Picornaviridae
Medizinische Expertise: Dr. med. NonnenmacherQualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer. nat. Frank Meyer
Letzte Aktualisierung am: 1. September 2026Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.
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Die Picornaviridae bilden eine Familie aus unbehüllten Viren. Die meisten Gattungen der Familie sind ungewöhnlich resistent gegenüber Säuren und Alkohol, sodass sie auch im Magen-Darm-Trakt überleben. Zu den bekanntesten Viren der Familie zählen das Poliovirus und das Hepatitis-A-Virus.
Was sind Picornaviridae?
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Picornaviridae oder Picornaviren entsprechen einer Familie von Viren, die der Ordnung Picornavirales zuzuordnen sind. Bei den einzelnen Arten handelt es sich um unbehüllte Viren, die mit dem Genom einer einzelsträngig linearen RNA positiver Polarität ausgestattet sind.
Viren der Familie Picornaviridae werden lediglich 22 bis 30 nm groß. Das macht sie zu den kleinsten bekannten Viren. Bezogen auf die Größe ist auch die Namensgebung "pico" zu verstehen, was wörtlich übersetzt "sehr klein" bedeutet.
Picornaviren befallen eine Vielzahl von Wirbeltieren, an denen sie extrem unterschiedliche Erkrankungen hervorrufen können. Von einer harmlosen Erkältung bis zu Durchfallerkrankungen, Schleimhautentzündung und Infektionen des zentralen Nervensystems können vielfältige Symptome auf die verschiedenen Arten der winzigen Viren zurückzuführen sein.
Die Unterarten der Familie werden meist in Subtypen unterteilt. Sie besitzen große Oberflächenvarianz und sind, damit einhergehend, mit antigenetischer Variabilität assoziiert. Mehrere hundert Serotypen von Picornaviren sind bislang beschrieben, und es kommen laufend neue hinzu. Einer der relevantesten Vertreter der Picornaviridae für den Menschen ist das Poliovirus. Darüber hinaus zählt das Hepatitis-A-Virus mit zu den Picornaviridae.
Vorkommen, Verbreitung & Eigenschaften
Ihr Kapsid besteht in der Regel aus vier Virusproteinen, die als VP1 bis VP4 bezeichnet werden. Bei einigen Spezies der Familie ist im Kapsid in geringer Konzentration das Vorläuferprotein VP0 enthalten, das in der Reifung durch proteolytische Spaltungsvorgänge eigentlich zu den Proteinen VP2 und VP4 wird. Die vier Strukturproteine der Viren bilden ein Kapsomer aus. VP4 kleidet die innere Kapsid-Seite aus und ist durch positiv geladene Aminosäurereste mit der RNA der Viren assoziiert. Rund 60 Kapsomere lagern sich innerhalb eines Kapsids zu einem sogenannten Ikosaeder zusammen. Die Viren-Oberfläche besteht aus den drei Proteinen VP1 bis 3, von denen jeweils die antigenetische Eigenschaft und die Serotyp-Einteilung der einzelnen Viren abhängen.
Picornaviren sind ohne eine Virushülle extrem stabil gegenüber allen Alkoholen und milderen Detergenzien. Die meisten Enteroviren und das Hepatovirus sind auch gegen starke Detergenzien und pH-Werte von weniger als 3,0 stabil; die zur selben Gattung zählenden Rhinoviren bilden hier eine Ausnahme. Damit besitzen sie hohe Umweltresistenz und werden durch das saure Milieu im Verdauungstrakt nicht unschädlich gemacht.
Besonders stabile Viren der Familie infizieren den Menschen damit über den Verdauungstrakt und erreichen erst von dort aus Zielorgane wie das zentrale Nervensystem oder die Lunge. Weniger stabile Gattungen der Picornaviridae werden eher durch Tröpfchen- und Schmierinfektion des Nasen-Rachen-Raums übertragen.
Zu den mitunter bekanntesten Erkrankungen durch Picornaviridae zählt die Poliomyelitis, die sich nach einer Infektion mit dem Poliovirus einstellt.
Krankheiten & Beschwerden
Bei der spinalen Verlaufsform betreffen die Lähmungen insbesondere die Extremitäten und den Rumpf. Auch Störungen der Atmung kommen aber vor. Ein Befall des hirnnahen Rückenmarks ist prognostisch enorm ungünstig und kann eine zentrale Atemlähmung hervorrufen.
