Wussten Sie, dass etwas so Kleines, das mit bloßem Auge unsichtbar ist, Ihre Körperzellen kapern und sich darin sehr schnell vermehren kann? Solche mikroskopisch kleinen Erreger – Viren – nutzen den Körper für ihre eigene Vermehrung.
Viren können sich nicht selbstständig vermehren; dafür benötigen sie die zelluläre Maschinerie einer Wirtszelle. Deshalb infizieren sie lebende Organismen, zum Beispiel den Menschen.
Nach dem Eindringen in den Körper übernehmen Viren Zielzellen über mehrere aufeinanderfolgende Schritte. Das Immunsystem reagiert darauf, um diese Virusinfektion zu kontrollieren und zu bekämpfen.
Diesen Ablauf in einem Diagramm zu visualisieren, ist besonders hilfreich: Es macht Invasion, Übernahme und Abwehr eines „unsichtbaren“ Erregers verständlich.
In diesem Beitrag erläutern wir den Ablauf einer Virusinfektion und geben Ihnen eine Schritt-für-Schritt-Anleitung, wie Sie Ihr eigenes Diagramm erstellen.
In diesem Artikel
Wie infizieren Viren Zellen?
Viren infizieren Zellen über einen spezifischen, geordneten Prozess. Zunächst gelangen sie in den Körper (z. B. über Atemwege oder Schleimhäute). Anschließend bewegen sie sich zu den Zellen, die sie als Zielzellen nutzen können.
Jedes Virus kann nur bestimmte Zelltypen infizieren. Diese Spezifität entsteht dadurch, dass virale Oberflächenproteine nur an passende Rezeptoren auf der Zelloberfläche binden. So infiziert das COVID-19-verursachende Virus SARS-CoV-2 bevorzugt Zellen, die den ACE2-Rezeptor exprimieren.
Anheftung, Eintritt, Replikation
Der erste Schritt der Infektion ist die Anheftung. Dabei bindet das Virus über Oberflächenproteine an Rezeptoren der Wirtszelle. Diese Bindung ist hochspezifisch und folgt häufig dem Schlüssel-Schloss-Prinzip.
Nach der Anheftung dringt das Virus in die Zelle ein. Das kann durch Fusion mit der Zellmembran oder durch Endozytose erfolgen, bei der die Zelle das Virus aufnimmt.
Nach dem Eintritt setzt das Virus sein genetisches Material frei (Uncoating/Dekapsidierung). Erst danach kann das virale Erbmaterial in der Zelle aktiv werden.
Im nächsten Schritt nutzt das Virus die zelluläre Maschinerie, um virale Nukleinsäuren und Proteine herzustellen. Die neu gebildeten Komponenten werden zu vollständigen Viruspartikeln zusammengesetzt.
Schließlich werden die neuen Viren freigesetzt – entweder durch Zelllyse (die Wirtszelle platzt) oder durch Knospung (Budding). Dadurch wird die Wirtszelle geschädigt und die Infektion kann sich auf benachbarte Zellen ausbreiten.
6 Phasen der Virusinfektion
Von der Anheftung bis zur Freisetzung
Aufbauend auf der vorherigen Erklärung lässt sich eine Virusinfektion in eine Abfolge von Schritten gliedern. Jeder Schritt trägt dazu bei, dass das Virus im Wirt überlebt und sich weiterverbreiten kann.
- 1. Anheftung
Die Anheftung ist die erste Phase der Virusinfektion. Dabei bindet das Virus an spezifische Rezeptoren auf der Zellmembran der Wirtszelle.
Diese Bindung ist hochspezifisch: Nur Zellen mit passenden Rezeptoren können infiziert werden. Die Anheftung ermöglicht dem Virus, geeignete Wirtszellen zu erkennen.
- 2. Eintritt
Nach der Bindung an den Rezeptor dringt das Virus in die Wirtszelle ein. Je nach Virus erfolgt dies durch Fusion mit der Zellmembran oder durch Endozytose. In dieser Phase ist das Virus bereits in der Zelle, häufig aber noch von seiner Proteinhülle umgeben.
