Coronaviridae

Gattung der Ordnung Nidovirales
Coronaviridae
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Coronaviridae

Systematik
Klassifikation: Viren
Bereich: Riboviria[1]
Reich: Orthornavirae[2]
Phylum: Pisuviricota[2]
Klasse: Pisoniviricetes[2]
Ordnung: Nidovirales
Unterordnung: Cornidovirineae[2]
Familie: Coronaviridae
Taxonomische Merkmale
Genom: (+)ssRNA linear
Baltimore: Gruppe 4
Symmetrie: helikal
Hülle: vorhanden
Wissenschaftlicher Name
Coronaviridae
Links

Die Coronaviridae, umgangssprachlich auch Coronaviren genannt, sind eine Virusfamilie innerhalb der Ordnung Nidovirales. Ihre Vertreter verursachen bei verschiedenen Wirbeltieren wie Säugetieren, Vögeln und Fischen sehr unterschiedliche Erkrankungen. Die ersten Coronaviren wurden bereits Mitte der 1960er Jahre beschrieben.[3] Coronaviren sind genetisch hochvariabel; einzelne Arten aus der Familie der Coronaviridae können durch Überwindung der Artenbarriere auch mehrere Arten von Wirten infizieren. Durch die Überwindung der Artenbarriere sind beim Menschen unter anderem Infektionen mit dem SARS-Coronavirus (SARS-CoV, gelegentlich auch als SARS-CoV-1 bezeichnet) – dem Erreger der SARS-Pandemie 2002/2003 – sowie mit dem 2012 neu aufgetretenen Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV) entstanden.

Die von der chinesischen Stadt Wuhan ausgegangene COVID-19-Pandemie wird auf ein bis dahin unbekanntes Coronavirus zurückgeführt, das den Namen SARS-CoV-2 erhielt.[4][5]

Beim Menschen sind diverse Arten des Coronavirus als Erreger von leichten respiratorischen Infektionen (Erkältungskrankheiten) bis hin zum schweren akuten Atemwegssyndrom von Bedeutung. Eine ursächliche Beteiligung an Gastroenteritiden ist möglich, spielt jedoch klinisch und zahlenmäßig keine große Rolle.[6] Insgesamt sind sieben humanpathogene Coronaviren bekannt (Stand Februar 2020): neben SARS-CoV(-1), SARS-CoV-2 und MERS-CoV noch HCoV-HKU1, HCoV-OC43 (alle zur Gattung Betacoronavirus), HCoV-NL63 und HCoV-229E (beide zur Gattung Alphacoronavirus). Die vier letztgenannten verursachen etwa 5–30 % aller akuten respiratorischen Erkrankungen und führen typischerweise zu Rhinitis, Konjunktivitis, Pharyngitis, gelegentlich zu einer Laryngitis oder einer Mittelohrentzündung (Otitis media). Auch Infektionen des unteren Respirationstraktes sind möglich, insbesondere bei Koinfektionen mit anderen respiratorischen Erregern (wie Rhinoviren, Enteroviren, Respiratory-Syncytial-Viren (RSV), Parainfluenzaviren). Schwere Krankheitsverläufe werden vor allem bei vorbestehenden Erkrankungen, insbesondere des kardiopulmonalen Systems, beobachtet und im Zusammenhang mit Transplantationen (Immunsuppression);[6] im Normalfall treten nur vergleichsweise geringfügige Symptome auf.[7] Bei einer Verlaufsstudie über acht Jahre – vor dem Ausbruch von COVID-19 – in ausgesuchten Haushalten mit etwa tausend Personen in Michigan, USA, waren knapp 1000 akute Atemwegserkrankungen durch HCoV-Infektionen verursacht (zumeist OC43). Auffällig war das saisonal begrenzte Auftreten dieser Infektionen in den Monaten Dezember bis April/Mai, was aber nicht notwendig bei SARS-CoV-2 genauso vorausgesetzt werden kann.[8][9][10]

Der Name „Coronaviren“ – von lateinisch corona ‚Kranz, Krone‘ – wurde 1968 eingeführt und hängt mit dem Aussehen dieser Viren unter dem Elektronenmikroskop zusammen.[11] Die Fortsätze auf ihren kugelförmigen Hüllen erinnern an eine Krone[12] oder einen Strahlenkranz ähnlich der Sonnenkorona. Viren dieser Gruppe wurden erstmals Mitte der 1960er-Jahre charakterisiert.[13]

