Station 1: Das Grippe-Virus In den Jahren 1918 und 1919

Immunbiologie
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Station 1: Das Grippe-Virus
Hinweis: Diese Abbildung aus Ihrer
In den Jahren 1918 und 1919
Loseblattsammlung dürfen wir Ihnen aus
erkrankten weltweit über 700
lizenzrechtlichen Gründen leider nicht in
Millionen Menschen an Grippe.
elektronischer Form zur Verfügung
40 Millionen starben. Diese
stellen.
Grippewelle, eine sog. Pandemie (weltweite Ausbreitung),
trägt ihren Namen vom Herkunftsland Spanien, aus dem
der Erreger damals stammte.
Auch heute noch sterben ca.
15 000 Menschen allein in
Deutschland an der Grippe.
Das war für viele Pharmaunternehmen Grund genug, sich mit
dem Erreger näher zu beschäftigen. Man teilt die Influenza-Viren in drei
Gruppen ein, wovon nur zwei Gruppen relevant sind: Influenza-A-Viren sind
am meisten verbreitet und bilden viele Untertypen. Sie haben im Vergleich zu
den Influenza-B-Viren ein weiteres Protein in der Hülle. Die Influenza-BViren bilden keine Untertypen, sind vom Infektionsverlauf nicht von der
ersten Gruppe unterscheidbar.
Die Viren sind nur 80 –120 nm groß (1 nm = 1/1 000 000 000 m). Sie haben
eine äußere Hülle, in die sog. „Projektionen“ (herausragende Proteinmoleküle) eingelagert sind. Diese Projektionen sind zwei Moleküle, die Hämagglutinin und Neuraminidase genannt werden. Das Hämagglutinin ist dafür da,
sich an eine neue Wirtszelle (Schleimhautzelle) zu binden und den Weg in
diese Zelle zu bahnen. Das Enzym Neuraminidase „kappt“ die Bindung neu
entstandener Viren an die Zelle und sorgt so für ihre Freisetzung. In die
Membran sind bei Influenza-A-Viren noch Matrixproteine M2 eingebettet, bei
Influenza-B-Viren fehlen sie.
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Das Virus besitzt eine sphärische Form. Im Innern sind acht über Proteine
miteinander verbundene einzelsträngige RNA-Segmente zu finden (Nukleocapsid oder Ribonukleoproteine, RNPs). Weiterhin sind Enzyme dort zu
finden, welche die virale (–)RNA in eine mRNA ((+)RNA) „abschreiben“ und
umgekehrt (RNA-Polymerasen).
Die auf der RNA liegenden Gene codieren für folgende Viren-Bestandteile:
drei RNA-Polymerasen (PA, PB1, PB2), Hämagglutinin (HA), Neuraminidase
(NA), Proteine für das Capsid (NP), die Matrixproteine M1 und M2 sowie die
Nicht-Strukturproteine NS1 und NS2 (spielen für die Betrachtung keine Rolle).
Aufgaben
1 Sehen Sie sich die Animation an und beschriften Sie die folgende Abbildung!
Eine Animation zum Aufbau des Inf luenza-Virus finden Sie im Lehrerbereich der
STARK-Homepage (www.stark-verlag.de) unter „Downloads suchen“.
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2 Welche Information zum Virusaufbau fehlt im einleitenden Text verglichen
mit der Animation?
3 Ergänzen Sie die folgenden Eintragungen in der Tabelle:
Kriterien
Influenza-A-/B-Virus
„Projektionen“ in der äußeren Hülle
Innere Hülle
DNA oder RNA als Erbmaterial?
Anzahl von DNA-/RNA-Segmenten
Capsid
Enzym
4 Denken Sie an Ihre letzte „Erkältung“. Beantworten Sie als Erkrankte/r die
Fragen und werten Sie Ihre Antworten selbst aus. Besteht die Gefahr, dass
Sie an einer Grippe gelitten haben?
Überlegen Sie, welche Symptome eine Unterscheidung zwischen einer
Grippe und einer einfachen Erkältung ermöglichen?
Fragebogen:
•
•
•
•
•
•
•
•
Traten Ihre Beschwerden plötzlich innerhalb weniger Stunden auf?
Ja/nein
Hatten Sie Fieber?
Ja/nein
Hatten Sie wenige Tage vorher Kontakt mit an Grippe erkrankten Personen?
Ja/nein
Fühlten Sie sich schwer krank?
Ja/nein
Hatten Sie Schweißausbrüche oder Schüttelfrost?
Ja/nein
Hatten Sie starke Kopfschmerzen?
Ja/nein
Hatten Sie Muskel- und Gelenkschmerzen?
Ja/nein
Hatten Sie einen trockenen Husten oder Halsschmerzen?
