Poliovirus

Poliovirus
	TEM micrograph of poliovirus virions. Scale bar (white): 50 nm
	A type 3 poliovirus capsid, protein side chains coloured
Virus classification
(unranked):	Virus
Realm:	Riboviria
Kingdom:	Orthornavirae
Phylum:	Pisuviricota
Class:	Pisoniviricetes
Order:	Picornavirales
Family:	Picornaviridae
Genus:	Enterovirus
Species:	Enterovirus C
Virus:	Poliovirus
Serotypes
	PV-1 (Poliovirus-1); PV-2 (Poliovirus-2); PV-3 (Poliovirus-3);

Das Poliovirus, der Erreger der Kinderlähmung (auch Poliomyelitis genannt), ist ein Serotyp der Art Enterovirus C aus der Familie der Picornaviridae. Es gibt drei Poliovirus-Serotypen, die mit 1, 2 und 3 bezeichnet werden.

Das Poliovirus besteht aus einem RNA-Genom und einem Proteinkapsid. Das Genom ist ein einzelsträngiges Positiv-Sinn-RNA-Genom (+ssRNA) mit einer Länge von etwa 7500 Nukleotiden. Das Viruspartikel hat einen Durchmesser von etwa 30 nm mit ikosaedrischer Symmetrie. Aufgrund seines kurzen Genoms und seiner einfachen Zusammensetzung - nur ein RNA-Strang und eine nicht umhüllte ikosaedrische Proteinhülle, die ihn einkapselt - wird das Poliovirus weithin als das einfachste bedeutende Virus angesehen.

Das Poliovirus ist eines der am besten charakterisierten Viren und hat sich zu einem nützlichen Modellsystem für das Verständnis der Biologie von RNA-Viren entwickelt.

Replikationszyklus

Das Poliovirus infiziert menschliche Zellen durch Bindung an einen Immunglobulin-ähnlichen Rezeptor, CD155 (auch bekannt als Poliovirus-Rezeptor oder PVR) auf der Zelloberfläche. Die Interaktion von Poliovirus und CD155 ermöglicht eine irreversible Konformationsänderung des Viruspartikels, die für den Eintritt des Virus in die Zelle erforderlich ist. Es wurde angenommen, dass der Eintritt der viralen Nukleinsäure nach der Anheftung an die Wirtszellmembran auf zwei Arten erfolgt: durch die Bildung einer Pore in der Plasmamembran, durch die die RNA dann in das Zytoplasma der Wirtszelle "injiziert" wird, oder durch die Aufnahme des Virus durch rezeptorvermittelte Endozytose. Jüngste experimentelle Beweise unterstützen die letztere Hypothese und legen nahe, dass das Poliovirus an CD155 bindet und durch Endozytose aufgenommen wird. Unmittelbar nach der Internalisierung des Partikels wird die virale RNA freigesetzt.

Das Poliovirus ist ein positiv-strängiges RNA-Virus. Daher kann das im Viruspartikel eingeschlossene Genom als Boten-RNA verwendet und von der Wirtszelle sofort übersetzt werden. Beim Eintritt in die Zelle übernimmt das Virus die Translationsmaschinerie der Zelle und hemmt die zelluläre Proteinsynthese zugunsten der virusspezifischen Proteinproduktion. Im Gegensatz zu den mRNAs der Wirtszelle ist das 5'-Ende der Poliovirus-RNA extrem lang - über 700 Nukleotide - und stark strukturiert. Dieser Bereich des viralen Genoms wird als interne Ribosomeneintrittsstelle (IRES) bezeichnet. Dieser Bereich besteht aus vielen Sekundärstrukturen und 3 oder 4 Domänen. Domäne 3 ist ein sich selbst faltendes RNA-Element, das konservierte Strukturmotive in verschiedenen stabilen Stammschleifen enthält, die durch zwei Vierfachverknüpfungen verbunden sind. Da IRES aus vielen Domänen besteht, bestehen diese Domänen selbst aus vielen Schleifen, die zur modifizierten Translation ohne 5'-Endkappe beitragen, indem sie Ribosomen entführen. Die Interaktionsschleife der Domäne 3 ist als GNRA-Tetraloop bekannt. Die Reste der Adenosine A180 und A181 im GUAA-Tetraloop bilden Wasserstoffbrückenbindungen über nicht-kanonische Basenpaarungsinteraktionen mit den Basenpaaren der Rezeptoren C230/G242 bzw. G231/C241. Genetische Mutationen in dieser Region verhindern die virale Proteinproduktion. Das erste IRES, das entdeckt wurde, befand sich in der Poliovirus-RNA.