- 3. Dekapsidierung (Uncoating)
Bei der Dekapsidierung wird die virale Proteinhülle entfernt. Dadurch wird die virale DNA oder RNA in der Wirtszelle freigesetzt.
Das genetische Material wird im Zytoplasma oder im Zellkern aktiv. Dieser Schritt ist notwendig, damit das Virus die Prozesse der Wirtszelle für seine Vermehrung nutzen kann.
- 4. Replikation
In der Replikationsphase steuert das virale Erbmaterial die Maschinerie der Wirtszelle. Es werden Kopien des viralen Genoms sowie virale Proteine produziert.
Anschließend werden die neu gebildeten viralen Proteine und Nukleinsäuren zusammengesetzt und so angeordnet, dass vollständige Viruspartikel (Virionen) entstehen.
- 6. Freisetzung
In der letzten Phase verlassen neue Viren die Wirtszelle. Dies kann durch Zelllyse oder Knospung erfolgen. Die freigesetzten Viren können benachbarte Zellen infizieren; in dieser Phase können auch Symptome wie Husten oder Fieber auftreten.
Immunantwort auf Viren
Das Immunsystem ist das Abwehrsystem des Körpers. Es schützt den Organismus vor Krankheitserregern wie Viren. Sobald ein Virus in den Körper gelangt, wird eine Immunreaktion ausgelöst, um die Infektion zu kontrollieren und zu beseitigen.
Angeborene und adaptive Immunität
Die Immunantwort auf Viren umfasst zwei eng zusammenarbeitende Bereiche: die angeborene und die adaptive Immunität.
Angeborene Immunität
Die angeborene Immunität ist die erste Abwehrlinie. Sie reagiert schnell und unspezifisch, ohne dass zuvor Kontakt mit dem Erreger bestanden haben muss.
Barrieren wie Haut, Schleimhäute und Zilien erschweren Viren das Eindringen. Wenn Viren diese Barrieren überwinden, werden Immunzellen aktiv, darunter Makrophagen, neutrophile Granulozyten und natürliche Killerzellen (NK-Zellen), die infizierte Zellen erkennen und eliminieren können.
Außerdem werden Botenstoffe wie Interferone (IFNs) freigesetzt. Sie unterstützen die antivirale Abwehr, indem sie in umliegenden Zellen Schutzprogramme aktivieren und die Virusvermehrung hemmen können.
Adaptive Immunität
Die adaptive Immunität entwickelt sich gezielter und benötigt mehr Zeit. Sie bietet dafür eine spezifische Antwort gegen das Virus und kann langfristigen Schutz aufbauen.
B-Zellen bilden Antikörper, die Viruspartikel binden und neutralisieren können. T-Helferzellen koordinieren die Immunantwort, während zytotoxische T-Zellen virusinfizierte Zellen abtöten und so die Ausbreitung begrenzen.
Immunologisches Gedächtnis:
Nach Abklingen der Infektion verbleiben Gedächtnis-B-Zellen und Gedächtnis-T-Zellen im Körper. Bei erneutem Kontakt mit demselben Virus kann die Immunantwort dadurch meist schneller und effektiver ausfallen – ein Prinzip, auf dem auch Impfungen beruhen.
Gerade deshalb ist es hilfreich, den Ablauf einer Virusinfektion zu verstehen und für Lehre, Forschung oder Aufklärung visuell aufzubereiten.
So erstellen Sie ein Virusinfektions-Diagramm mit EdrawMax
In der Biologie ist das Visualisieren ein wichtiger Schritt, um komplexe Zusammenhänge besser zu verstehen. Mit digitalen Tools lassen sich biologische Prozesse zudem effizient und klar darstellen.