MorphologieBearbeiten

 
Elektronenmikroskopische Aufnahme von Coronaviren

Die 60 bis 160 nm großen Viruspartikel (Virionen) besitzen eine Virushülle, in die mehrere verschiedenartige Membranproteine eingelagert sind. Das charakteristische Aussehen der Coronaviren (lateinisch corona ‚Kranz, Krone‘) liegt an vielen etwa 20 nm nach außen vorragenden keulenförmigen Strukturen an der Oberfläche, den Spikes genannten Peplomeren. Sie bestehen aus Anteilen des großen glykosylierten S-Proteins (Spikes-Protein, 180 bis 220 kDa), das hier ein membranverankertes Trimer bildet.[14] Diese Anteile tragen sowohl (S1) die Rezeptor-Bindungs-Domäne (RBD), mit der das Virus an eine Zelle andocken kann,[15] als auch (S2) eine Untereinheit, die als Fusions-Protein (FP) die Verschmelzung von Virushülle und Zellmembran bewirkt.[16]

In geringeren Mengen ist auf der Außenseite das kleinere Envelope-Protein (E-Protein, 9 bis 12 kDa) vorhanden, nur beim HCoV-OC43 (Humanen Coronavirus OC43) und den Coronaviren der Gruppe 2 (Gattung Betacoronavirus) findet sich zusätzlich das Hämagglutin-Esterase-Protein (HE-Protein, 65 kDa). Das ebenfalls in der Membranhülle verankerte M-Protein (Matrix-Protein, 23 bis 35 kDa) ist dagegen nach innen gerichtet und ein Matrixprotein auf der Innenseite der Virushülle.

Im Inneren der Hülle befindet sich ein vermutlich ikosaedrisches Kapsid, das einen helikalen Nukleoproteinkomplex enthält. Dieser besteht aus dem Nukleoprotein N (50 bis 60 kDa), das mit dem Strang einer einzelsträngigen RNA von positiver Polarität komplexiert ist. Bestimmte Aminosäurereste des N-Proteins interagieren mit dem Matrixprotein M, sodass das Kapsid mit der Membraninnenseite assoziiert ist.

GenomBearbeiten

Das einzelsträngige RNA-Genom der Coronaviren ist etwa 27.600 bis 31.000 Nukleotide (nt) lang, womit Coronaviren die längsten Genome aller bekannten RNA-Viren besitzen.[17]

Am 5'-Ende befinden sich eine 5'-Cap-Struktur und eine nichtcodierende Region (englisch untranslated region, UTR) von etwa 200 bis 400 nt, die eine 65 bis 98 nt kurze, sogenannte Leader-Sequenz enthält. Am 3'-Ende fügt sich eine weitere UTR von 200 bis 500 nt an, die in einem poly(A)-Schwanz endet. Das Genom der Coronaviren enthält 6 bis 14 Offene Leserahmen (englisch open reading frames, ORFs), von denen die beiden größten (die Gene für die Nichtstrukturproteine NSP-1a und 1b) nahe am 5'-Ende liegen und sich mit unterschiedlichen Leserastern etwas überlappen. Die Überlappungsstelle bildet eine Haarnadelstruktur, die bei 20 bis 30 % der Lesedurchläufe einen Leserastersprung bei der Translation an den Ribosomen ermöglicht und so zur Synthese von geringeren Mengen des NSP-1b führt.[18]

Neben der Replikation ihres Genoms synthetisieren die Viren (je nach Virusspezies) 4–9 mRNA-Moleküle, deren 5'- und 3'-Enden mit denen des Genoms identisch sind. Diese "geschachtelten" mRNAs werden auch als "nested set of mRNAs" bezeichnet und haben zur Namensgebung der übergeordneten Virusordnung, Nidovirales (von lateinisch nidus ‚Nest‘), beigetragen.

Im Unterschied zur üblicherweise hohen Fehlerrate der RNA-Polymerase von anderen RNA-Viren, die zu einer Beschränkung der Genomlänge auf etwa 10.000 Nukleotiden führt, wird bei Coronaviren eine relativ hohe genetische Stabilität (Konservierung) unter anderem durch eine 3'-5'-Exoribonuklease-Funktion des Proteins NSP-14 erreicht.[17]

SystematikBearbeiten

Die Familie Coronaviridae wird auf der Grundlage von phylogenetischen Eigenschaften und Wirtsspektrum der Spezies in zwei Unterfamilien und die Gattungen Alpha-, Beta- und Gamma- (ehemals Gruppen 1, 2 und 3 der alten Gattung Coronavirus) und Deltacoronavirus sowie Torovirus und Bafinovirus unterteilt. Angegeben sind nur die wichtigsten Spezies:[19]

