Coronaviren: Überblick und Vergleich

Coronavirus

Coronaviren sind eine Gruppe verwandter Viren, die eine einzelsträngige RNA RNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA mit positivem Sinn enthalten. Der Name Coronavirus leitet sich von dem griechischen Wort „κορώνα“ ab, das übersetzt „Krone“ bedeutet, und die kleinen keulenförmigen Oberflächenproteine, die in elektronenmikroskopischen Aufnahmen als Ring um die Virushülle sichtbar sind, beschreibt. Coronaviren haben große Genome, eine Neigung zu Mutationen und häufigen Rekombinationen, die zu einer Vielfalt von Arten geführt haben. Diese neuen Arten sind in der Lage, sich schnell an neue Wirte und ökologische Umgebungen anzupassen. Neue Coronavirus-Infektionen sind sowohl bei Menschen als auch bei Tieren aufgetreten. Coronaviren sind die Ursache für einen kleinen Anteil der Fälle von grippalen Infekten, des schweren akuten respiratorischen Syndroms (SARS), des Mittleren Osten schweren akuten respiratorischen Syndroms (MERS) und der Coronavirus-Erkrankung 2019 (COVID-19).

Redaktionelle Verantwortung: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

Inhalt

Klassifikation

Allgemeine Merkmale

Pathophysiologie

Von Coronaviren verursachte Krankheiten

Vergleich von ähnlichen Viren

Quellen

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Klassifikation

RNA-Viren Flussdiagramm Klassifizierung — Klassifikation von RNA-Viren:
Viren können auf viele Arten klassifiziert werden. Die meisten Viren haben jedoch ein Genom, das entweder aus DNA oder RNA besteht. RNA-Genom-Viren können weiter unterschieden werden zwischen einzel- oder doppelsträngig. „Behüllte“ Viren sind von einer dünnen Hülle aus Zellmembranen umgeben, die in der Regel von der Wirtszelle stammt. Fehlt die Hülle, werden die Viren als „unbehüllte, nackte“ Viren bezeichnet. Viren mit positiv-einzelsträngigen Genomen werden als „sense“-Viren bezeichnet, wenn die Abfolge der Basen der RNA, der Abfolge der zukünftigen mRNA entspricht, die in Proteine übersetzt wird. Einzelsträngige Viren mit negativer Polarität verwenden die RNA-abhängige RNA-Polymerase, ein virales Enzym, um ihr Genom in eine mRNA umzuschreiben.
Bild von Lecturio. Lizenz: CC BY-NC-SA 4.0

Allgemeine Merkmale

Struktur

Sphärisch
120 nm im Durchmesser
Gekennzeichnet durch seine keulenförmigen oder „kronenartigen“ Oberflächenproteine
Behüllt, wobei die Virushülle die folgenden Proteine Proteine Proteine und Peptide enthält:
- Spike (S)-Protein
- Hämagglutinin-Esterase (HE)-Protein
- Membranprotein (M)
- Hüllprotein (Englische Abkürzung: E)
Das Nukleokapsid ist groß und hat eine spiralförmige Symmetrie.
Ein einzelsträngiges RNA-Genom von etwa 26–31 Kilobasen

Hüllproteine werden als Coronavirus bezeichnet — Hüllproteine sind gekennzeichnet:
S: Spike
HE: Hämagglutinin-Esterase
M: Membran
E: Hüllprotein
N: Nukleokapsid
(+)ssRNA: einzelsträngige RNA mit sense
Bild: „Structur of coronavirus“ von Nongluk S et al. Lizenz: CC BY 4.0

Klinisch relevante Arten

Die Familie Coronaviridae umfasst 2 Unterfamilien:
- Letovirinae (hat keine medizinisch relevanten Arten)
- Orthocoronavirinae ist in 4 Gattungen unterteilt:
  - Alphacoronavirus und Betacoronavirus (infizieren Säugetiere)
  - Gammacoronavirus und Deltacoronavirus (infizieren hauptsächlich Vögel)
Die meisten der den Menschen infizierenden Coronavirusarten gehören zur Gattung der Betacoronaviren. Zu den wichtigsten gehören:
- Humane Coronaviren (HCoV-OC43, HCoV-HKU1, HCoV-2293)
- Schweres Akutes Respiratorisches Syndrom – Coronavirus (SARS-CoV)
- Coronavirus im Zusammenhang mit dem Respiratorischen Syndrom des Nahen Ostens (MERS-CoV)
- Schweres Akutes Respiratorisches Syndrom Coronavirus 2 (SARS-CoV-2)

