Bakteriophagen und Viren

Question 1

Bakteriophagen

Answer 1

“Bakterienfresser” = Viren, die Bakterien befallen von griechisch βακτήριον (baktērion) “Stäbchen” φαγεῖν (phagein) “fressen”
-10^-6 - 10^-8
-modern:
Phagen und Viren sind genetische Elemente

• infektiöse Einheiten
• intrazelluläre Parasiten
• ohne zelluläre Organisation
• ohne eigenen Stoffwechsel
• Stoffwechsel der Wirtszelle wird umprogrammiert
• extrachromosomal oder Integration in das Wirtsgenom
• Replikation: Cytoplasma oder Kern—- > mobile(s) Gen(e) in einer Schutzhülle

Question 2

Viren und Bakteriophagen

Answer 2

• DNA/RNA
• 2474 kb
• 2->500 nm

Question 3

Phagen-/ Virusaufbau

Answer 3

Minimum - Nukleinsäure (DNA oder RNA) - Proteine

Beispiele: Rhinoviren, Bakteriophage T4, Tabakmosaik-Virus

Fakultativ
- Lipide ( —> Membran) und Glycoproteine

Beispiele: HIV, Pocken, Herpes etc.

Question 4

T4 Aufbau

Answer 4

Minimum

• Nukleinsäure (DNA oder RNA)
• Proteine

Beispiele: Rhinoviren, Bakteriophage T4,

Question 5

HIV: Aufbau eines Viruspartikels mit Mebranhülle

Answer 5

Siehe Folie

Question 6

Viren und subvirale Partikel

Answer 6

Wichtigstes Merkmal: Art der Nukleinsäure

• ds DNA - ss DNA
• (+) ss RNA - (-) ss RNA - ds RNA
• Mischformen
• Proteine (chromosomale DNA)davon abgeleitet:
• Art der Replikation — > direkt oder wechselnd zw. DNA/RNA
• Länge des Genoms, Segmentierung
• linear oder zirkulär
• Sequenz

Question 7

HIV: Klassifikation eines Viruspartikels mit Membranhülle

Answer 7

•   Klasse: (Genom) + ssRNA, revers transkribierend
•   Familie (-viridae) Retroviridae
•   Subfamilie (-virinae) Orthoretrovirinae
•   Genus, Gattung Lentivirus(-virus)
•   Spezies HIV-1

Question 8

Bakteriophage T4: Klassifikation

Answer 8

•   Klasse: (Genom) dsDNA, kein RNA Stadium
•   Ordnung Caudovirales
•   Familie (-viridae) Myoviridae
•   Subfamilie (-virinae) Tevenvirinae
•   Genus, Gattung T4virus (-virus)
•   Spezies Enteropacteria phage T4 sensu lato

T4 sensu lato

Question 9

Viren und subvirale Partikel

Answer 9

Viren, Art der Nukleinsäuren

• ds DNA - ss DNA
• (+) ss RNA - (-) ss RNA - ds RNA - Mischformen

Satellitenviren
- ds DNA - (+) ss RNA

Viroide
- ss RNA

Prionen

Question 10

Satellitenviren

Answer 10

• Plasmide und unvollständige Viren/Phagen, die nur verbreitet werden, wenn ein Helfervirus die Vermehrung übernimmt
• DNA/RNA
• 183 kb
• 10-100 nm
• 0- >12 Proteine im Virion

Question 11

Satellitenviren/-phagen

Bsp

Answer 11

Sattelit : P4 -> Helfer P2 -> Wirt Ecoli

Satellt: Hepatitis Delta Virus -> Helfer: Hepatitis B virus-> Wirt: Mensch

Question 12

Viroide

Answer 12

-RNA

246-434 nt

Question 13

Subvirale Agentien: Viroide

Answer 13

• nur bei Gefäßpflanzen, lösen Pflanzenkrankheiten aus - bei Tieren und Bakterien unbekannt
• systemische Ausbreitung
• kleine, ringförmige RNA-Moleküle, 246-401 nt - ≤ 10 nm
• “nackt”
• keine Proteinhülle
• keine Gene kodiert
• hochgradig selbst-komplementär
• RNase-resistent
• Replikation im Nukleolus oder Chloroplast
• Rolling-circle replication - Selbst-schneidendes Ribozym (ASBVd)

Question 14

Beispiele Subvirale Agentien: Viroide

Answer 14

Beispiele

• Potato Spindle Tuber Viroid - Avocado Sunblotch Viroid
• Apple Dimple Fruit Viroid
• Chrysanthemum stunt viroid

Question 15

Prionen

Answer 15

• Infektiöse Proteine, keine Nukleinsäure nachweisbar oder notwendig
• Kein gentisches Matrial -> Prionproteine chromosomal codiert (glykosyliert, Kupfer-bindend, geordneter und ungebordneter Bereich)
• ~ 5 nm
• 1 Protein im Virion

Question 16

Beispiele Prionen

Answer 16

Scrapie (Traberkrankheit, Schafe)
Bovine Spongiform Enzephalopathy (BSE, Rinderwahn)
Creutzfeld-Jacob Krankheit (CJD, Mensch) Kuru Kuru

Question 17

Prionenerkrankung

Answer 17

• spontane, gelenkte oder durch Mutationen erzeugte Fehlfaltungen chromosomal codierter Proteine
• “Amyloid”

Question 18

Lyse von E.coli durch T4

Answer 18

• Phagensuspension + Suspension von Bakterienzellen -> Weichagar,48°
• MIschen, auf Agarplatte gießen
• Petrischale mit Nähragar
• Topagar auf Nähragar
• Bebrüten,37° über nacht
• Phagen Plaques, Bakterienrasen