  • Familie Coronaviridae
  • Untergattung Milecovirus
  • Unterfamilie Orthocoronavirinae (ehemals Coronavirinae)
  • Untergattung Colacovirus
  • Spezies Bat coronavirus CDPHE15
  • Untergattung Decacovirus
  • Spezies Rhinolophus ferrumequinum alphacoronavirus HuB-2013
  • Untergattung Duvinacovirus
  • Untergattung Luchacovirus
  • Spezies Lucheng Rn rat coronavirus
  • Untergattung Minacovirus
  • Spezies Ferret coronavirus
  • Spezies Mink coronavirus 1
  • Untergattung Minunacovirus
  • Untergattung Myotacovirus
  • Spezies Myotis ricketti alphacoronavirus Sax-2011
  • Spezies Nyctalus velutinus alphacoronavirus SC-2013
  • Untergattung Pedacovirus
  • Untergattung Rhinacovirus
  • Untergattung Setracovirus
  • Untergattung Soracovirus
  • Untergattung Sunacovirus
  • Untergattung Tegacovirus
  • Spezies Betacoronavirus 1
  • Untergattung Hibecovirus
  • Spezies Bat Hp-betacoronavirus Zhejiang2013
  • Untergattung Merbecovirus (früher MERS-related coronaviruses, MERSr-CoV)
  • Untergattung Nobecovirus
  • Untergattung Brangacovirus
  • Untergattung Cegacovirus
  • Untergattung Igacovirus
  • Spezies Vogel-Coronavirus (eng. Avian coronavirus)
  • Untergattung Andecovirus
  • Untergattung Buldecovirus (inkl. früherem Subgenus Moordecovirus)
  • Untergattung Herdecovirus

Die früher zu den Coronaviridae gestellte Unterfamilie Torovirinae (Gattung Torovirus) wird jetzt der Familie Tobaniviridae in der Unterordnung Tornidovirineae der Nidovirales zugeordnet. Mit dieser Verschiebung verbunden wird die in diese Unterfamilie (Torovirinae) gestellte Gattung Bafinivirus mit verschoben, aber innerhalb der Familie Tobaniviridae abweichend der Unterfamilie Piscanivirinae zugeordnet.[2]

Im folgenden Kladogramm nach Mang Shi et al. (2016) wurden die Bezeichnungen gemäß ICTV MSL #35 (Stand März 2020) aktualisiert:[37][2]

 Coronaviridae  
 Orthocoronavirinae (ICTV) 

 Alphacoronavirus 



Minunacovirus: Bat-CoV-HKU8


   

Setracovirus: HCov-NL63



   

Tegacovirus: PEDV



   

Pedacovirus: FIPV



 Betacoronavirus 

Merbecovirus : MERS-CoV


   

Embecovirus: HCoV-HKU1


   

Sarbecovirus: SARS-CoV





   
 Gammacoronavirus 

Cegacovirus: BWCoV-SW1


   

Igacovirus: IBV



 Deltacoronavirus 

Andecovirus: WiCoV-HKU20


   

Buldecovirus: „SpCoV-HKU17





   

Letovirinae (ICTV)



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LiteraturBearbeiten

  • David M. Knipe, Peter M. Howley (eds.-in-chief): Fields’ Virology. 5. Auflage, 2 Bände, Lippincott Williams & Wilkins, Philadelphia 2007, ISBN 0-7817-6060-7.
  • C. M. Fauquet, M. A. Mayo et al.: Eighth Report of the International Committee on Taxonomy of Viruses. Elsevier Academic Press, London/ San Diego 2005, ISBN 0-12-249951-4.
  • A. M. Q. King, M. J. Adams, E. B. Carstens, E. J. Lefkowitz (Hrsg.): Virus Taxonomy. Ninth Report of the International Committee on Taxonomy of Viruses. Elsevier, Amsterdam u. a. 2012, ISBN 978-0-12-384684-6, S. 806–828.
  • S. Modrow, D. Falke, U. Truyen: Molekulare Virologie. Spektrum-Lehrbuch, 2. Auflage, Akademischer Verlag, Heidelberg/Berlin 2003, ISBN 3-8274-1086-X, S. 214–226.
  • P. S. Masters: The molecular biology of coronaviruses. In: Advances in virus research. Band 66, 2006, S. 193–292, doi:10.1016/S0065-3527(06)66005-3 (freier Volltextzugriff), PMID 16877062.

