Adenoviridae

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Adenoviridae

Adenoviridae

Systematik
Klassifikation: Viren
Realm: Varidnaviria[1]
Reich: Bamfordvirae[1]
Phylum: Preplasmiviricota[1]
Klasse: Tectiliviricetes[1]
Ordnung: Rowavirales[1]
Familie: Adenoviridae
Taxonomische Merkmale
Genom: dsDNA linear
Baltimore: Gruppe 1
Symmetrie: ikosaedrisch, isometrisch
Hülle: keine
Wissenschaftlicher Name
Adenoviridae
Links
ICTVTaxon History: 201902387
NCBITaxonomy: 10508
ViralZone(Expasy,SIB): 4

Die FamilieAdenoviridae(vonaltgriechischἀδήν‚Drüse‘) oderAdenoviren(Einzahl:Adenovirus) umfasstunbehüllteVirenmit einer doppelsträngigen, linearenDNA(Desoxyribonukleinsäure) alsGenom.IhrKapsidhat eineikosaedrischeSymmetrieund besitzt einen besonderen, die Virusfamilie charakterisierenden Aufbau ausPenton- undHexon-Kapsomeren.An den Pentonen sind typische, antennenartigeFiberproteineverankert, die denVirionender Familie ihr „satellitenartiges “Erscheinungsbild geben. Die Familie beinhaltet derzeit 47 human- und tierpathogene Virusspezies mit zahlreichenSubtypenbeiSäugetieren,Vögeln,ReptilienundFischen.Beim Menschen verursachen diehumanen Adenovirenüberwiegend Erkrankungen derAtemwege.

Die ersten Adenoviren wurden 1953 von einer Arbeitsgruppe umWallace P. RoweundRobert J. HuebnerausTonsillenund anderem adenoidem Drüsengewebe von Kindern isoliert und in einerZellkulturvermehrt.[2][3]Diese unter anderem bei Erkältungskrankheiten vorgefundenen Viren wurden auch alsAdenoidal-Pharyngeal-Conjunctival-Viren(APC-Viren) undAdenoid Degeneration Agents(A-D-Agents,im DeutschenAD-Agens) bezeichnet, da sie in adenoidem Gewebe nekrotische Veränderungen verursachen.[4]

In der Geschichte derMolekularbiologiespielen dieAdenoviridaeeine bedeutende Rolle, da bei ihnen 1977 ein grundlegender Prozess derGenexpressionentdeckt wurde, das so genannteSpleißen.In der Gentechnik und der virologischen Forschung sind Adenoviren für das Einschleusen von DNA alsviraler VektorinZellenund Organismen von gewisser Bedeutung.

Morphologie

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KapsidderAdenoviridae.Schemazeichnungen

Die unbehüllten Kapside derAdenoviridaesind zwischen 70 und 90 nm im Durchmesser groß und bestehen aus 252Kapsomeren.Von diesenKapsomerenexistieren zwei unterschiedliche Typen: 12 der sogenanntenPentoneund 240 derHexone.Die Hexone (8–10 nm) bestehen aus einemTrimerdes Hexonproteins (Virusprotein II,Molekülmasse120kDa) und sind bei Mitgliedern der GattungMastadenovirusdurch weitere hexonassoziierte Proteine an ihren Kontaktstellen stabilisiert (VP IX, X, XI). An der Innenseite der Hexone befinden sich zwei weitere Proteine (VP VI und VIII), die gleichzeitig mit Proteinen des innersten Nukleoproteinkomplexes interagieren. Das VP VI befindet sich in ringförmiger Anordnung nur an den fünf Hexonen, die jeweils um ein Penton gelagert sind.

Die Pentone befinden sich an den Ecken der ikosaedrischen Symmetrie (an den Achsenpunkten der fünfstrahligen Symmetrieachse) und bestehen aus einemPentamerdes Pentonbasisproteins (VP III, 80 kDa) und dem pentonbasisassoziierten Protein (VP IIIa, 66 kDa). An den Pentonen setzen die – je nach Spezies zwischen 9 und 77,5 nm langen – Fibern (spikes) an, die aus Trimeren des glykosylierten Fiberproteins (VP IV, 62 kDa) zusammengesetzt sind. Innerhalb der GattungAviadenovirusbestehen die Fibern aus zwei unterschiedlichen Fiberproteinen.

