Coronaviridae ist eine Virusfamilie innerhalb der Ordnung Nidovirales. Die Viren innerhalb der Familie werden (fach)umgangssprachlich Coronaviren genannt und gehören zu den RNA-Viren mit den größten Genomen.
Die ersten Coronaviren wurden bereits Mitte der 1960er Jahre beschrieben.Faktencheck zu Coronavirusmythen – Von Chlordioxid, Vertuschung und Zwiebeln. n-tv.de, 18. März 2020. Quelle: Robert Koch-Institut. Als Entdeckerin gilt die britische Virologin June Almeida, der 1966 eine Aufnahme mittels Elektronenmikroskop gelang.Denise Gellene: Overlooked No More: June Almeida, Scientist Who Identified the First Coronavirus. nytimes.com, 8. Mai 2020 (Update 10. Mai 2020); abgerufen am 5. August 2020. Die im elektronenmikroskopischen Bild grob kugelförmigen Viren fallen durch einen Kranz von blütenblattartigen Fortsätzen auf, der an eine Sonnenkorona erinnert und der ihnen den Namen gab.
Vertreter dieser Virenfamilie verursachen bei allen vier Klassen der Landwirbeltiere (Säugetiere, Vögel, Reptilien, Amphibien) sehr unterschiedliche Erkrankungen. Sie sind genetisch hochvariabel und können so manchmal auch mehrere Arten von Wirten infizieren. Beim Menschen sind sieben Arten von Coronaviren als Erreger von respiratorischen Infektionen von Bedeutung, und zwar von leichten (Erkältung / Grippaler Infekt) bis hin zum so genannten Schweren akuten Atemwegssyndrom (SARS, Severe Acute Respiratory Syndrome).
Unter den menschlichen Coronaviren besonders bekannt geworden sind die folgenden Coronaviren:
SARS-CoV (Severe Acute Respiratory Syndrome Corona Virus) bzw. SARS-CoV-1, MERS-CoV (Middle East Respiratory Syndrome Corona Virus), SARS-CoV-2 (Severe Acute Respiratory Syndrome Corona Virus 2).
Sie waren bzw. sind die Auslöser der SARS-Pandemie 2002/2003, der MERS-Epidemie (ab 2012) und der COVID-19-Pandemie (ab 2019).
Merkmale Erscheinungsbild mini|hochkant=1.1|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 () 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 (Spike-Protein, 180 bis 220 kDa), das hier ein membranverankertes Trimer bildet.B. Delmas, H. Laude: Assembly of Coronavirus Spike Protein Into Trimers and Its Role in Epitope Expression. In: Journal of Virology, November 1990, Band 64, Nr. 11, S. 5367–5375. PMID 2170676, . Diese Anteile tragen sowohl (S1) die Rezeptor-Bindungs-Domäne (RBD), mit der das Virus an eine Zelle andocken kann,Structure of "Spike" Protein in New Coronavirus Determined. ChemistryViews.org, 21. Februar 2020; abgerufen am 3. März 2020. als auch (S2) eine Untereinheit, die als Fusions-Protein (FP) die Verschmelzung von Virushülle und Zellmembran bewirkt.Spike Protein / S Protein. Sino Biological.com; abgerufen am 3. März 2020.
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.
Genom 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.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, . PMID 21593585, .
Am 5'-Ende befinden sich eine 5'-Cap-Struktur und eine nichtcodierende 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 (, 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.
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 ), 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. Vermutlich bewirkt dieser Korrekturlesemechanismus, dass das antivirale Mittel Ribavirin bei COVID-19 (SARS-CoV-2) nicht wirkt.David Cyranoski: Virologie: Porträt eines Killers. Online-Ausgabe des Artikels in Spektrum der Wissenschaft, August 2020, Nr. 8, S. 40–49.
Vorkommen und Verbreitung Bereits 1932 wurde die Infektiöse Bronchitis bei Geflügel untersucht, die vom Infektiöse-Bronchitis-Virus (IBV, Art Avian coronavirus), einem Gammacoronavirus aus der Unterfamilie der Orthocoronavirinae, verursacht wurde. Damals konzentrierten sich die Untersuchungen auf das Krankheitsgeschehen. Aussehen und genetische Verwandtschaftsverhältnisse des Virus waren unbekannt, und der Name „Coronaviren“ existierte noch nicht.
