In der folgenden Facharbeit werde ich des Verständnisses halber zuerst den Aufbau, die Vermehrung und die Infektion von und durch Viren erläutern, danach geht es um die verschiedenen Ansatzpunkte für antivirale Arzneistoffe (Virustatika). Am Beispiel eines Retrovirus (HIV) gehe ich auf die eingesetzten Virustatika und deren Wirkung ein, dann lege ich eine Studie zum Thema antivirale Therapie gegen Coronaviren dar. Abschließend werden Probleme und Risiken in der Anwendung von Virustatika behandelt, um am Ende auf den erreichten Fortschritt und die Zukunft der antiviralen Therapie einzugehen.
Aufbau von Viren
Definition:
Viren sind Makromoleküle ohne feste Zellstruktur und ohne eigenen Stoffwechsel. Diese bestehen aus Protein und enthalten, je nach Virusart, ein DNA- oder RNA- Genom.
Sie können sich ausschließlich durch lebende Zellen fortpflanzen, indem sie aufgrund der im Virusgenom festgelegten Informationen repliziert werden.
Viren können von 25 nm (Picornaviren) bis zu 250 350 nm (Pockenviren) groß sein und sind somit deutlich kleiner als Bakterien. So passen selbst mehrere Pockenviren in eine E. coli-Zelle. Ein Virion, ein reifes Viruspartikel wird aus folgenden Komponenten gebildet:
- Das Genom (die Nukleinsäure);
- Das Kapsid;
- Die Hülle (bei manchen Virusfamilien).
Das Genom der Viren, die Nukleinsäure, besteht meistens aus einem einzelnen Nukleinsäuremolekül. Bei Grippeviren hingegen bilden mehrere, voneinander getrennte Nukleinsäuremoleküle das Genom. Die Nukleinsäure besteht entweder aus DNA oder RNA. Entsprechend werden Viren entweder DNA- oder RNA-Viren zugeordnet.
„Das Kapsid ist die „Schale“ aus viruskodiertem Protein, die die Nukleinsäure umschließt und mehr oder weniger eng mit ihr assoziiert ist.“
Kapside bestehen aus vielen Polypeptiden und schützen die Nukleinsäure vor Degradation. Außerdem ist es bei allen Viren ohne Hülle verantwortlich dafür, dass das Virus sich an die Wirtszelle anheftet.
Die Hülle, welche nur bei manchen Virusfamilien vorhanden ist, entsteht durch umgeformte zellulare Membranen. Bei dieser Umformung kann es dazu kommen, dass virale Proteine, so genannte Protrusionen (spikes) in die Membran eingebaut werden. Viren mit Hülle heften sich nicht mit dem Kapsid an die Wirtszelle an, sondern adsorbieren mit der Hülle.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Aufbau von Viren
3 Virusreplikation
4 Reaktionen der Wirtszelle
5 Infektion
6 Virustatika
7 Antivirale Behandlung am Beispiel von HIV
8 Wirkmechanismen von Virustatika anhand der HI‐Viren
9 Therapie von COVID‐19
10 Probleme der antiviralen Therapie/Resistenzentwicklung
11 Zusammenfassung
Zielsetzung & Themen
Diese Arbeit verfolgt das Ziel, einen umfassenden Überblick über die antivirale Therapie mit Virustatika zu geben. Dabei werden grundlegende biologische Prozesse der Virusinfektion erläutert, verschiedene Wirkmechanismen von antiviralen Arzneistoffen anhand der Beispiele HIV und COVID-19 analysiert sowie die Herausforderungen der Resistenzentwicklung kritisch diskutiert.
- Biologische Grundlagen des Virusaufbaus und der Virusvermehrung
- Differenzierung zwischen verschiedenen Klassen antiviraler Wirkstoffe
- Detaillierte Analyse der antiviralen Behandlungsstrategien gegen HIV und SARS-CoV-2
- Evaluation von Wirksamkeit und Limitationen antiviraler Ansätze
- Diskussion über Probleme bei der Therapie, insbesondere die Resistenzbildung
Auszug aus dem Buch
8 Wirkmechanismen von Virustatika anhand der HI‐Viren
Korezeptor‐Antagonisten sorgen durch Bindung an die Rezeptoren für dessen Veränderung oder Blockade. Somit kann die Interaktion der Oberflächenrezeptoren mit dem viralen Hüllprotein verhindert werden.22 Der CCR5‐Antagonist Maraviroc blockiert den CCR5‐Korezeptor als synthetischer Ligand. Allerdings „bewirken“ laut Sebastian Braun „Mutationen an der Interaktionsstelle des Hüllproteins mit den Rezeptoren eine volle Resistenz.“23
Anlagerungsinhibitoren binden an verschiedene Oberflächenproteine und stören diese. TNX‐355 bindet zum Beispiel an CD4 und sorgt dafür, dass die räumliche Struktur von CD4 verändert wird (Konfirmationsänderung). Fusionsinhibitoren (z.B. Enfuvirtid) hemmen die Fusion von Zellen des Wirtsorganismus mit Viren, indem sie an ein virales Glykoprotein binden. Bei der Fusion von Zelle und Virus spielen bestimmte Regionen des HIV‐Oberflächenproteins gp41 eine wichtige Rolle. Enfuvirtid bindet an diese Regionen und verhindert so die Fusion. Der Vorteil sowohl von Korezeptor‐Antagonisten als auch von Fusionsinhibitoren ist, dass beide schon viel früher als andere HIV‐Pharmaka in den Infektionszyklus eingreifen.24 (Abb. 5). NRTI (nukleosidische Reverse‐Transkriptase‐Inhibitoren) bzw. Nukleosidanaloga fungieren bei den HI‐Viren als Hemmstoffe der reversen Transkriptase. „Die Nukleosidanaloga konkurrieren mit den natürlich vorkommenden Nukleosiden um die Bindung an die virale Reverse Transkriptase.“ 25 Der Unterschied zu den natürlich vorkommenden Nukleosiden ist, dass sie keine 3´‐Hydroxygruppe an der Desoxyribose besitzen. Deshalb kommt es bei der DNA‐Elongation zum Kettenabbruch. Der damals als erster verfügbarer NRTI war Zidovudin, ein Thymidin‐Analogon. Es ist also ähnlich wie Thymidin und lagertsich an Adenosin an. Ein großer Nachteil besteht aber darin, dass auch die menschliche Polymerase gehemmt wird, wobei Zellen absterben.26 Stavudin ist auch ein Thymidin‐Analogon, Emtricitabin und Lamivudin sind beide Cytidin‐Analoga. Bei HIV‐Therapien macht es deswegen keinen Sinn, eine Kombination aus Stavudin und Zidovulin zu verschreiben, da sie dieselbe Wirkungsweise haben.27 (Abb. 6)
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Stellt den Aufbau, die Vermehrung und Infektion durch Viren vor und führt in die Thematik der antiviralen Therapiemöglichkeiten ein.
