreitung. Diese Stufen umfassen folgende Aspekte: Untersuchung, Erkennung, Initiierung, Beschleunigung, Erklärung und Vorbereitung.

Was ist die Herdenimmunität?

Der Begriff Herdenimmunität beschreibt die kollektive Immunantwort einer größeren Population, die aufgrund der Kumulation ihrer einzelnen Mitglieder ein bestimmtes Maß an Resistenz gegen einen bestimmten Erreger bildet. Je nach Ansteckungsfähigkeit eines Erregers muss der Anteil der immunen Individuen höher sein, um die Übertragungskette zu unterbrechen und somit noch gefährdete Mitglieder der Gesellschaft zu schützen

Wie kann die Dynamik einer Epidemie beschrieben werden?

Über die Zeit gesehen zeigt eine Epidemie oft eine glockenförmige Erkrankungskurve. Es beginnt meist mit einem steilen Anstieg und einer exponentiellen Verstärkung der Fallzahlen. Dann wird mit Gegenmaßnahmen oder zunehmenden immunen Individuen ein Plateau an Neuübertragungen erreicht. In der Endphase fällt die Zahl der neuen Fälle dann zumeist rapide ab. Die Dynamik einer Epidemie kann mithilfe der Reproduktionszahl beschrieben werden (siehe entsprechendes Kapitel). Epidemien können mathematisch modelliert werden, indem man die Anzahl der empfänglichen, infizierten und genesenen Individuen verwendet - diese Modelle werden als "S-I-R"-Modelle bezeichnet.

Welches sind spezifische Übertragungswege?

Die Übertragung beschreibt den Prozess der Ausbreitung von Krankheitserregern zwischen zwei Individuen, innerhalb einer Population oder in der Umwelt. Die Übertragungswege können sehr breit und komplex sein (REF 11). Hier einige Beispiele für Übertragungswege: - Luftgetragene Übertragung: Verbreitung über sehr kleine Tröpfchen oder über Staub ( 5um), z. B. Influenza oder SARS-CoV-2. - Fäkal-orale Übertragung: der Erreger wird vom infizierten Wirt über Fäkalien verbreitet, und durch die Aufnahme von kontaminiertem Material erworben, z. B. durch Trinken von mit dem Hepatitis-A-Virus verunreinigtem Wasser. - Sexuelle Übertragung: Übertragung beim ungeschützten Geschlechtsverkehr, z. B. bei HIV oder Chlamydia trachomatis. - Vertikale Übertragung: von einer Generation zur nächsten z. B. bei intrauteriner Infektion von der Mutter auf den Fötus z. B. Primärinfektion mit Cytomegalovirus während der Schwangerschaft.

Was ist die Basisreproduktionszahl?

Die Basisreproduktionszahl (auch R0 genannt) beschreibt die durchschnittliche Anzahl von Folgeinfektionen aus einem einzigen infizierten Individuum. Sie beschreibt den Zustand, in dem kein anderes Individuum infiziert ist, und alle Individuen einer Population empfänglich sind. Während eines Ausbruchs oder einer Epidemie ändert sich die Reproduktion schnell, da immer mehr Menschen entweder den Erreger hatten (oder daran starben). Aus diesem Grund ist die Reproduktion nicht stabil, sondern verändert sich ständig. Die Reproduktionszahl zu einem bestimmten Zeitpunkt ist die effektive Reproduktionszahl (Re).

Welches sind die bekannten Reservoire von Coronaviren?

Normalerweise sind Viren wirtsspezifisch und haben einen engen Tropismus. Dies bedeutet, dass nur bestimmte Zellen eines bestimmten Wirts infiziert werden, z. B. respiratorische Epithelzellen des Menschen. Viren entwickeln sich ständig weiter und passen sich an ihre Wirte. Insbesondere RNA-Viren neigen dazu, Mutationen anzuhäufen. Irgendwann erlangen Viren die Fähigkeit, von einer Wirtsspezies auf eine andere zu springen (REF 9). Als natürliche tierische Reservoirs für SARS-/MERS-CoV wurden Fledermäuse, Dromedare und Schuppentiere identifiziert. Von diesen natürlichen Reservoiren kann die Ausbreitung der Viren eher zufällig erfolgen, und zur Einschleppung in eine andere Spezies führen, zum Beispiel den Menschen. Ab diesem Zeitpunkt ist es einem Virus auch möglich, die Fähigkeit zur Übertragung von Mensch zu Mensch zu erlangen (REF 10).

Welche Bestandteile von Viren können wir in der Diagnostik verwenden?