Das Fiberprotein vermittelt die Bindung an die Oberfläche der Wirtszelle und induziert die gruppenspezifischenAntikörper.Einen Nachteil von unbehüllten Viren gegenüber behüllten können die Adenoviren daher aufgrund der Fiberstruktur umgehen: Eine Anpassung an einen neuen Wirt oder eine neue Zielzelle (damit einem neuenRezeptor) können unbehüllte Viren gewöhnlich nur durchMutationenihrer äußersten Kapsidproteine realisieren; diese Mutationen können jedoch zu einer Instabilität des Kapsids oder dem vollständigen Verlust seiner Verpackungsfähigkeit führen. Die Adenoviren haben hingegen die Möglichkeit, neue Varianten allein durch Mutationen der Fiberstrukturen zu entwickeln und das komplexe Kapsid unverändert beizubehalten.

Das Innere (Core) der Adenoviren ist von einem Nukleoproteinkomplex angefüllt, der aus dem doppelsträngigen, linearen DNA-Genom besteht, an das diebasischenProteine VP VII und X (bei der GattungMastadenoviruszusätzlich VP V) angelagert sind. Zusätzlich befindet sich an beiden 5’-Enden der dsDNA einkovalentgebundenes Protein, das sogenannteTerminale Protein(TP).

Genomkarte der Spezies Humanes Mastadenovirus C (Serotyp 2, Referenzstamm)
Genomkarte der Spezies Humanes Mastadenovirus C (Serotyp 5)

Das Genom ist zwischen 26 und 45kBplang und enthält an beiden Endenrepetitive Sequenzen,die so genannten ITRs(Inverted terminal repeats).Innerhalb der Familie ist der zentrale Anteil des Genoms, der überwiegend für die Strukturproteine des Kapsids codiert, sehrkonserviert.Die Gattungen unterscheiden sich jedoch wesentlich in der DNA-Sequenz und deren Genprodukte an den Enden des Genoms.

  • Virion eines Adenovirus
    Virion eines Adenovirus
  • Struktur der Adenoviren
    Struktur der Adenoviren
  • Kapsid eines Adenovirus
    Kapsid eines Adenovirus
  • Schemazeichnung eines Adenovirus
    Schemazeichnung eines Adenovirus

Systematik

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Die Systematik nachICTV(Stand November 2018) beinhaltet u. a. folgende Spezies:

Schimpansen-Adenoviren:AusSchimpansenisolierte Adenoviren werden aufgrund ihrer großen Ähnlichkeit mit bestimmten Humanen Adenoviren (HAdVs) in „menschliche “Adenovirus-Arten klassifiziert. So gehören die Simian-Adenoviren SAdV-22 bis SAdV-25 zur SpeziesHuman-Mastadenovirus Eund SAdV-21 zur SpeziesHuman-Mastadenovirus B.[11]

Ähnlichkeiten zu anderen Viren

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DerPhagePRD1 (FamilieTectiviridae) zeigt in der Struktur des Kapsids und der Schwanzfibern auffällige Ähnlichkeiten mit Adenoviren. Auch die Anordnung einiger Gene auf dem Genom dieses Phagen (DNA-Polymerase, Terminales Protein) und das Vorhandensein zweier ITRs (Inverted terminal repeats) zeigt Analogien, was insgesamt auf einen stammesgeschichtlichen Zusammenhang mit den Adenoviren hindeutet.[12]Beide Familien wurden daher vom ICTV im März 2020 in dieselbe KlasseTectiliviricetesgestellt.[1]

In Pflanzen und Pilzen findet sich, teils imCytoplasmaoder innerhalb derMitochondrien,ein linearesPlasmid(z. B. das „Killer-Plasmid “der Hefe), das eine ähnliche Anordnung der Gene für die ITRs, die Polymerase und das Terminale Protein zeigt.

Die Schwanzfibern vieler Mitglieder derAdenoviridaeund dasCoxsackievirusB nutzen den gleichenRezeptorCAR (Coxsackie-Adenovirus-Rezeptor) zur Erkennung von Zielzellen. Darüber hinaus haben die adenoviralen Schwanzfibern strukturelle Ähnlichkeiten mit einem Anheftungsprotein innerhalb derReoviridae.

Anwendungen

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Humane Adenoviren(vor allem Typ 5 aus der Spezies C) sind ein im Labor weit verbreiteter gentherapeutischer Vektor.