Siehe auchBearbeiten

WeblinksBearbeiten

Commons: Coronaviridae – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. ICTV Master Species List 2018b v2 MSL #34v, März 2019.
  2. a b c d e f ICTV: ICTV Taxonomy history: Severe acute respiratory syndrome-related coronavirus, EC 51, Berlin, Germany, July 2019; Email ratification March 2020 (MSL #35)
  3. Faktencheck zu Coronavirusmythen - Von Chlordioxid, Vertuschung und Zwiebeln, auf: n-tv.de vom 18. März 2020. Quelle: RKI
  4. New-type coronavirus causes pneumonia in Wuhan: expert. Auf: xinhuanet.com vom 9. Januar 2020.
    WHO: Pneumonia of unknown cause – China. Disease Outbreak News vom 5. Januar 2020.
  5. Hamburger Abendblatt- Hamburg: Wie gefährlich ist das neuartige Corona-Virus? 5. Februar 2020, abgerufen am 18. März 2020 (deutsch).
  6. a b Prof. Dr. John Ziebuhr: Medizinische Mikrobiologie und Infektiologie. Hrsg.: Sebastian Suerbaum, Gerd-Dieter Burchard, Stefan H. E. Kaufmann, Thomas F. Schulz. 8. Auflage. Springer, Berlin/Heidelberg 2016, ISBN 978-3-662-48677-1, S. 479 ff.
  7. a b Kristian G. Andersen, Andrew Rambaut, W. Ian Lipkin, Edward C. Holmes, Robert F. Garry: The Proximal Origin of SARS-CoV-2. Auf: virologica.org, Quelle: ARTIC Network, 17. Februar 2020.
  8. Arnold S. Monto, Peter DeJonge, Amy P. Callear, Latifa A. Bazzi, Skylar Capriola, Ryan E. Malosh, Emily T. Martin, Joshua G. Petrie: Coronavirus occurrence and transmission over 8 years in the HIVE cohort of households in Michigan, auf: Journal of Infectious Diseases vom 4. April 2020, doi:10.1093/infdis/jiaa161
  9. Common coronaviruses are highly seasonal, with most cases peaking in winter months, auf: ScienceDaily vom 7. April 2020, Quelle: University of Michigan
  10. Common Human Coronaviruses are Sharply Seasonal, Study Says, auf: Sci-News vom 8. April 2020
  11. D. Tyrrell, J. Almeida, D. Berry, C. Cunningham, D. Hamre, M. Hofstad, L. Mallucci, K. McIntosh: Virology: Coronaviruses. In: Nature. 220, 650, 16. November 1968, doi:10.1038/220650b0.
  12. A. Bradburne: Antigenic relationships amongst Coronaviruses. In: Archiv für Virusforschung. Band 31, Februar 1970, doi:10.1007/BF01253769, S. 352 (PDF).
  13. Jeffrey Kahn, Kenneth McIntosh: History and Recent Advances in Coronavirus Discovery. In: The Pediatric Infectious Disease Journal. Band 24, Nr. 11, 2005, S. S223–S227, doi:10.1097/01.inf.0000188166.17324.60.
    National Foundation for Infectious Diseases: Coronaviruses. Auf: nfid.org, eingesehen am 23. März 2020.
  14. B. Delmas, H. Laude: Assembly of Coronavirus Spike Protein Into Trimers and Its Role in Epitope Expression. In: Journal of Virology. Band 64, Nr. 11, November 1990, PMID 2170676, PMC 248586 (freier Volltext), S. 5367–5375.
  15. Structure of "Spike" Protein in New Coronavirus Determined. auf ChemistryViews.org vom 21. Februar 2020; abgerufen am 3. März 2020.
  16. Spike Protein / S Protein. auf Sino Biological.com; abgerufen am 3, März 2020.
  17. a b M. R. Denison, R. L. Graham, E. F. Donaldson, L. D. Eckerle, R. S. Baric: Coronaviruses: an RNA proofreading machine regulates replication fidelity and diversity. In: RNA Biology. Band 8, Nr. 2, März-April 2011, S. 270–279, doi:10.4161/rna.8.2.15013, ISSN 1555-8584, PMID 21593585, PMC 3127101 (freier Volltext).
  18. P. C. Y. Woo, M. Wang, S. K. P. Lau, H. Xu, R. W. S. Poon, R. Guo, B. H. L. Wong, K. Gao, H.-w. Tsoi, Y. Huang, K. S. M. Li, C. S. F. Lam, K.-h. Chan, B.-j. Zheng, K.-y. Yuen: Comparative Analysis of Twelve Genomes of Three Novel Group 2c and Group 2d Coronaviruses Reveals Unique Group and Subgroup Features. In: Journal of Virology. Band 81, Nr. 4, Februar 2007, S. 1574–1585, doi:10.1128/JVI.02182-06, PMID 17121802, PMC 1797546 (freier Volltext).