Pathophysiologie

Übertragung

Reservoire:
- Man geht davon aus, dass Chiroptera (Fledermäuse) die ursprünglichen Wirte für alle Alphacoronaviren und Betacoronaviren und somit auch für alle menschlichen Coronaviren sind.
- Kamele können auch ein Reservoir für MERS sein.
- Vögel sind die natürlichen Reservoire und Wirte für alle Gammacoronaviren und Deltacoronaviren.
Wege der Übertragung:
- Fäkal-oral
- Tröpfchen in der Atemluft und Verbreitung über die Luft
- Kontakt mit infizierten Oberflächen und Ansteckungsstoffen
- Für SARS-CoV-2 wurde eine vertikale Übertragung festgestellt.

Virulenzfaktoren

Die meisten Coronaviren haben 4 Strukturproteine: S, E, M und N.

Die S-, E- und M-Proteine bilden die Virushülle.
Das N-Protein bildet einen Komplex mit der RNA RNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA (Nukleokapsid) und hilft bei der Regulierung der viralen RNA-Synthese.
Das M-Protein ragt an der Außenfläche der Hülle hervor und ist wichtig für den Zusammenbau des Virus.
Die Funktion des E-Proteins ist unklar, obwohl es möglicherweise zur Freisetzung des Virus beiträgt.
Das S-Protein ist ein keulenförmiger Oberflächenvorsprung, der dem Virus unter dem Elektronenmikroskop sein charakteristisches kronenförmiges Aussehen verleiht und für die Rezeptorbindung und Fusion mit der Wirtszellmembran verantwortlich ist.

Replikationszyklus

Coronaviren binden sich über die S-Proteine an die Oberfläche der Wirtszelle.
- Das Eindringen des Virus erfolgt entweder durch rezeptorvermittelte Endozytose oder durch Membranfusion.
- Das Virus entkommt dem sauren Milieu der Endosomen, indem es sich in die Lysosomen transportiert.
Coronaviren verfügen über einzelsträngige sense-RNA, die die Proteine Proteine Proteine und Peptide und neuen Genome direkt im Zytoplasma produzieren kann.
Der antisense-Strang der Template-RNA wird hergestellt.
Die neuen viralen Proteine Proteine Proteine und Peptide werden von den Ribosomen des Wirts übersetzt.
Das Nukleokapsidprotein verbindet sich mit der genomischen RNA RNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA, und das Protein M wird zusammen mit den Proteinen S und HE in die Membran des endoplasmatischen Retikulums integriert.
Ein zusammengebautes Nukleokapsid, das die RNA RNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA enthält, bewegt sich in das endoplasmatische Retikulum, um umhüllt zu werden, und wird durch Exozytose freigesetzt.

Replikation des Coronavirus — Replikationszyklus von Coronaviren:
1. Coronaviren binden sich über die S-Proteine an die Oberfläche der Wirtszelle. Das Eindringen des Virus erfolgt entweder durch rezeptorvermittelte Endozytose oder durch Membranfusion. Das Virus entkommt dem sauren Milieu der Endosomen, indem es sich in die Lysosomen transportiert.
2. Coronaviren verfügen über einzelsträngige sense-RNA, die die Proteine und neuen Genome direkt im Zytoplasma produzieren kann.
3. Der antisense-Strang der Template-RNA wird hergestellt.
4. Die neuen viralen Proteine werden von den Ribosomen des Wirts übersetzt.
5. Das Nukleokapsidprotein verbindet sich mit genomischer RNA, und Protein M wird zusammen mit den Proteinen S und HE in die Membran des endoplasmatischen Retikulums (ER) integriert.
6. Das zusammengesetzte Nukleokapsid, das die RNA enthält, wandert in das ER, um umhüllt zu werden, und wird durch Exozytose freigesetzt.
Bild: „The infection life cycle of coronavirus” von C. Michael Gibson et al. Lizenz: CC BY-SA 3.0