Ja/nein
Haben Sie die ersten drei Fragen und mindestens zwei der weiteren Fragen mit „Ja“ beantwortet,
hatten Sie vermutlich eine Grippe und hätten zum Arzt gehen sollen. Die Checkliste ist natürlich
nur ein erster, orientierender Test. Nur Ihr Arzt kann die richtige Diagnose stellen und eine entsprechende Therapie verordnen.
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Station 2: Ein Medikament gegen Grippe
Die Viren besitzen in ihrer äußeren
Hülle sog. „Projektionen“ (herausragende Proteinmoleküle), die aus zwei
Molekülen gebildet werden, das Hämagglutinin und die Neuraminidase.
Das Hämagglutinin ist dafür da, sich
an eine neue Wirtszelle (Schleimhautzelle) zu binden und den Weg in
diese Zelle zu bahnen. Das Enzym
Abb. 1: Influenza-Virus
Neuraminidase „kappt“ die Bindung
neu entstandener Viren an die Zelle und sorgt so für ihre Freisetzung. Das
Virus besitzt eine sphärische Form. Im Innern sind acht lose über Proteine
miteinander verbundene RNA-Segmente zu finden.
Da das Virus extrem variabel ist und sich oft auch die Oberflächenproteine
verändern, suchten die Forscher einen Bestandteil dieser Proteine, der sich
nicht verändert. Diesen haben sie vor wenigen Jahren mit einem sog. Neuraminidase-Hemmer gefunden. Dieser lagert sich an das aktive Zentrum des
Enzyms an und blockiert es auf diese Weise.
In der Abbildung 2 ist das Enzym mit und ohne gebundenen NeuraminidaseHemmer dargestellt. Die Wirkungsweise eines Medikaments (Tamiflu), das
die Neuraminidase blockiert, ist in Abbildung 3 dargestellt.
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Station 3: Die Impfung
Ich, der Grippe-Impfstoff
Ich bin ein Grippe-Impfstoff. Das klingt zwar gewaltig, aber im Grunde bin
klitzeklein. Dennoch werde ich allein in Deutschland Millionen Mal im Jahr
eingesetzt. Früher „landete“ ich fast nur bei älteren Menschen, doch inzwischen wollen mich auch junge Leute haben.
Im Gegensatz zu meinen entfernten Verwandten, zu denen auch die Masern-,
Mumps- und Röteln-Impfstoffe gehören, werde ich als „Totimpfstoff“ bezeichnet. Das liegt daran, dass ich kein komplettes Virus mehr bin, sondern
nur aus einem Oberflächensegment bestehe. Wichtig ist, dass meine Oberflächenstruktur (speziell mein Hämagglutinin-Protein) dem des aktuellen
Influenza-Virus total gleicht.
Zu meinen nächsten Verwandten zählen der Hepatitis- und der Polio-Impfstoff.
Aber zurück zu meinem Aussehen: Ich bin stolz, genauso wie das gefährliche
Grippe-Virus auszusehen, da errege ich die absolute Aufmerksamkeit im Körper der Patienten. Das stelle ich mir so vor: Ich erscheine nach der Spritze im
Blut eines Menschen (das sind die schrecklich großen Lebewesen) und nach
nur wenigen Stunden habe ich die großen Makrophagen um mich herum versammelt, die mich in ihr Inneres aufnehmen. Makrophagen finden einen Teil
meiner Proteine so toll, dass sie diese auf ihrer eigenen Oberfläche präsentieren. Nur diese kleinen Übrigbleibsel von mir reichen aus, um die T4-Helferzellen anzulocken, die zu den T-Lymphozyten gehören. Sie kuscheln sich eng
an meine Moleküle auf der Makrophagen-Oberfläche und entfernen sich dann
wieder.
Wie ich gehört habe, informieren diese dann weitere Zellen des Immunsystems, z. B. die T8-Killerzellen, die T8-Unterdrückerzellen und die B-Lymphozyten.
Die B-Lymphozyten schenken uns ihre ganze Aufmerksamkeit: Sobald sie von
den T4-Helferzellen informiert worden sind, produzieren sie sog. Antikörper,
die sie in großen Mengen ausstoßen. Diese Antikörper binden sich an meine
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Familienmitglieder. Dann kommen wiederum Makrophagen und fressen diese
Komplexe. Auf diese Weise landet meine komplette Familie in Teilen auf den
Makrophagen-Oberflächen.
Andere B-Lymphozyten werden durch die T4-Helferzellen zur Teilung angeregt. Diese sog. Gedächtniszellen merken sich unser Aussehen ihr Leben lang.
Fans fürs Leben, ist das nicht himmlisch? Selbst wenn viel später Familienmitglieder in den Körper gelangen, werden sie sofort erkannt – und das durch
meine Wirkung!
Die Killerzellen werden gar nicht gebraucht. Und die Unterdrückerzellen, nur
zur Information, sorgen bei einer Infektion für ein Abklingen der Immunantwort nach einiger Zeit.