Auch das Hepatitis-A-Virus ist ein Vertreter der Picornaviridae, der beim Menschen zum Ausbruch einer Hepatitis A führt. Die Infektion mit dem Hepatitis-A-Virus ist meist eine fäkal-orale Infektion, seltener wird das Virus parenteral übertragen. Rohe oder unzureichend gekochte Lebensmittel oder kontaminiertes Trinkwasser stellen die verbreitetsten Infektionsquellen dar.
Hepatitis A verläuft oft asymptomatisch. Bei einem symptomatischen Verlauf stellt sich nach Inkubationszeiten von bis zu sechs Wochen eine Phase der unspezifischen Symptome ein. Neben Fieber, Übelkeit und Bauchschmerzen liegen meist Myalgien (Muskelschmerzen) und Arthralgien (Gelenkschmerzen) vor, die zunächst für einen grippalen Infekt gehalten werden können. Im Verlauf der Erkrankung stellt sich eine mehr oder weniger schwere Lebersymptomatik ein, die Gelbsucht mit einer Entfärbung des Stuhls und Druckschmerzen an der Leber bedingen kann.
Nicht jedes der genannten Symptome muss zwingend vorhanden sein. Bei einer fulminanten Hepatitis kommt es zu zusätzlichen Symptomen, wobei sich eine Leberinsuffizienz entwickeln kann. Ein derart schwerer Verlauf tritt jedoch nur sehr selten ein.
Schon ein oder zwei Wochen vor Einsetzen der Erkrankung kann der Patient die Krankheit bereits auf andere Menschen übertragen. Picornaviridae befallen zudem nicht ausschließlich Menschen, sondern rufen auch an anderen Wirbeltieren Erkrankungen hervor. Dazu zählt zum Beispiel die Maul-und-Klauen-Seuche. Die Maul-und-Klauen-Seuche ist eine Zoonose: Der Erreger kann grundsätzlich vom Tier auf den Menschen übergehen. Die Infektion wird auf den Menschen so zum Beispiel durch Klauentiere, wie Rinder, Schweine oder Schafe in Form von Schmierinfektion übertragen. Auch infizierte Gegenstände und kontaminierte Milchprodukte stellen eine Infektionsquelle dar. Übertragungen auf den Menschen sind allerdings ausgesprochen selten; weltweit sind nur wenige, überwiegend mild verlaufende Fälle dokumentiert.
Die Gattungen der Familie
Die Picornaviridae sind heute in eine große Zahl von Gattungen gegliedert, von denen nur ein Teil den Menschen betrifft. Für die Humanmedizin stehen vier Gruppen im Vordergrund.
Die Gattung Enterovirus ist die umfangreichste. Zu ihr gehören neben dem Poliovirus die Coxsackieviren der Gruppen A und B, die Echoviren sowie zahlreiche fortlaufend durchnummerierte Enteroviren. Sie verursachen ein außerordentlich breites Spektrum von Erkrankungen: fieberhafte Sommerinfekte, die Hand-Fuß-Mund-Krankheit, schmerzhafte Bläschen im Rachen, nichteitrige Formen der Hirnhautentzündung, Entzündungen des Herzmuskels (Herzmuskelentzündung) und des Herzbeutels sowie Entzündungen der Bindehaut. Einzelne Typen fallen aus dem Rahmen: Ein bestimmtes Enterovirus verursacht in Ost- und Südostasien wiederkehrende Ausbrüche der Hand-Fuß-Mund-Krankheit mit gelegentlich schweren Beteiligungen des Nervensystems, ein anderes wird seit einigen Jahren mit Fällen einer akuten schlaffen Lähmung bei Kindern in Verbindung gebracht.
Auch die Rhinoviren, die häufigsten Erreger der gewöhnlichen Erkältung, zählen nach heutiger Einteilung zur Gattung Enterovirus. Lange bildeten sie eine eigene Gattung; die Umgliederung erfolgte, nachdem der Vergleich der Erbgutabschnitte ihre enge Verwandtschaft zu den übrigen Enteroviren gezeigt hatte.
Die Gattung Hepatovirus enthält als einzigen menschenpathogenen Vertreter das Hepatitis-A-Virus. Die Gattung Parechovirus umfasst die humanen Parechoviren, die vor allem bei Säuglingen und Kleinkindern Bedeutung haben und dort Bilder hervorrufen können, die einer schweren bakteriellen Allgemeininfektion ähneln.
Von den tiermedizinisch bedeutsamen Gattungen ist Aphthovirus die wichtigste; zu ihr gehört der Erreger der Maul- und Klauenseuche der Klauentiere. Die Gattung Cardiovirus schließlich beherbergt Viren von Nagetieren, darunter das Enzephalomyokarditis-Virus und das Theiler-Virus.