Von Coronaviren verursachte Krankheiten

Grippale Infekte:
- Werden in der Regel durch Rhinoviren Rhinoviren Rhinovirus verursacht
- Coronaviren verursachen jedoch auch ca. 15 % der Fälle
- Inkubationszeit: 3 Tage
GI-Infektionen:
- Selten durch Coronaviren verursacht
- Inkubationszeit: 3 Tage
- In der Regel handelt es sich um eine sehr leichte Infektion, die Durchfall Durchfall Durchfall (Diarrhö), diffuse Bauchschmerzen und Erbrechen Erbrechen Erbrechen im Kindesalter verursacht.
- Selten, kann es zu einer nekrotisierender Enterokolitis bei Neugeborenen kommen
MERS:
- Entstand 2012 in Saudi-Arabien, von Dromedar-Kamelen
- Inkubationszeit: 5 Tage
- Das klinische Bild reicht von einer asymptomatischen Infektion bis zu einer akuten Erkrankung der oberen Atemwege.
- Kann zu rasch fortschreitender Pneumonitis, Atemstillstand, septischem Schock Schock Schock: Überblick und Multiorganversagen führen; kann letal enden
SARS:
- Entstand 2003 in Südchina, von Zibetkatzen
- Inkubationszeit: 4–6 Tage
- Das klinische Bild reicht von einer leichten, grippeähnlichen Erkrankung mit vollständiger Genesung (25 % der Fälle) über eine schwere Atemwegsinfektion (etwa 70 %) bis hin zum Tod durch Atemstillstand (etwa 10 %).
- Zeigt sich in der Regel als leichtes Fieber Fieber Fieber, Muskelschmerzen, Lethargie, Husten, Halsschmerzen und Unwohlsein
- Kann zu Dyspnoe Dyspnoe Dyspnoe (Atemnot/Luftnot), Lungenentzündung Lungenentzündung Pneumonie (Lungenentzündung), Atemversagen und Tod führen
Coronavirus-Krankheit 2019 (COVID-19):
- Trat erstmals im November 2019 in Wuhan, China, bei Hufeisenfledermäusen auf und verursachte eine weltweite Pandemie
- Inkubationszeit: 2–14 Tage
- Das klinische Bild kann von asymptomatischen oder leichten Infektionen mit vollständiger Genesung (80 % der Fälle) über schwere Atemwegsinfektionen (15 %) bis hin zu kritischen Erkrankungen mit Multiorganschäden (5 %) und Tod (2,2 %) reichen.
- Zeigt sich in der Regel als trockener Husten, Unwohlsein und Müdigkeit und kann mit Hämoptyse Hämoptyse Hämoptyse, Durchfall Durchfall Durchfall (Diarrhö), Erbrechen Erbrechen Erbrechen im Kindesalter, Kopfschmerzen, Anosmie, Dysgeusie und Brustschmerzen Brustschmerzen Brustschmerzen einhergehen
- Kann zu Lungenentzündung Lungenentzündung Pneumonie (Lungenentzündung), ARDS ARDS Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS), Thrombose, Sepsis Sepsis Sepsis und septischer Schock, Multiorganversagen und Tod führen

**Tabelle: Epidemiologie von Erkrankungen durch respiratorische Coronaviren**
	MERS-CoV	SARS-CoV	SARS-CoV-2
Datum des ersten identifizierten Falls	Juni 2012	November 2002	Dezember 2019
Ort des ersten identifizierten Falls	Dschidda, Saudi-Arabien	Shunde, China	Wuhan, China
Durchschnittliches Alter	56 Jahre	44 Jahre	56 Jahre
Geschlechterverhältnis (M:F)	3,3:1	0,8:1	1,6:1

**Tabelle: Häufigkeit der Symptome bei Coronavirus-Erkrankungen der Atemwege**
	MERS (verursacht durch MERS-CoV)	SARS (verursacht durch SARS-CoV)	COVID-19 (verursacht durch SARS-CoV-2)
Fieber Fieber Fieber	98 %	99–100 %	87,9 %
Trockener Husten	47 %	29–75 %	67,7 %
Dyspnoe Dyspnoe Dyspnoe (Atemnot/Luftnot)	72 %	40–42	18,6 %
Diarrhö	26 %	20–25 %	3,7 %
Halsschmerzen	21 %	13–25 %	13,9 %
Einsatz von Beatmungsgeräten	24,5 %	14–20 %	4,1 %