Die mRNA des Poliovirus wird als ein langes Polypeptid übersetzt. Dieses Polypeptid wird dann von internen Proteasen in etwa 10 einzelne virale Proteine aufgespalten. Nicht alle Abspaltungen erfolgen mit der gleichen Effizienz. Daher variiert die Menge der durch die Polypeptidspaltung produzierten Proteine: So werden beispielsweise geringere Mengen von 3D^pol produziert als die der Kapsidproteine VP1-4. Diese einzelnen viralen Proteine sind:

3D^pol, eine RNA-abhängige RNA-Polymerase, deren Aufgabe es ist, mehrere Kopien des viralen RNA-Genoms herzustellen
2A^pro und 3C^pro/3CD^pro, Proteasen, die das virale Polypeptid spalten
VPg (3B), ein kleines Protein, das virale RNA bindet und für die Synthese der viralen Positiv- und Negativstrang-RNA erforderlich ist
die Proteine 2BC, 2B, 2C (eine ATPase), 3AB, 3A, 3B, die den für die Virusreplikation erforderlichen Proteinkomplex bilden.
VP0, das weiter in VP2 und VP4, VP1 und VP3, Proteine des viralen Kapsids, gespalten wird

Nach der Translation, Transkription und Genomreplikation, die in einem einzigen Prozess ablaufen, erfolgt die Synthese der (+)RNA. Damit die infektiöse (+)RNA repliziert werden kann, müssen mehrere Kopien der (-)RNA transkribiert werden, die dann als Vorlage für die (+)RNA-Synthese dienen. Replikative Intermediate (RIs), eine Assoziation von RNA-Molekülen, die aus einer Template-RNA und mehreren wachsenden RNAs unterschiedlicher Länge besteht, sind sowohl in den Replikationskomplexen für (-)RNAs als auch für (+)RNAs zu finden. Für die Synthese der RNAs des negativen und des positiven Strangs dient das VPg-Protein im Poliovirus als Primer. Die RNA-abhängige RNA-Polymerase des Poliovirus fügt zwei Uracil-Nukleotide (UU) an das VPg-Protein an und nutzt dabei den Poly(A)-Schwanz am 3′-Ende des +ssRNA-Genoms als Muster für die Synthese der negativ-strängigen antigenomischen RNA. Um diese -ssRNA-Synthese zu initiieren, wird das Tyrosinhydroxyl von VPg benötigt. Für die Initiierung der Synthese des positiven RNA-Strangs ist jedoch die CRE-abhängige Uridylylierung von VPg erforderlich. Das bedeutet, dass VPg erneut als Primer verwendet wird, diesmal jedoch unter Verwendung eines cis-wirkenden Replikationselements (CRE) als Vorlage die beiden Uridintriphosphate anfügt.

Das CRE des Poliovirus besteht aus einem unerreichten basengepaarten Stamm und einer Endschleife, die 61 nt lang ist. Das CRE findet sich auch in Enteroviren. Sie ist ein sehr gut erhaltenes sekundäres RNA-Strukturelement und in der polyproteinkodierenden Region des Genoms eingebettet. Der Komplex kann in die 5'-Region des Genoms verlagert werden, die keine kodierende Aktivität aufweist und mindestens 3,7 KB von der ursprünglichen Position entfernt ist. Dieser Prozess kann stattfinden, ohne die Aktivität negativ zu beeinflussen. CRE-Kopien haben keinen negativen Einfluss auf die Replikation. Der Uridylylierungsprozess von VPg, der am CRE stattfindet, erfordert die Anwesenheit von 3CD^pro, einem RNA-bindenden Protein. Es ist direkt und spezifisch an die CRE gebunden. Dank seiner Anwesenheit kann VPg die CRE ordnungsgemäß binden, und die Primärproduktion verläuft ohne Probleme.

Einige der (+)-RNA-Moleküle werden als Vorlage für die weitere (-)-RNA-Synthese verwendet, andere fungieren als mRNA, und wieder andere sind dazu bestimmt, das Genom der Virennachkommen zu bilden.