  19. ICTV: Complete Coronavirus Genome Sequences
  20. New coronavirus emerges from bats in China, devastates young swine. Auf: ScienceDaily. vom 4. April 2018.
  21. Zhou et al: Fatal swine acute diarrhoea syndrome caused by an HKU2-related coronavirus of bat origin. In: Nature research, life sciences reporting summary, Letter. Juni 2017, doi:10.1038/s41586-018-0010-9.
  22. ICTV: ICTV Taxonomy history: NL63-related bat coronavirus strain BtKYNL63-9b, EC 51, Berlin, Germany, July 2019; Email ratification March 2020 (MSL #35)
  23. Nadja Podbregar: Coronavirus: Sind auch Menschenaffen gefährdet?. Auf: scinexx.de vom 30. März 2020.
  24. ICTV: Revision of the family Coronaviridae, Taxonomic proposal to the ICTV Executive Committee 2008.085-126V.
  25. NCBI: Rat coronavirus (no rank)
  26. Ben Hu, Lei-Ping Zeng, Xing-Lou Yang, Xing-Yi Ge, Wei Zhang, Bei Li, Jia-Zheng Xie, Xu-Rui Shen, Yun-Zhi Zhang, Ning Wang, Dong-Sheng Luo, Xiao-Shuang Zheng, Mei-Niang Wang, Peter Daszak, Lin-Fa Wang, Jie Cui, Zheng-Li Shi; Christian Drosten (Hrsg.): Discovery of a rich gene pool of bat SARS-related coronaviruses provides new insights into the origin of SARS coronavirus. In: PLOS Pathogens. vom 30. November 2017, doi:10.1371/journal.ppat.1006698.
  27. a b Alexandre Hassanin: Coronavirus Could Be a 'Chimera' of Two Different Viruses, Genome Analysis Suggests. Auf: sciencealert vom 24. März 2020 (Quelle: THE CONVERSATION).
  28. Kristian G. Andersen, Andrew Rambaut, W. Ian Lipkin, Edward C. Holmes, Robert F. Garry: The Proximal Origin of SARS-CoV-2. In: virological.org, Quelle: ARTIC Network, 17. Februar 2020, Nature
  29. NCBI: Bat coronavirus RaTG13
  30. a b Hong Zhou, Xing Chen, Tao Hu, Juan Li, Hao Song, Yanran Liu, Peihan Wang, Di Liu, Jing Yang, Edward C.Holmes, Alice C.Hughes, Yuhai Bi, Weifeng Shi: A novel bat coronavirus closely related to SARS-CoV-2 contains natural insertions at the S1/S2 cleavage site of the spike protein, in: Current Biology, 11. Mai 2020 (Pre-proof), doi:10.1016/j.cub.2020.05.023
  31. Jacinta Bowler: Researchers Find Another Virus in Bats That's Closely Related to SARS-CoV-2, auf: sciencealert Vom 12. Mai 2020
  32. Xingguang Li, Junjie Zai, Qiang Zhao, Qing Nie, Yi Li, Brian T. Foley, Antoine Chaillon: Evolutionary history, potential intermediate animal host, and cross‐species analyses of SARS‐CoV‐2. In: Journal of Medical Virology. 27. Februar 2020, doi:10.1002/jmv.25731, PDF, PMID 32104911, researchgate
  33. Chengxin Zhang et al.: Protein Structure and Sequence Reanalysis of 2019-nCoV Genome Refutes Snakes as Its Intermediate Host and the Unique Similarity between Its Spike Protein Insertions and HIV-1. In: American Chemical Society: J. Proteome Res. vom 22. März 2020, doi:10.1021/acs.jproteome.0c00129; PrePrint, PrePrint Volltext (PDF) vom 8. Februar 2020.
  34. Sander van Boheemen: Virus Discovery and Characterization using Next-Generation Sequencing. Proefschrift Erasmus Universiteit Rotterdam, Rotterdam 2014, ISBN 978-90-8891-932-9, Figur 3.
  35. NCBI: Thrush coronavirus HKU12 (species)
  36. NCBI: Sparrow coronavirus HKU17 (species)
  37. a b Mang Shi,Xiabn-Dan Lin, Jun-Huia Tian et al.: Redefining the invertebrate RNA virosphere, in: Nature 540, S. 539–543, 23. November 2016, doi:10.1038/nature20167, via ResearchGate (Volltext), Supplement (PDF)