2 Aufbau von Viren: Definiert Viren als Makromoleküle ohne eigenen Stoffwechsel und beschreibt deren Komponenten wie Genom, Kapsid und Hülle.
3 Virusreplikation: Erläutert den Prozess der Virusvermehrung vom Andocken an die Wirtszelle bis zur Freisetzung neuer Viruspartikel.
4 Reaktionen der Wirtszelle: Beschreibt die verschiedenen Auswirkungen einer Infektion, von der Zellzerstörung bis zur Umwandlung der Wirtszelle in eine Krebszelle.
5 Infektion: Unterscheidet zwischen lokalen und generalisierten Infektionen sowie deren Übertragungswegen.
6 Virustatika: Erklärt die virostatische Wirkung und verschiedene Angriffspunkte wie Polymerase-Inhibitoren.
7 Antivirale Behandlung am Beispiel von HIV: Analysiert den Vermehrungszyklus des HI-Virus und die Relevanz der Reversen Transkriptase.
8 Wirkmechanismen von Virustatika anhand der HI‐Viren: Detailbetrachtung verschiedener Arzneimittelgruppen zur Hemmung des HI-Virus.
9 Therapie von COVID‐19: Behandelt therapeutische Ansätze und die Wirksamkeit von Wirkstoffen wie Molnupiravir gegen Coronaviren.
10 Probleme der antiviralen Therapie/Resistenzentwicklung: Erläutert die mit der Therapie verbundenen Schwierigkeiten, im Besonderen die Resistenzbildung.
11 Zusammenfassung: Fasst den Status quo und das Potenzial der antiviralen Therapie zusammen und blickt auf zukünftige Herausforderungen.
Schlüsselwörter
Virustatika, Viren, Virusreplikation, Antivirale Therapie, HIV, COVID-19, Resistenzbildung, Polymerase-Inhibitoren, Nukleosidanaloga, SARS-CoV-2, Wirtszelle, Infektion, Molnupiravir, Wirkmechanismen, HAART
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Facharbeit grundlegend?
Die Arbeit behandelt die antivirale Therapie und den Einsatz von Virustatika zur Hemmung der Vermehrung von Viren.
Was sind die zentralen Themenfelder der Facharbeit?
Zu den Kernbereichen gehören der Aufbau von Viren, ihr Vermehrungszyklus, Wirkmechanismen spezifischer Arzneimittel gegen HIV und COVID-19 sowie die Problematik von Resistenzen.
Welches primäre Ziel verfolgt die Arbeit?
Das Ziel ist es, ein Verständnis für die komplexen Prozesse der antiviralen Behandlung zu schaffen und die Wirkungsweise der Medikamente kritisch zu beleuchten.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden verwendet?
Die Arbeit basiert auf einer Literaturanalyse sowie der Auswertung von Studien, insbesondere zur Wirksamkeit von Medikamenten gegen Coronaviren.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in biologische Grundlagen der Virusreplikation und eine detaillierte Analyse spezifischer antiviraler Strategien gegen HIV und SARS-CoV-2.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit am besten?
Die zentralen Begriffe sind unter anderem Virustatika, Virusreplikation, HIV, SARS-CoV-2 und Resistenzentwicklung.
Wie unterscheiden sich Virostatika von antiviralen Mitteln, die Viren abtöten?
Virostatika wirken lediglich vermehrungshemmend (virostatisch) und nicht abtötend (viruzid), weshalb das Immunsystem für die letztendliche Eliminierung der Viren unerlässlich ist.
Warum ist die Resistenzentwicklung bei der antiviralen Therapie ein so großes Problem?
Viren passen sich sehr schnell an neue Bedingungen an. Eine inkorrekte oder zu geringe Dosierung der Medikamente kann dazu führen, dass resistente Stämme überleben und sich weiter vermehren.
- Quote paper
- Milan von Laufenberg (Author), 2021, Antivirale Therapie mit Virustatika am Beispiel COVID-19, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1485930