Beim Zusammenbau neuer Viruspartikel (d. h. beim Verpacken des Genoms der Nachkommen in ein Prokapsid, das außerhalb der Wirtszelle überleben kann) werden jeweils

Jeweils fünf Kopien von VP0, VP3 und VP1, deren N-Termini und VP4 die innere Oberfläche des Kapsids bilden, fügen sich zu einem "Pentamer" zusammen, und 12 Pentamere bilden ein Prokapsid (die äußere Oberfläche des Kapsids besteht aus VP1, VP2, VP3; die C-Termini von VP1 und VP3 bilden die Canyons, die jeden der Scheitelpunkte umgeben; zu diesem Zeitpunkt werden die 60 Kopien von VP0 in VP4 und VP2 gespalten).
Jedes Prokapsid erhält eine Kopie des Virusgenoms, wobei VPg noch am 5'-Ende befestigt ist.

Das vollständig aufgebaute Poliovirus verlässt die Grenzen seiner Wirtszelle durch Lyse 4 bis 6 Stunden nach Beginn der Infektion in kultivierten Säugetierzellen. Der Mechanismus der Virusfreisetzung aus der Zelle ist unklar, aber jede sterbende Zelle kann bis zu 10.000 Polioviren freisetzen.

Drake wies nach, dass das Poliovirus in der Lage ist, eine Reaktivierung durch Multiplikation zu erfahren. Das heißt, wenn Polioviren mit UV-Licht bestrahlt wurden und mehrfache Infektionen von Wirtszellen durchlaufen durften, konnten lebensfähige Nachkommen gebildet werden, selbst bei UV-Dosen, die das Virus bei einer einzelnen Infektion inaktivierten. Polioviren können eine genetische Rekombination eingehen, wenn mindestens zwei virale Genome in derselben Wirtszelle vorhanden sind. Kirkegaard und Baltimore wiesen nach, dass die RNA-abhängige RNA-Polymerase (RdRP) die Rekombination durch einen Copy-Choice-Mechanismus katalysiert, bei dem die RdRP während der Negativstrangsynthese zwischen (+)ssRNA-Vorlagen wechselt. Die Rekombination in RNA-Viren scheint ein adaptiver Mechanismus zur Reparatur von Genomschäden zu sein.

Herkunft und Serotypen

Das Poliovirus ähnelt strukturell anderen menschlichen Enteroviren (Coxsackieviren, Echoviren und Rhinoviren), die ebenfalls Immunglobulin-ähnliche Moleküle verwenden, um Wirtszellen zu erkennen und in sie einzudringen. Eine phylogenetische Analyse der RNA- und Proteinsequenzen des Poliovirus lässt vermuten, dass es sich durch eine Mutation im Kapsid aus einem Coxsackie-A-Virus des C-Clusters entwickelt haben könnte. Die unterschiedliche Speziation des Poliovirus ist wahrscheinlich auf eine Änderung der zellulären Rezeptorspezifität von Interzelluläres Adhäsionsmolekül-1 (ICAM-1) (das von Coxsackie-A-Viren des C-Clusters verwendet wird) zu CD155 zurückzuführen, was zu einer Änderung der Pathogenität führte und es dem Virus ermöglichte, Nervengewebe zu infizieren.

Die Mutationsrate des Virus ist selbst für ein RNA-Virus relativ hoch, mit einer synonymen Substitutionsrate von 1.0 × 10⁻² Substitutionen/Stelle/Jahr und einer nicht-synonymen Substitutionsrate von 3.0 × 10⁻⁴ Substitutionen/Stelle/Jahr. Die Verteilung der Basen innerhalb des Genoms ist nicht zufällig; Adenosin ist am 5'-Ende weniger häufig als erwartet und am 3'-Ende häufiger. Die Verwendung von Codons ist nicht zufällig; Codons, die auf Adenosin enden, werden bevorzugt, und solche, die auf Cytosin oder Guanin enden, werden vermieden. Die Codon-Nutzung unterscheidet sich zwischen den drei Genotypen und scheint eher durch Mutation als durch Selektion bedingt zu sein.