Question 19

T4 Infektionszyklus

Answer 19

a) Ungebundener Phage
b) Bindung der Schwanzfasern
c) Irreversible Rezeptorbindung
d) Kontraktion und anschl. Aufnahme der DNA

Question 20

T4: späte Genexpression, Replikation, Morphogenese

Answer 20

• Kopf-Schwanz Phage
• 25 min Zykluszeit
• burst size ≈ 50 Phagen/Zelle
• keine Integration der Phagen-DNA in das Bakterienchromosom
• Komplexe DNA, 169 kbp
• Adsorption an Outer Membrane Protein OmpC
• Frühe, mittlere, späte Transkription
• Modifikation der E. coli RNA Polymerase
• Eigener σ-Faktor für späte Transkription
• Abbau der Wirts-DNA
• Autoassembly der Phagenproteine
• Freisetzung durch Zelllyse

Question 21

Virulente und Temperente Bakteriophagen

Answer 21

T4: Adsorption -> Penetration ->Replikation -> Morphogenes -> Freisetzung

Lambda:
Adsorption ->Penetration ->teilt sich in Integration und Replikation
Integration -> teilt sich in Prophage und Induktion
Induktion -> Excision -> Replikation
Replikation -> Morphogenese ->Freisetzung

Question 22

Lambda Infektionszyklen: Lytischer zyklus

Answer 22

1) Adsorption udn Penetration
2) Replikation
3) Synthese von Virusprotein
4) Zelllyse -> dann wieder 1

Question 23

Lambda Infektionszyklen: Lytsognerzyklus

Answer 23

Nach der Adsorption:

1) Integration und Zelteiulung
2) UV Struhlung
3) Induktion
4) Excision dann Synthes von Virus Protein (lytischer Zyklus)

Question 24

Temperenter Bakteriophage Lambda

Answer 24

lytisch
• Replikation, keine Integration in das Chromosom
• 45 min Zykluszeit
• “burst size” ≈ ca. 100 Phagen/Zelle

lysogen
• Integration in das Chromosom (“Prophage”),
• Wirtszellen werden “lysogen”
• —> Immunität gegen Neuinfektion
• Weitergabe an Tochterzellen bei Teilung

Induktion:
Erneuter Übergang in den lytischen Zyklus (z.B. durch UV-Bestrahlung)

Regulation:
durch 6 regulatorische Proteine, cI, cII, cIII, Cro, N, Q

—-> Lambda ist ein “temperenter Phage”

T4 ist “virulent”

Question 25

Temperenter Bakteriophage Lambda

Answer 25

• Wirt: E. coli K12
• Kopf/Schwanz Phage - Lytisch/Lysogener Zyklus
• DNA linear, 48.502 bp

Question 26

Lambda

Answer 26

1) Adsorption -> Bindung an Maltoporin (LamB, äußere Membran
2) Injektion der DNA-> nach unbekanntem Mechanismus, Co-Rezeptor erforderlich
3) Zirularisierung der DNA -> Zirkularisierung, 5)Superspiralisierung der Gyrase

Question 27

Lambda Transkription

Answer 27

siehe Folie

Question 28

Lambda Genregulation lytischer Zyklus

Answer 28

Lytische Vermehrungsphase von Lambda
• Transkriptionskontrolle durch gpN- und gpQ-vermittelte Antitermination • Repressorbindung (Cro) an eine Operatorsequenz erst spät

Question 29

Lambda: Lysogener Zyklus

Answer 29

Lysogener Zustand
• vermehrte Expression von cII und Integrasegenen — > Expression des cI Gens (Lambda-Repressor)
• ausreichend für Etablierung / Aufrechterhaltung des lysogenen Zustandes

Question 30

Lambda Übersicht

Answer 30

• Temperenter Phage mit lytischem und lysogenem Zyklus
• Komplexe DNA, 48,5 kbp, linear im Phagen, zirkulär im Bakterium
• cos Site
• Adsorption an outer-membrane-protein LamB = Maltoporin
• Frühe, mittlere, späte Transkription
• Transkriptionsregulation durch Antitermination (N und Q)
• Autoassembly der Phagenpartikel mit DNA
• Ortsspezifische Integration in das Wirtschromosom (att)
• Lambda Repressor zur Aufrechterhaltung des lysogenen Zustands

Question 31

Phagentherapie

Answer 31

Verstrahlt: Strahlungsverbrennungen und ihre Behandlung

Selbst-auflösende Pflaster

— > Freisetzung von Bakteriophagen gegen Staphylococcus spp.

Question 32

Vor– und Nachteile Phagentherapie

Answer 32

+ Effektiv, wo Antibiotika versagen + Spezifisch isolierte Bakteriophagen kommerziellen Präparaten überlegen + Anwendung in Nahrungsmittelindustrie zugelassen

– Aufwändige, zeitraubende Suche nach Kombination Wirt/Bakteriophage – Sicherheitsrisiken durch bakterielles Endotoxin

–> Wachsendes Interesse wegen multipler AB Resistenz speziell von Hospitalkeimen

Question 33

Phagenlysine

Answer 33

•  Hochgradig spezifisch • Hitzestabil bis 60˚C • Überwiegend gegen Gram-positive Keime • Geeignet für Therapie/Prophylaxe von Schleimhautkeimen • Geeignet für Therapie/Prophylaxe multiresistenter Keime (z.B. MRSA)
•  Können zusammen mit Antibiotika gegeben werden

–> siehe Folien