Wie sich die Viren an die Zelle heften
Das Kapsid der Picornaviren ist nicht glatt. Bei vielen Enteroviren zieht sich um jede der zwölf Ecken des Ikosaeders eine ringförmige Vertiefung, die in der Fachsprache als Canyon bezeichnet wird. In dieser Rinne liegt die Stelle, mit der das Virus an sein Gegenstück auf der Zelloberfläche bindet. Die Vertiefung ist so schmal, dass die verhältnismäßig großen Antikörper des Immunsystems schlecht hineinreichen. Die entscheidende Anheftungsstelle bleibt dadurch weitgehend verborgen, während die Abwehr sich gegen die veränderlichen erhabenen Bereiche der Oberfläche richtet – ein Grund dafür, dass immer neue Serotypen entstehen können.
Welches Gegenstück ein Virus benötigt, ist von Gruppe zu Gruppe verschieden und bestimmt maßgeblich, welche Gewebe es befallen kann. Das Poliovirus nutzt ein Eiweiß, das unter anderem auf Nervenzellen vorkommt; die Mehrzahl der Rhinoviren dockt an ein Haftmolekül der Schleimhautzellen an; der Erreger der Maul- und Klauenseuche bindet an Ankerstrukturen der Zelloberfläche, die dem Zusammenhalt der Gewebe dienen.
Unterhalb der Rinne verbirgt sich im Kapsidprotein VP1 eine kleine Tasche, in der ein Fettmolekül steckt. Es hält das Kapsid in Form. Rückt beim Andocken an die Zelle dieses Molekül heraus, lockert sich der Aufbau, und das Erbgut wird in die Zelle entlassen. Diese Tasche ist der Angriffspunkt einer Reihe von Wirkstoffen, die entwickelt wurden, um das Kapsid künstlich zu verriegeln; zur breiten Anwendung gelangt ist bislang keiner von ihnen.
Genomaufbau und Vermehrung
Der Name der Familie setzt sich aus zwei Bestandteilen zusammen: "pico" für die geringe Größe und "RNA" für die Art des Erbguts. Dieses Erbgut ist bei allen Mitgliedern gleich aufgebaut. Es besteht aus einem einzigen RNA-Strang positiver Polarität, das heißt, die Wirtszelle kann ihn unmittelbar wie eine eigene Boten-RNA ablesen. Bereits die nackte, aus einem Virus herausgelöste RNA genügt daher, um in einer Zelle eine vollständige Vermehrung in Gang zu setzen.
Am vorderen Ende des Strangs sitzt anstelle der bei zelleigener Boten-RNA üblichen chemischen Schutzkappe ein kleines, fest gebundenes Virusprotein. Die Ablesung beginnt deshalb an einer weiter innen gelegenen, stark gefalteten Stelle, der internen ribosomalen Eintrittsstelle. Sie wirkt wie eine Andockrampe für die Ableseapparatur der Zelle. Verschiedene Gruppen der Familie besitzen unterschiedlich gebaute Eintrittsstellen, deren Bauplan sich für die Einordnung der Viren nutzen lässt.
Abgelesen wird das Erbgut in einem Zug zu einem einzigen langen Eiweiß. Dieses Polyprotein zerfällt in drei Abschnitte: Aus dem ersten entstehen die Kapsidproteine, aus den beiden anderen die Werkzeuge für die Vermehrung, darunter die Proteasen, die das Polyprotein selbst zerschneiden, und eine RNA-abhängige RNA-Polymerase. Die gesamte Vermehrung findet außerhalb des Zellkerns an umgebauten Membranbläschen statt. Weil die virale Polymerase keine Korrekturlesefunktion besitzt, entstehen laufend Abweichungen im Erbgut. Das erklärt die große Zahl von Serotypen innerhalb einzelner Gattungen und die Schwierigkeit, gegen die meisten Vertreter einen Impfstoff zu entwickeln.
Säurestabilität und Verhalten in der Umwelt
Die Widerstandsfähigkeit gegenüber Säure ist das Merkmal, an dem sich die Lebensweise der einzelnen Gruppen ablesen lässt. Enteroviren und das Hepatitis-A-Virus überstehen die Magensäure und die Gallensäuren des Dünndarms unbeschadet. Nur deshalb können sie den Verdauungsweg als Eintrittspforte nutzen und über den Stuhl ausgeschieden werden. Ihre Übertragung ist entsprechend fäkal-oral geprägt.