EdrawMax ist ein leistungsstarkes Tool mit vielen Funktionen zum Erstellen wissenschaftlicher Diagramme. Sie finden dort zahlreiche Vorlagen zur Mikrobiologie, die Sie bearbeiten und bei Bedarf auch für die Offline-Nutzung exportieren können.
Mit der folgenden Anleitung erstellen Sie Ihr eigenes Diagramm zu einer Virusinfektion und der Wirtsreaktion darauf.
Schritt 1 EdrawMax-Mikrobiologievorlagen verwenden
- Sie können EdrawMax online öffnen oder die App auf Ihrem PC, Smartphone, MacBook usw. herunterladen.
- Nach dem Öffnen wählen Sie links die Vorlagen-Community aus.
- Geben Sie dort Mikrobiologie ein; dann sehen Sie passende Diagramm- und Flussdiagramm-Vorlagen. Wählen Sie eine Vorlage aus oder erstellen Sie Ihr Diagramm von Grund auf neu.
- Sie können auch direkt in Ihrer Suchmaschine nach „Mikrobiologie-Vorlagen EdrawMax“ suchen.
Schritt 2 Infektionsdiagramme Schritt für Schritt erstellen
- Fügen Sie aus den Grundformen einen Kreis ein und zeichnen Sie damit die Zellmembran der Wirtszelle.
- Duplizieren Sie den Kreis, wenden Sie den Effekt eines gepunkteten Rings an und färben Sie ihn ein. Halten Sie die Linien etwas dicker.
- Zeichnen Sie oben im Ring mit einer ovalen oder runden Form den Zellkern.
- Erstellen Sie eine bohnenförmige Struktur für Mitochondrien und zeichnen Sie die Cristae.
Schritt 3 Virusstruktur darstellen
- Gehen Sie im linken Menü zu Bilder und suchen Sie nach einem Virus oder nach einem spezifischen Virus, z. B. Coronavirus.
- Sie können die Virusstruktur auch über die Symbolbibliothek suchen oder sie mit Grundformen und Spikes zeichnen.
- Fügen Sie in der Nähe der Struktur eine Beschriftung mit dem Namen „SARS-CoV-2“ hinzu.
- Stellen Sie den Eintrittsmechanismus dar, indem Sie den Rezeptor „ACE2“ einzeichnen und beschriften.
- Fügen Sie eine Beschriftung hinzu, um die Endozytose zu kennzeichnen.
Schritt 4 Komponenten der Immunantwort zeichnen
- Zeichnen Sie die Komponenten der Immunantwort nacheinander, indem Sie abgerundete Rechtecke hinzufügen.
- Fügen Sie Erkennungsrezeptoren hinzu: TLR3 (erkennt doppelsträngige RNA) und TLR7 (erkennt einzelsträngige RNA). Diese Toll-like-Rezeptoren spielen eine Rolle in der angeborenen Immunität.
- Fügen Sie anschließend Signalwege mit Verbindungspfeilen hinzu, z. B. MyD88, IRAK, NF-κB, AP-1 und kIRF7, die an Immunantworten beteiligt sind.
- Fügen Sie auf der rechten Seite Zytokine hinzu.
- Veranschaulichen Sie Inflammasom-Komponenten unten rechts sowie mitochondrialen Stress im unteren Bereich.
Schritt 5 Didaktische Anmerkungen hinzufügen
- Legen Sie eine Farbcodierung fest und ergänzen Sie Details zu Prozessen und Komponenten.
- Nutzen Sie kleine Callout-Felder in der Nähe komplexer Begriffe.
- Richten Sie Elemente gleichmäßig aus, um den Platz sauber zu nutzen.
- Gruppieren Sie Abschnitte mit Strg+G und fassen Sie anschließend alle Komponenten zu einer Einheit zusammen.
Schritt 6 Diagramm exportieren
Wenn Sie fertig sind, exportieren Sie das Diagramm oben rechts über die Export-Funktion. Je nach Bedarf können Sie in verschiedene Formate exportieren, z. B. JPG, PNG, SVG, PDF, Word und Grafikformate.
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