In der Diagnostik können wir verschiedene Bestandteile eines Virus nachweisen (=direkte Diagnose): Die virale RNA oder DNA kann mit molekularen Methoden wie der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) nachgewiesen werden. Auch virale Proteine, sogenannte Antigene, können nachgewiesen werden. Hierfür können spezifische Antikörper verwendet werden, die an die Antigene binden. Diese beiden Methoden erlauben es, ein infiziertes Individuum durch den Nachweis der Infektionserreger direkt zu identifizieren. Beide Methoden benötigen in der Regel eine bestimmte Virusmenge, um positiv zu werden. Dies stellt die Nachweisgrenze dar und liefert wertvolle Informationen darüber, wie empfindlich ein spezifischer diagnostischer Test ist. Des Weiteren können wir auch die Immunantwort des Wirtes messen (= indirekte Diagnose). Bei den meisten diagnostischen Tests wird die Antikörperreaktion einer zuvor infizierten oder geimpften Person gemessen. Der menschliche Körper benötigt etwa 2-3 Wochen, um spezifische Antikörper (IgG-Antikörper) zu bilden, die dann gemessen werden können. Daher ist diese Methode nicht geeignet, um eine akute Infektion nachzuweisen.

Was ist eine PCR?

Die Polymerase-Kettenreaktion (auch PCR genannt) ist eine molekulare Methode, die auf der DNA-Amplifikation und dem Nachweis des amplifizierten Genprodukts basiert. In der Regel wird ein kurzes und hochspezifisches DNA-Fragment als Ziel gewählt. Dieses Genfragment kann zum Nachweis des Vorhandenseins oder der Abwesenheit eines ganzen Gens, eines Genfragments oder einer einzelnen Punktmutation verwendet werden (qualitative PCR). Alternativ kann es auch zur Quantifizierung einer bestimmten Anzahl von Genkopien in einer Probe verwendet (quantitative PCR) werden. Diese Methode wird z. B. zur selektiven DNA-Isolierung für diagnostische Zwecke bei genetischen oder infektiösen Krankheiten oder in der Forensik eingesetzt (REF 13).

Wie funktioniert eine PCR?

Der PCR-Prozess verwendet zwei Schritte, um Millionen bis Milliarden von DNA-Kopien zu erhalten: zunächst die Aufspaltung des doppelsträngigen DNA-Targets durch Erhitzen, dann in einem zweiten Schritt die enzymatische DNA-Replikation durch die DNA-Polymerase. Im Labor werden die für eine PCR benötigten Reagenzien in einem einzigen Gefäß gemischt, und die Schritte der Auftrennung und Replikation in einem sogenannten Thermocycler mehrfach wiederholt. Die Anzahl der Zykluswiederholungen kann die Sensitivität der Methode beeinflussen (REF12).

Was ist ein Antigentest?

Antigene sind eine aus Aminosäuren bestehende molekulare Struktur eines Erregers, die ein Protein bilden. Diese Antigene können von einem Antikörper erkannt werden (REF 18). Diese Antigen-Antikörper-Interaktion ist spezifisch und kann zum Beispiel dafür genutzt werden, um einen Erreger z. B. in einer Probe aus verschiedenen Körperflüssigkeiten nachzuweisen Ein Beispiel hierfür ist der Nasopharyngealabstrich zum Nachweis von SARS-CoV-2 (REF 19)). Ein weiteres Anwendungsbeispiel für diese Methode ist der Urin-Schwangerschaftstest (REF 20). Im Gegensatz zu PCR-Tests vervielfältigen Antigentests das Erreger-Material nicht, und weisen dadurch eine geringere Sensitivität auf. Einige Antigene unter hochverwandten Erregern können eine gewisse Kreuzreaktivität aufweisen. Die Spezifität und Sensitivität jeder diagnostischen Methode wird in der Regel gegen einen Gold- oder Referenzstandard bewertet, wenn ein neuer diagnostischer Test entwickelt wird.

Was ist ein Serologietest?

Der Begriff Serologie bezeichnet die Untersuchung des Blutserums, einem Bestandteil des Blutes ohne die weißen und roten Blutkörperchen, Blutplättchen und Gerinnungsfaktoren. Mit diesem Begriff wird die Suche nach spezifischen Antikörpern im Serum bezeichnet. Serologische Tests dienen als Methode zur Überprüfung der Immunantwort gegen eine Infektion oder bei der Diagnose einer Autoimmunerkrankung (REF 14).

Was sind Antikörper?

Ein Antikörper, auch als Immunglobulin bezeichnet, ist ein hochspezifisches Protein (REF 15). Antikörper werden von spezifischen Immunzellen, den B-Lymphozyten, produziert. B-Lymphozyten sind Teil des adaptiven Immunsystems, wo sie z. B. Krankheitserreger wie Bakterien und Viren gezielt bekämpfen. Die Funktion eines Antikörpers besteht darin, ein einzigartiges Muster von Aminosäuren eines Krankheitserregers, ein sogenanntes Epitop, zu erkennen und daran zu binden. Die meisten Antikörper binden an verschiedene Strukturen eines Proteins an, und können zur Markierung des Antigens verwendet werden. Manchmal bindet der Antikörper an einen kritischen Bereich eines Proteins an, und das Protein verliert seine Funktion. In einem solchen Fall hat der Antikörper ein neutralisierendes Potenzial (REF 16). Neutralisierende Antikörper und B-Lymphozyten spielen eine wichtige Rolle bei der Abwehr von Krankheitserregern. Sie können über Jahre oder sogar über Jahrzehnte in Form von so genannten "Plasmazellen" im Körper verbleiben, um Schutz vor einer erneuten Infektion mit demselben Erreger zu bieten (REF 17).