  • Gam-COVID-Vac– Eine Anwendung von Adenoviren verfolgen russische Forscher bei der Bekämpfung vonCOVID-19.Zwei modifizierte rekombinante humane Viren (Adenovirus Typ 26 (rAd26-S) und Adenovirus Typ 5 (rAd5-S)) exprimieren das Spikeprotein von SARS-CoV-2. Der Einsatz zweier verschiedener Adenovirusvektoren soll garantieren, dass der Impfstoff funktional bleibt, sollte die Immunabwehr einen der beiden Vektoren erkennen und ausschalten.[19]
  • Beim zugelassenen COVID-19-ImpfstoffAd26.COV2.Swerden ebenfalls modifizierte Ad26-Adenoviren verwendet.[20]
  • Ad5-Adenoviren wurden 2007 als Trägerviren zur Impfung gegenAIDSparallel in zwei Studien getestet („STEP “und „Phambili “-Studien mitMRK-Ad5 AIDS), wobei sich herausstellte, dass die Gegenwart des Impfstoffes die Wahrscheinlichkeit erhöhte, sich mitHIVzu infizieren – bei unbeschnittenen Männern, die ungeschützten Analverkehr hatten,[21]und die vorher mit Ad5-Adenoviren infiziert waren.[20]In der STEP-Studie war dies am Zeitpunkt des Abbruches wegen mangelnder Wirksamkeit statistisch aber nicht signifikant: Von 1,500 Probanden erkrankten 24 mit dem Impfstoff an HIV, dagegen 21, die mindestens einmal das Placebo erhalten hatten.[22]Bei Probanden, die zweimal geimpft wurden, erkrankten 19 an HIV (Impfstoff) und 11 in der Placebogruppe.[22]Eine Gruppe renommierter Forscher warnte 2020 in einem gemeinsamen Aufruf inThe Lancetdaher vor der Verwendung von Ad5-Adenoviren als Trägerviren fürCOVID-19-Impfstoffe.[23]Eine mögliche Rolle spielten hierbeiT-Helferzellen,die durch Adenoviren stark stimuliert werden und gleichzeitig für HI-Viren als Wirtszellen dienen.[20]

Die als Vektor verwendeten Viren sind replikationsgehemmt. Ihnen fehlt eine Genregion, die für die Vermehrung notwendig ist.[20]

Neben humanen Adenoviren werden auch ausSchimpansen-Adenoviren (ChAdoderAdC) abgeleitete nicht-replizierende Vektoren getestet. Vorteile gegenüber humanen Adenoviren ist bei ChAd die vernachlässigbareSeroprävalenzunter Menschen.[24]Zudem vermittelt eine bestehende Immunität gegenüber humanen Adenoviren des Types 5 keine gegenüber ChAd. Im Mittelpunkt steht hierbei ChAdOx1, das vomJenner Institute(inOxford) entwickelt wurde. ChAdOx1 wird als Impfstoff gegen verschiedene Krankheiten klinisch geprüft bzw. ist bereits zugelassen:

  • gegen SARS-CoV-2 steht der bereits zugelassene ImpfstoffVaxzevria,zuvor AZD1222, auchChAdOx1 nCoV-19,vonAstraZenecazur Verfügung.
  • weitere auf ChAdOx1-basierende Impfstoffe sind beispielsweise in klinischer TestungChAdOx1 MERSgegenMERS,[25]sowie präklinischChAdOx1 ZIKVgegen dasZika-Virus[26]oderChAdOx1 sCHIKVgegenChikungunya-Virus[27](noch laufende Phase-I-Studien)[28].

Neben ChAdOx1 wird auch die Plattform ChAd-SARS-CoV-2-S als potentieller Impfstoff gegen SARS-CoV-2 entwickelt, es liegen bereits erste tierexperimentelle Daten zur Wirksamkeit vor.[29]

Ein Impfstoff auf Basis von Adenoviren soll denTasmanischen Teufelgegen die ansteckende Krebskrankheit DFTD1 immun machen.[30]

Gesundheitliche Folgen beim Menschen

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Humane Adenoviren verursachen eine Vielzahl von unterschiedlichen Erkrankungen. Die unterschiedlichen Spezies A–G der Adenoviren sind nicht eindeutig einem Krankheitsbild zuzuordnen. Die Erkrankungen, die durch humane Adenoviren ausgelöst werden, können von leichten bis schwerenAtemwegsinfektionen,über disseminierte (verteilte)Infektionenbei immunsupprimierten Kindern, als auchDurchfällesein. Vor allem ist das humane Adenovirus (Typ 19) bekannt dafür, Keratokonjunctivitiden (Augenentzündung mit Beteiligung derCornea) auszulösen.[31]Nach einer US-Studie soll das Adenovirus 36 menschliches Fettgewebe dazu veranlassen, sich in besonders große Fettzellen zu verwandeln, wodurch eine Dickleibigkeit hervorgerufen werden kann.[32][33]