Vergleich von ähnlichen Viren

**Tabelle: Vergleich von ähnlichen Viren**
Organismus	SARS-CoV-2	Rhinovirus Rhinovirus Rhinovirus	Coxsackievirus Coxsackievirus Coxsackievirus
Merkmale	Sphärisch 120 nm im Durchmesser Großes Nukleokapsid mit spiralförmiger Symmetrie +ssRNA Keulenförmige S-Proteine	Ikosaedrisches Kapsid Nicht-umhüllte +ssRNA Genome mit einer Länge von 7200 bis 8500 Nukleotiden	Ikosaedrisches Kapsid Klein und nicht-umhüllt +ssRNA
Übertragung	Aerosole Tröpfchen Infizierte Gegenstände Vertikal	Aerosole Tröpfchen Infizierte Gegenstände	Fäkal-oral Aerosole Tröpfchen Infizierte Gegenstände
Klinik	Fieber Fieber Fieber Trockener Husten Dyspnoe Dyspnoe Dyspnoe (Atemnot/Luftnot) Anosmie Hypoxie	Fieber Fieber Fieber Husten Niesen Myalgie Müdigkeit	Fieber Fieber Fieber Husten Halsschmerzen Konjunktivitis Konjunktivitis Konjunktivitis Herpangina Vesikuläres Exanthem
Diagnostik	Antigen-Schnelltest und/oder PCR Serologie	Klinische Diagnose	Klinische Diagnose
Therapie	Sorgfältige Beobachtung Ggf. stationäre Einweisung Kortikosteroide Monoklonale Antikörper	Selbstlimitierende Erkrankung Symptomatische Behandlung	Selbstlimitierende Erkrankung Symptomatische Behandlung
Prävention	Soziale Distanzierung Impfung Impfung Impfung Persönliche Schutzmaßnahmen Respiratorische Hygiene	Soziale Distanzierung Respiratorische Hygiene	Soziale Distanzierung Respiratorische Hygiene

+ssRNA: einzelsträngige RNA mit positivem Sinn

Quellen

Lee N, Hui D, Wu A, Chan P, Cameron P, Joynt GM, et al. (2003). A major outbreak of severe acute respiratory syndrome in Hong Kong. N Engl J Med https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/12682352/
Tsang KW, Ho PL, Ooi GC, Yee WK, Wang T, Chan-Yeung M, et al. (2003). A cluster of cases of severe acute respiratory syndrome in Hong Kong. N Engl J Med 348:1977–1985. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/12671062/
Centers for Disease Control and Prevention. (2003). Severe acute respiratory syndrome. Centers for Disease Control and Prevention. Retrieved January 31, 2021, from https://www.cdc.gov/sars/index.html
Armed Forces Institute of Pathology. Severe acute respiratory syndrome (SARS). Armed Forces Institute of Pathology.
Hsu LY, Lee CC, Green JA, Ang B, Paton NI, Lee L, et al. (2003) Severe acute respiratory syndrome (SARS) in Singapore: clinical features of the index patient and initial contacts. Emerg Infect Dis 9:713–717. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/12781012/
Mole B. (2013). Deadly coronavirus found in bats. Nature. http://www.nature.com/news/deadly-coronavirus-found-in-bats-1.13597 (Zugriff am 10. April 2019).
Hemida MG, Chu DKW, Poon LLM. (2017). MERS coronavirus in dromedary camel herd, Saudi Arabia. Emerging Infectious Diseases 20:1231–1234. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4073860/
CDC. (n.d.). MERS in the U.S. Centers for Disease Control and Prevention. https://www.cdc.gov/coronavirus/mers/index.html,
Gallegos A. (2020). WHO declares public health emergency for novel coronavirus. Medscape Medical News. https://www.medscape.com/viewarticle/924596 (Zugriff am 30. Januar 2020).