Die drei Serotypen des Poliovirus, PV-1, PV-2 und PV-3, haben jeweils ein leicht unterschiedliches Kapsidprotein. Die Capsidproteine bestimmen die Spezifität der zellulären Rezeptoren und die Antigenität des Virus. PV-1" ist die in der Natur am häufigsten vorkommende Form, aber alle drei Formen sind extrem infektiös. Ab März 2020 ist das PV-1-Wildvirus in hohem Maße auf Regionen in Pakistan und Afghanistan beschränkt. Die Ausrottung der einheimischen Übertragung von wildem PV-2 wurde im September 2015 zertifiziert, nachdem es zuletzt 1999 nachgewiesen worden war, und für wildes PV-3 im Oktober 2019, nachdem es zuletzt 2012 nachgewiesen worden war. Das zirkulierende, von Impfstoffen abgeleitete Poliovirus (variant poliovirus, cVDPV) aller drei Serotypen zirkuliert jedoch weiterhin und verursacht Lähmungen, da es bis 2023 in 32 Ländern nachgewiesen wurde.

Für die Herstellung von Impfstoffen gegen Polio werden spezifische Stämme jedes Serotyps verwendet. Inaktiver Polioimpfstoff wird durch Formalininaktivierung von drei wilden, virulenten Referenzstämmen hergestellt: Mahoney oder Brunenders (PV-1), MEF-1/Lansing (PV-2) und Saukett/Leon (PV-3). Der orale Polioimpfstoff enthält abgeschwächte Lebendstämme der drei Serotypen des Poliovirus. Durch die Passage der Virusstämme in Epithelzellen der Affenniere werden Mutationen in das virale IRES eingeführt, die die Fähigkeit des Virus, Nervengewebe zu infizieren, beeinträchtigen (oder abschwächen).

Polioviren wurden früher als eine eigene Art eingestuft, die zur Gattung "Enterovirus" in der Familie "Picornaviridae" gehört. Im Jahr 2008 wurde das Poliovirus nicht mehr als eigene Art anerkannt, und die drei Serotypen wurden der Art "Humanes Enterovirus C" (später umbenannt in "Enterovirus C") in der Gattung "Enterovirus" in der Familie "Picornaviridae" zugeordnet. Die Typusart der Gattung Enterovirus wurde von Poliovirus in (Human) Enterovirus C geändert.

Pathogenese

Der wichtigste Faktor für die Infektion eines Virus ist seine Fähigkeit, in eine Zelle einzudringen und weitere infektiöse Partikel zu produzieren. Es wird angenommen, dass das Vorhandensein von CD155 die Tiere und Gewebe definiert, die von Polioviren infiziert werden können. CD155 wird (außerhalb von Labors) nur auf den Zellen von Menschen, höheren Primaten und Altweltaffen gefunden. Das Poliovirus ist jedoch ausschließlich ein menschlicher Krankheitserreger und infiziert auf natürliche Weise keine andere Spezies (obwohl Schimpansen und Altweltaffen experimentell infiziert werden können).

Das CD155-Gen scheint einer positiven Selektion unterworfen gewesen zu sein. Das Protein hat mehrere Domänen, von denen die Domäne D1 die Bindungsstelle für das Poliovirus enthält. Innerhalb dieser Domäne sind 37 Aminosäuren für die Bindung des Virus verantwortlich.

Das Poliovirus ist ein Enterovirus. Die Infektion erfolgt über den fäkal-oralen Weg, d. h. man nimmt das Virus auf und die Virusreplikation findet im Magen-Darm-Trakt statt. Das Virus wird mit dem Kot infizierter Personen ausgeschieden. In 95 % der Fälle kommt es nur zu einer primären, vorübergehenden Virämie (Virus in der Blutbahn), und die Poliovirusinfektion verläuft asymptomatisch. In etwa 5 % der Fälle breitet sich das Virus aus und vermehrt sich an anderen Stellen, z. B. im braunen Fettgewebe, im retikuloendothelialen Gewebe und im Muskel. Die anhaltende Virusvermehrung verursacht eine sekundäre Virämie und führt zur Entwicklung leichter Symptome wie Fieber, Kopf- und Halsschmerzen. Eine paralytische Poliomyelitis tritt bei weniger als 1 % der Poliovirus-Infektionen auf. Die paralytische Erkrankung tritt auf, wenn das Virus in das zentrale Nervensystem (ZNS) eindringt und sich in den Motoneuronen im Rückenmark, im Hirnstamm oder in der motorischen Hirnrinde vermehrt, was zu einer selektiven Zerstörung der Motoneuronen und damit zu vorübergehenden oder dauerhaften Lähmungen führt. Bei Säuglingen, die noch über von der Mutter erworbene Anti-Polio-Virus-Antikörper verfügen, ist dies ein sehr seltenes Ereignis. In seltenen Fällen führt die paralytische Poliomyelitis zu Atemstillstand und Tod. Bei einer paralytischen Erkrankung werden häufig Muskelschmerzen und -krämpfe beobachtet, bevor die Schwäche und Lähmung einsetzt. Die Lähmung hält in der Regel einige Tage bis Wochen an, bevor sie sich erholt.