Literatur

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  • M. B. Matthews, T. Shenk:Adenovirus virus-associated RNA and translational control.In:Journal of Virology,65, 1991, S. 5657–5662.
  • C. M. Fauquet, M. A. Mayo et al..:Eighth Report of the International Committee on Taxonomy of Viruses.London / San Diego 2004,ISBN 978-0-12-249951-7.
  • David M. Knipe,Peter M. Howley(Hrsg.):Fields’ Virology.4. Auflage. Philadelphia 2001.
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Commons:Adenoviridae– Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

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  1. ↑abcdefICTV:ICTV Taxonomy history: Human mastadenovirus C,EC 51, Berlin, Germany, July 2019; Email ratification March 2020 (MSL #35)
  2. ↑W. P. Rowe et al.:Isolation of a cytopathogenic agent from human adenoids undergoing spontaneous degeneration in tissue culture.In:Proceedings of the Society for Experimental Biology and Medicine. Society for Experimental Biology and Medicine (New York, N.Y.).Band84,Nr.3,Dezember 1953,S.570–573,doi:10.3181/00379727-84-20714,PMID 13134217(englisch).
  3. ↑U. Krech. In:Lehrbuch der Medizinischen Mikrobiologie.6. Auflage. Gustav Fischer Verlag, Stuttgart 1988, S. 640.
  4. ↑Hans von Kress(Hrsg.):Müller–Seifert.Taschenbuch der medizinisch-klinischen Diagnostik.69. Auflage. Verlag von J. F. Bergmann, München 1966, S. 1062.
  5. ↑SIB:Atadenovirus,auf: ViralZone
  6. ↑SIB:Aviadenovirus,auf: ViralZone
  7. ↑SIB:Ichtadenovirus,auf: ViralZone
  8. ↑NCBI:Canine mastadenovirus A(species)
  9. ↑abcThe Double Stranded DNA Viruses.In:Virus Taxonomy.Elsevier, 2005,ISBN 978-0-12-249951-7,S.33–276,doi:10.1016/b978-0-12-249951-7.50010-9.
  10. ↑SIB:Siadenovirus,auf: ViralZone
  11. ↑9th report/dsdna-viruses-2011/w/dsdna viruses/93/adenoviridae ICTV 9th Report (2011): Adenoviridae@1@2Vorlage:Toter Link/talk.ictvonline.org(Seite nicht mehr abrufbar,festgestellt im August 2019.Suche in Webarchiven)Info:Der Link wurde automatisch als defekt markiert. Bitte prüfe den Link gemäßAnleitungund entferne dann diesen Hinweis.
  12. ↑Eugene V. Koonin, Valerian V. Dolja, Mart Krupovic:Origins and evolution of viruses of eukaryotes: The ultimate modularity.In:Virology,Band 2, Nr. 25, Mai 2015, S. 479–480. Epub 12. März 2015,PMC 5898234(freier Volltext),PMID 25771806
  13. ↑H. Tazawa, S. Kagawa, T. Fujiwara:Advances in adenovirus-mediated p53 cancer gene therapy.In:Expert opinion on biological therapy.Band 13, Nummer 11, November 2013,ISSN1744-7682,S. 1569–1583,doi:10.1517/14712598.2013.845662,PMID 24107178.
  14. ↑Svetlana Atasheva et al.:Systemic cancer therapy with engineered adenovirus that evades innate immunity,in: Science Translational Medicine, Band 12, Nr. 571, eabc6659 25. November 2020,doi:10.1126/scitranslmed.abc6659,dazu:
  15. ↑IVI, INOVIO, and KNIH to partner with CEPI in a Phase I/II clinical trial of INOVIO's COVID-19 DNA vaccine in South Korea.International Vaccine Institute, 16. April 2020,abgerufen am 23. April 2020.
  16. ↑Safety, Tolerability and Immunogenicity of INO-4800 for COVID-19 in Healthy Volunteers - Full Text View.In:clinicaltrials.gov.24. April 2020,abgerufen am 29. April 2020.
  17. ↑Jana Zeh:Ungefährliches Virus als Träger – Impfstoff aus China zeigt Immunreaktionen,auf n-tv.de vom 26. Mai 2020