Die Rhinoviren bilden die Ausnahme von dieser Familienregel: Sie werden im sauren Milieu des Magens zerstört. Ihr Vermehrungsort bleibt deshalb auf den Nasen-Rachen-Raum beschränkt, und sie werden über Tröpfchen und über die Hände weitergegeben, nicht über den Darm. Hinzu kommt, dass sie sich bei den etwas niedrigeren Temperaturen der Nasenschleimhaut besser vermehren als bei der Körperkerntemperatur. Auch der Erreger der Maul- und Klauenseuche ist säureempfindlich. Das hat eine handfeste Folge für die Lebensmittelüberwachung: Beim Reifen von Fleisch sinkt der pH-Wert im Muskelgewebe so weit, dass das Virus dort abstirbt, während es in Innereien, Lymphknoten und Knochenmark überdauern kann.
Da allen Picornaviren die Fetthülle fehlt, greifen die üblichen alkoholischen Mittel zur Desinfektion der Hände nur unzureichend. Erforderlich sind Zubereitungen, die ausdrücklich als gegen unbehüllte Viren wirksam ausgewiesen sind; wirksam sind ferner Hitze und geeignete Sauerstoffabspalter. In der Umwelt sind die Viren ausgesprochen langlebig: Sie überstehen Wochen auf Oberflächen, in Wasser und in Abwässern und werden durch Einfrieren nicht zerstört. Für die Trinkwasserversorgung ist deshalb eine ausreichende Aufbereitung entscheidend, für Lebensmittel die durchgehende Erhitzung. Ausbrüche von Hepatitis A sind wiederholt auf tiefgefrorene Beerenfrüchte und auf roh verzehrte Austern und andere Muscheln zurückgeführt worden, die das Virus aus verunreinigtem Wasser anreichern.
Nachweis
Über Jahrzehnte war die Anzucht in Zellkulturen das führende Verfahren; die Viren erzeugen dort ein charakteristisches Muster zugrunde gehender Zellen. Heute steht der Nachweis des Erbguts mittels Polymerase-Kettenreaktion im Vordergrund, der je nach Fragestellung aus Stuhl, Rachenabstrich, Bläscheninhalt oder Nervenwasser geführt wird. Die genauere Zuordnung zu einem Typ erfolgt anschließend durch Entzifferung eines bestimmten Kapsidgens. Blutuntersuchungen auf Antikörper sind bei den Enteroviren wegen der Vielzahl der Typen und ihrer Kreuzreaktionen nur begrenzt aussagekräftig; bei der Hepatitis A dagegen ist der Nachweis bestimmter Antikörper das übliche Vorgehen.
Nicht jeder Nachweis bleibt eine Angelegenheit zwischen Arzt und Labor. Für zwei Mitglieder der Familie besteht in Deutschland eine gesetzliche Meldepflicht: Weist ein Labor das Poliovirus oder das Hepatitis-A-Virus nach, muss es dies der zuständigen Behörde melden. Bei beiden kommt die Meldung durch den behandelnden Arzt hinzu; bei der Poliomyelitis greift sie bereits beim bloßen Verdacht, bei der Hepatitis A gehört die Untersuchung des Umfelds dazu, weil sich die Ansteckungsquelle häufig ermitteln lässt.
Bedeutung in Forschung und Tiermedizin
Die Maul- und Klauenseuche gilt als eine der wirtschaftlich folgenreichsten Tierseuchen überhaupt. Das Virus ist außerordentlich ansteckend und kann über die Luft verfrachtet werden; ein Ausbruch zieht deshalb regelmäßig Handelsbeschränkungen und weiträumige Sperrmaßnahmen nach sich. Das Theiler-Virus der Maus wiederum löst eine langsam fortschreitende Entzündung des Nervensystems aus und dient in der Forschung als Modell für Erkrankungen wie die Multiple Sklerose.
Über die Krankheitslehre hinaus haben Picornaviren die Molekularbiologie geprägt. An ihnen wurde die interne ribosomale Eintrittsstelle entdeckt, die heute in der Biotechnologie als Werkzeug dient, um zwei Eiweiße von einer einzigen Boten-RNA herstellen zu lassen. Gentechnisch veränderte Polioviren werden zudem in Studien daraufhin geprüft, ob sie bösartige Hirntumoren angreifen können. Diskutiert wird schließlich seit langem, ob Infektionen mit bestimmten Enteroviren an der Entstehung des Typ-1-Diabetes beteiligt sind; belegt ist dieser Zusammenhang bislang nicht.
Quellen
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