In vielerlei Hinsicht wird angenommen, dass die neurologische Phase der Infektion eine zufällige Abzweigung der normalen Magen-Darm-Infektion ist. Die Mechanismen, über die das Poliovirus in das ZNS eindringt, sind nur unzureichend bekannt. Drei sich nicht gegenseitig ausschließende Hypothesen wurden vorgeschlagen, um das Eindringen des Virus zu erklären. Alle Theorien setzen eine primäre Virämie voraus. Die erste Hypothese besagt, dass die Virionen direkt aus dem Blut in das zentrale Nervensystem gelangen, indem sie die Blut-Hirn-Schranke unabhängig von CD155 überwinden. Eine zweite Hypothese besagt, dass die Virionen von peripheren Geweben, die im virämischen Blut gebadet wurden, z. B. Muskelgewebe, über Nervenbahnen durch retrograden axonalen Transport zum Rückenmark transportiert werden. Eine dritte Hypothese besagt, dass das Virus über infizierte Monozyten oder Makrophagen in das ZNS eingeschleust wird.

Die Poliomyelitis ist eine Erkrankung des zentralen Nervensystems. Es wird jedoch angenommen, dass CD155 auf der Oberfläche der meisten oder aller menschlichen Zellen vorhanden ist. Daher erklärt die Expression des Rezeptors nicht, warum das Poliovirus bevorzugt bestimmte Gewebe infiziert. Dies deutet darauf hin, dass der Gewebetropismus nach der zellulären Infektion bestimmt wird. Jüngste Arbeiten deuten darauf hin, dass die Interferonreaktion vom Typ I (insbesondere die von Interferon alpha und beta) ein wichtiger Faktor ist, der bestimmt, welche Zelltypen die Replikation des Poliovirus unterstützen. In Mäusen, die CD155 (durch Gentechnik) exprimieren, denen aber der Typ-I-Interferon-Rezeptor fehlt, repliziert das Poliovirus nicht nur in einem erweiterten Repertoire von Gewebetypen, sondern diese Mäuse sind auch in der Lage, sich oral mit dem Virus zu infizieren.

Umgehung des Immunsystems

CD155 molecules complexed with a poliovirus particle. Reconstructed image from cryo-electron microscopy.

Das Poliovirus verfügt über zwei wichtige Mechanismen, um dem Immunsystem zu entgehen. Erstens kann es die stark sauren Bedingungen des Magens überleben, so dass aufgenommene Viren den Wirt infizieren und sich über das Lymphsystem im Körper ausbreiten können. Zweitens kann sich das Virus sehr schnell vermehren, so dass es die Organe des Wirts überwältigt, bevor eine Immunreaktion einsetzen kann. Bei Polioviren mit Canyons auf der Virionoberfläche befinden sich die Virusanheftungsstellen in Taschen an den Canyon-Basen. Die Canyons sind zu eng für den Zugang von Antikörpern, so dass die Virusanheftungsstellen vor der Immunüberwachung des Wirts geschützt sind, während der Rest der Virionenoberfläche mutieren kann, um die Immunantwort des Wirts zu umgehen.

Personen, die dem Poliovirus ausgesetzt sind, entweder durch Infektion oder durch Immunisierung mit einem Polio-Impfstoff, entwickeln eine Immunität. Bei immunen Personen sind Antikörper gegen das Poliovirus in den Mandeln und im Magen-Darm-Trakt vorhanden (insbesondere IgA-Antikörper) und können die Replikation des Poliovirus blockieren; IgG- und IgM-Antikörper gegen das Poliovirus können die Ausbreitung des Virus auf die Motoneuronen des zentralen Nervensystems verhindern. Die Infektion mit einem Serotyp des Poliovirus verleiht keine Immunität gegen die anderen Serotypen; Zweitinfektionen innerhalb derselben Person sind jedoch äußerst selten.