  18. ↑Feng-Cai Zhu et al.:Safety, tolerability, and immunogenicity of a recombinant adenovirus type-5 vectored COVID-19 vaccine: a dose-escalation, open-label, non-randomised, first-in-human trial.In:Lancet (London, England).Band395,Nr.10240,13. Juni 2020,S.1845–1854,doi:10.1016/S0140-6736(20)31208-3,PMID 32450106,PMC 7255193(freier Volltext) – (englisch).
  19. ↑aerzteblatt.de
  20. ↑abcdLars Fischer:Adenovirus-Impfung: Vier Vorteile und ein Rätsel.In:Scilogs.Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft, 6. Februar 2021,abgerufen am 7. Februar 2021.
  21. ↑Susan P. Buchbinder et al.:Use of adenovirus type-5 vectored vaccines: a cautionary tale.In:The Lancet.Band396,Nr.10260,31. Oktober 2020,S.e68–e69,doi:10.1016/S0140-6736(20)32156-5,PMID 33091364(englisch).
  22. ↑abPhambili HIV Vaccine Trial Stopped.In:IAVI.23. Oktober 2007,abgerufen am 2. März 2021(englisch).
  23. ↑John Cohen:Could certain COVID-19 vaccines leave people more vulnerable to the AIDS virus?sciencemag.org, 19. Oktober 2020,abgerufen am 22. Januar 2021.
  24. ↑Susan J. Morris et al.:Simian adenoviruses as vaccine vectors.In:Future Virology.Band11,Nr.9,1. September 2016,S.649–659,doi:10.2217/fvl-2016-0070,PMID 29527232,PMC 5842362(freier Volltext) – (englisch).
  25. ↑Pedro M. Folegatti et al.:Safety and immunogenicity of a candidate Middle East respiratory syndrome coronavirus viral-vectored vaccine: a dose-escalation, open-label, non-randomised, uncontrolled, phase 1 trial.In:The Lancet Infectious Diseases.Band20,Nr.7,1. Juli 2020,S.816–826,doi:10.1016/S1473-3099(20)30160-2,PMID 32325038(englisch).
  26. ↑César López-Camacho et al.:A Zika vaccine based on chimpanzee adenovirus ChAdOx1 elicits lineage-transcending sterile immunity and prevents colonisation of brain and ovaries.In:bioRxiv.14. Januar 2019,S.514877,doi:10.1101/514877(englisch).
  27. ↑César López-Camacho et al.:Assessment of Immunogenicity and Neutralisation Efficacy of Viral-Vectored Vaccines Against Chikungunya Virus.In:Viruses.Band11,Nr.4,3. April 2019,doi:10.3390/v11040322,PMID 30987160,PMC 6521086(freier Volltext) – (englisch).
  28. ↑Zika Vaccine Study (ZIKA001).In:The Jenner Institute.Abgerufen am 21. Februar 2021(englisch).
  29. ↑Ahmed O. Hassan et al.:A Single-Dose Intranasal ChAd Vaccine Protects Upper and Lower Respiratory Tracts against SARS-CoV-2.In:Cell.Band183,Nr.1,1. Oktober 2020,S.169–184.e13,doi:10.1016/j.cell.2020.08.026,PMID 32931734,PMC 7437481(freier Volltext) – (englisch).
  30. ↑Gemma Conroy:Tasmanian devil cancer vaccine approved for testing.In:Nature,30. Juni 2023;doi:10.1038/d41586-023-02124-4.Übersetzung:Ansteckender Krebs: Rettet ein neuer Impfstoff die Tasmanischen Teufel?Auf:spektrum.devom 4. Juli 2023.
  31. ↑J. P. Lynch, M. Fishbein, M. Echavarria:Adenovirus.In:Seminars in respiratory and critical care medicine.Band 32, Nummer 4, August 2011,ISSN1098-9048,S. 494–511,doi:10.1055/s-0031-1283287,PMID 21858752(Review).
  32. ↑Übergewicht: Erkältungsvirus macht Kinder dick.In:Focus Online.20. September 2010,abgerufen am 17. März 2015.
  33. ↑H. N. Na, H. Kim, J. H. Nam:Prophylactic and therapeutic vaccines for obesity.In:Clinical and experimental vaccine research.Band 3, Nummer 1, Januar 2014,ISSN2287-3651,S. 37–41,doi:10.7774/cevr.2014.3.1.37,PMID 24427761,PMC 3890448(freier Volltext) (Review).
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