Nach ca. einem Jahr komme ich „aus der Mode“. Dann sieht sich mein Wirt
nach einem neuen Impfstoff um, der etwas anders als ich aussieht – natürlich
nicht besser!
Aufgaben
1 Stellen Sie den skizzierten Ablauf schematisch dar.
2 Warum wird dieser Vorgang als „aktive Impfung“ bezeichnet?
3 Was passiert, wenn der geimpfte Patient nach der Impfung in Kontakt mit
dem Influenza-Virus kommt?
4 Warum muss diese Impfung jährlich wiederholt werden?
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Station 4: Weitere Virusarten
Zahlreiche weitere Erkrankungen können durch die unterschiedlichsten Viren
ausgelöst werden.
Aufgaben
1 Finden Sie mithilfe des „Big Picture Books of Viruses“ (Internet-Adresse:
http://www.virology.net/Big_Virology/BVHostList.html) heraus,
• welche Viren die unten genannten Erkrankungen auslösen,
• zu welcher Virusfamilie diese Viren gehören und
• welche Form diese Viren haben.
Erkrankung
Virusname
Virusfamilie
Form
Poliomyelitis
(Kinderlähmung)
Schnupfen
(Tipp: lat. rhinus =
Nase)
Rinderpest
Hepatitis A/B
Warzen
(Papillomaviren)
Grippe
SARS
(Bronchitisvirus)
Pocken
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2 Um welche Viren handelt es sich bei den unten stehenden Abbildungen?
Hinweis: Diese Abbildungen aus Ihrer Loseblattsammlung dürfen wir
Ihnen aus lizenzrechtlichen Gründen leider nicht in elektronischer Form
zur Verfügung stellen.
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Station 5: Medikamente gegen Viren
Es gibt eine Vielzahl von Ansätzen, um Viren erfolgreich zu bekämpfen. Doch
leider macht die Variabilität mancher Viren viele Ansätze zunichte: Sie verändern sich so schnell, dass ein neu entwickeltes Medikament nur kurz oder gar
nicht wirkt.
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Ihre Aufgabe ist es, die unten dargestellten Abbildungen und Texte den
Ziffern in der großen Abbildung auf der vorhergehenden Seite zuzuordnen.
Schneiden Sie anschließend die kleinen Abbildungen der Folie M 9 aus und
fügen Sie sie in die entsprechenden leeren Felder der Farbfolie M 8 ein.
Erstellen Sie abschließend eine stichwortartige Übersicht möglicher Therapieansätze in der Reihenfolge einer Virus-Infektion und bereiten Sie einen Kurzvortrag (unter Einbeziehung der fertig gestellten Folie M 8) vor.
Abb ___:
Abb___:
Abb ___:
Abb___:
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Text ___:
Das virale Erbmaterial enthält die „Bauanleitung“ für die eigenen Proteine.
Viren nutzen die Proteinbiosynthese-Maschinerie der Wirtszelle, da sie nicht
über eigene Enzyme und Ribosomen verfügen.
Hier setzen synthetische hergestellte sog. Antisense-RNAs an, die sich an die
von der Wirtszelle gebildete mRNA mit den Informationen für virale Proteine
binden und so die Anlagerung der ribosomalen Untereinheiten blockieren.
Text ___:
Es besteht die Möglichkeit, das Andocken der Viren an die Membran der
Wirtszelle zu verhindern. Dazu können sich mögliche Medikamente entweder an die viralen Hüllproteine oder an die Proteine der Zellmembran binden,
die für die Endocytose verantwortlich sind. Die Blockade macht eine Aufnahme der Viren in die Wirtszelle unmöglich.
Text ___:
Sobald ein fertiges Virus die Wirtszelle verlassen hat, wird in einem Reifungsprozess ein Polyprotein in mehrere Einzelproteine gespalten. Dafür ist
eine Protease notwendig. Die einzelnen Proteine können dann beispielsweise
das Capsid bilden, das das Erbmaterial umgibt.
Falls die Protease blockiert wird, kann das Polyprotein nicht zerschnitten
werden, der Reifungsprozess ist gestört.
Text ___:
Kurz bevor die fertigen Viren die Zelle verlassen, wird die virale RNA/DNA
in Proteine „verpackt“. Das passiert an der Innenseite der Zellmembran.
Hier können Inhibitoren wirken, die das Entstehen dieser Proteine, die für die
Bindung der RNA/DNA an die Membran verantwortlich sind, auf der Ebene
der Transkription verhindern.
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Station 5: Farbfolie „Medikamente gegen Viren“
Diese Abbildung finden Sie auch im Lehrerbereich der STARK-Homepage
(www.stark-verlag.de) unter „Downloads suchen“.
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Station 5: Folienvorlage „Medikamente gegen Viren“
Farbige Versionen dieser Abbildungen finden Sie auch im Lehrerbereich der STARKHomepage (www.stark-verlag.de) unter „Downloads suchen“.
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