Forschung

Transgene Mäuse

Obwohl der Mensch der einzige bekannte natürliche Wirt für das Poliovirus ist, können Affen experimentell infiziert werden, und sie werden seit langem zur Erforschung des Poliovirus verwendet. In den Jahren 1990-91 wurde von zwei Laboratorien ein Kleintiermodell der Poliomyelitis entwickelt. Mäuse wurden so manipuliert, dass sie einen menschlichen Rezeptor für Polioviren (hPVR) exprimieren.

Im Gegensatz zu normalen Mäusen sind transgene Poliovirus-Rezeptor-Mäuse (TgPVR) empfänglich für Polioviren, die intravenös oder intramuskulär injiziert werden, sowie für solche, die direkt ins Rückenmark oder ins Gehirn injiziert werden. Nach der Infektion zeigen TgPVR-Mäuse Lähmungserscheinungen, die denen der Poliomyelitis bei Menschen und Affen ähneln, und die zentralen Nervensysteme der gelähmten Mäuse sind histocytochemisch denen von Menschen und Affen ähnlich. Dieses Mausmodell der Infektion mit dem humanen Poliovirus hat sich als unschätzbares Instrument zum Verständnis der Biologie und Pathogenität des Poliovirus erwiesen.

Drei verschiedene Typen von TgPVR-Mäusen sind gut untersucht worden:

Bei den TgPVR1-Mäusen wurde das Transgen, das für das menschliche PVR kodiert, in das Chromosom 4 der Maus eingebaut. Diese Mäuse exprimieren die höchsten Mengen des Transgens und die höchste Empfindlichkeit gegenüber dem Poliovirus. TgPVR1-Mäuse sind für das Poliovirus auf intraspinalem, intrazerebralem, intramuskulärem und intravenösem Weg empfänglich, nicht aber auf oralem Weg.
TgPVR21-Mäuse haben das menschliche PVR auf Chromosom 13 eingebaut. Diese Mäuse sind weniger anfällig für eine Infektion mit dem Poliovirus über den intrazerebralen Weg, möglicherweise weil sie geringere Mengen an hPVR exprimieren. TgPVR21-Mäuse sind nachweislich anfällig für eine Poliovirus-Infektion durch intranasale Inokulation und können als Modell für eine Schleimhautinfektion dienen.
Bei TgPVR5-Mäusen befindet sich das menschliche Transgen auf Chromosom 12. Diese Mäuse weisen die geringste hPVR-Expression auf und sind am wenigsten anfällig für Poliovirus-Infektionen.
Ein viertes TgPVR-Mausmodell - diese "cPVR"-Mäuse tragen hPVR-cDNA, die von einem β-Actin-Promotor angetrieben wird, und haben sich als anfällig für Poliovirus auf intrazerebralem, intramuskulärem und intranasalem Weg erwiesen. Darüber hinaus sind diese Mäuse in der Lage, nach intranasaler Inokulation die bulbäre Form der Polio zu entwickeln.

Die Entwicklung der TgPVR-Maus hatte tiefgreifende Auswirkungen auf die Herstellung von oralen Poliovirus-Impfstoffen (OPV). Zuvor musste die Sicherheit von OPV an Affen überprüft werden, da nur Primaten für das Virus empfänglich sind. Im Jahr 1999 genehmigte die Weltgesundheitsorganisation die Verwendung der TgPVR-Maus als alternative Methode zur Bewertung der Wirksamkeit des Impfstoffs gegen das Poliovirus Typ 3. Im Jahr 2000 wurde das Mausmodell für Tests von Impfstoffen gegen Poliovirus Typ-1 und Typ-2 zugelassen.

Gentechnische Veränderung

Eine Modifikation des Poliovirus mit der Bezeichnung PVSRIPO wurde in frühen klinischen Versuchen als mögliche Behandlung von Krebs getestet. As of September 2022^[update], eine Reihe von klinischen Versuchen sind im Gange.

Ein Nachteil des abgeschwächten Virus, das im Sabin-Schluckimpfstoff verwendet wird, ist sein Potenzial, bei etwa einer Person pro 2,7 Million verabreichter Dosen eine impfstoffassoziierte paralytische Poliomyelitis (VAPP) zu verursachen. Darüber hinaus kann das Lebendvirus auch in untergeimpften Bevölkerungsgruppen zirkulieren (zirkulierendes impfstoffabgeleitetes Poliovirus, cVDPV) und mit der Zeit in eine neurovirulente Form übergehen, die eine paralytische Polio verursacht. Forscher haben einen Poliovirus-Typ-2-Impfstamm entwickelt, der genetisch stabiler ist und weniger wahrscheinlich wieder virulent wird als der ursprüngliche Sabin2-Stamm, wobei drei wichtige genetische Veränderungen vorgenommen wurden. Der von diesem Stamm abgeleitete Impfstoff, das neuartige orale Poliovirus Typ 2 (nOPV2), erhielt 2021 eine Notfallzulassung und im Dezember 2023 die volle Zulassung. Genetisch stabilisierte Impfstoffe gegen die Poliovirustypen 1 und 3 befinden sich in der Entwicklung und sollen die Sabin-Impfstoffe schließlich vollständig ersetzen.

Geschichte

Entdeckung

Das Poliovirus wurde erstmals 1909 von Karl Landsteiner und Erwin Popper isoliert. Die Struktur des Virus wurde erstmals 1958 von einem Team am Birkbeck College unter der Leitung von Rosalind Franklin mittels Röntgenbeugung aufgeklärt, wobei sich herausstellte, dass das Poliovirus eine ikosaedrische Symmetrie aufweist.

Genom

1981 wurde das Genom des Poliovirus von zwei verschiedenen Forscherteams veröffentlicht: von Vincent Racaniello und David Baltimore am MIT sowie von Naomi Kitamura und Eckard Wimmer an der Stony Brook University.

Struktur

Die dreidimensionale Struktur des Poliovirus wurde 1985 von James Hogle am Scripps Research Institute mittels Röntgenkristallographie bestimmt.

Klonierung und Synthese

1981 verwendeten Racaniello und Baltimore die rekombinante DNA-Technologie, um den ersten infektiösen Klon eines tierischen RNA-Virus, des Poliovirus, herzustellen. DNA, die für das RNA-Genom des Poliovirus kodiert, wurde in kultivierte Säugetierzellen eingebracht, und das infektiöse Poliovirus wurde produziert. Die Herstellung des infektiösen Klons förderte das Verständnis der Biologie des Poliovirus und ist zu einer Standardtechnologie geworden, die zur Untersuchung vieler anderer Viren verwendet wird.

Im Jahr 2002 gelang es der Gruppe von Eckard Wimmer an der Stony Brook University, das Poliovirus aus seinem chemischen Code zu synthetisieren und damit das erste synthetische Virus der Welt herzustellen. Die Wissenschaftler wandelten zunächst die veröffentlichte RNA-Sequenz des Poliovirus, die 7741 Basen lang ist, in eine DNA-Sequenz um, da DNA leichter zu synthetisieren ist. Kurze Fragmente dieser DNA-Sequenz wurden über den Versandhandel bezogen und zusammengesetzt. Das vollständige virale Genom wurde dann von einem Gensyntheseunternehmen zusammengesetzt. In die synthetisierte DNA wurden neunzehn Marker eingebaut, so dass sie vom natürlichen Poliovirus unterschieden werden konnte. Mit Hilfe von Enzymen wurde die DNA wieder in RNA, ihren natürlichen Zustand, umgewandelt. Andere Enzyme übersetzten dann die RNA in ein Polypeptid, wodurch ein funktionsfähiges Viruspartikel entstand. Dieser ganze mühsame Prozess dauerte zwei Jahre. Das neu gezüchtete synthetische Virus wurde transgenen PVR-Mäusen injiziert, um festzustellen, ob die synthetische Version in der Lage war, Krankheiten zu verursachen. Das synthetische Virus war in der Lage, sich zu vermehren, zu infizieren und bei Mäusen Lähmungen oder den Tod zu verursachen. Allerdings war die synthetische Version zwischen 1.000 und 10.000 Mal schwächer als das Originalvirus, was wahrscheinlich auf einen der hinzugefügten Marker zurückzuführen ist.

Externe Links

ICTVdb Virusklassifizierung 2006
Home of Picornaviruses (letzte Aktualisierungen der Arten, Serotypen und vorgeschlagenen Änderungen)
Goodsell D. "Poliovirus and Rhinovirus". August 2001 Molecule of the Month. Archived from the original on 2011-03-03. Retrieved 2010-01-07.
Makromolekulare 3D-Strukturen des Poliovirus archiviert in der EM Data Bank(EMDB)
"Human poliovirus 1". NCBI Taxonomy Browser. 12080.
"Human poliovirus 3". NCBI Taxonomy Browser. 12086.