Die ersten namentlichen Coronaviren wurden Mitte der 1960er Jahre beschrieben. Das erstentdeckte Exemplar war das später verlorengegangene humane Coronavirus B814 (nicht klassifiziertStuart Siddell, Steven Myint: Coronaviruses. In: Steven Myint, D. A. J. Tyrrell, David Taylor-Robinson (Hrsg.): Viral and Other Infections of the Human Respiratory Tract. Chapman & Hall, London 1996, ISBN 978-94-011-7932-4 (Volltext als PDF (PDF; 3,8 MB) ).). Coronaviren sind genetisch hochvariabel; einzelne Arten aus der Familie Coronaviridae können durch Überwindung der Artenbarriere auch mehrere Arten von Wirten infizieren, also Zoonosen verursachen.
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 den 2012 neu aufgetretenen Viren der Art Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV) entstanden.
Die Anfang 2020 von der chinesischen Stadt Wuhan ausgegangene COVID-19-Pandemie wurde von einem bis dahin unbekannten Coronavirus verursacht, das den Namen SARS-CoV-2 erhielt. Im Original publiziert auf xinhuanet.com vom 9. Januar 2020. WHO: Pneumonia of unknown cause – China. Disease Outbreak News vom 5. Januar 2020.
Systematik Etymologie Der Name „Coronaviren“ – „Kranz, Krone“ – wurde 1968 eingeführt und hängt mit dem charakteristischen Aussehen dieser Viren unter dem Elektronenmikroskop zusammen. Der erste veröffentlichte Bericht über die Entdeckung gibt die Namensgebung durch die Entdecker wieder als beruhend auf der Ähnlichkeit der Hüllen-Umsäumung der Viren zur Sonnenkorona:
Ein anderer Bericht führt die Wahl der Entdecker auf die Ähnlichkeit der Hüllen-Umsäumung zu einer Krone zurück, beruft sich dabei jedoch auf den Erstbericht, der eine abweichende Beschreibung gibt. Zwei virologische Referenzwerke enthalten ein Kapitel, bei dem ein Autor namensgleich mit einer Person aus der o.g. Entdeckergruppe ist („Kenneth McIntosh“ vs. „K. McIntosh“), und, in dem jeweils die „Kronen-Etymologie“ gegeben wird.
Strukturierung Die Familie Coronaviridae wird auf der Grundlage von phylogenetischen Eigenschaften in zwei Unterfamilien und aktuell fünf Gattungen eingeteilt (eine sechste ist vorgeschlagen). Eigenschaften wie Wirtsspektrum, Organspektrum oder Erkrankungsart spielen bei der Klassifikation keine Rolle.
Die aktuellen beiden Unterfamilien heißen Orthocoronavirinae und Letovirinae. Dabei ist Orthocoronavirinae die weitaus größere von beiden. Letovirinae ist ein deutlich jüngeres Taxon innerhalb der Familie Coronaviridae, und bisher ist nur eine einzige Letovirenart bekannt: Microhyla letovirus 1.
Die fünf aktuellen Gattungen heißen: Alphacoronavirus, Betacoronavirus, Deltacoronavirus, Gammacoronavirus und Alphaletovirus. Eine weitere Gattung „Epsiloncoronavirus“ könnte noch dazukommen. Die früheren Gattungen Torovirus und Bafinivirus finden sich heute in der Unterfamilie Torovirinae in der Nidoviren-Familie Tobaniviridae.
Die Anzahl der Arten ändert sich laufend, insbesondere seit der SARS-Pandemie 2002/2003. Seitdem hatte sich die Forschungstätigkeit im Bereich der Coronaviren massiv verstärkt. Die Arten sind in eine größere Zahl Untergattungen eingeordnet. Diese sollen bei der systematischen Einordnung noch nicht eingehend beschriebener bzw. zukünftig entdeckter Coronavirusarten helfen und sind in der systematischen Übersicht (siehe unten) aufgelistet.
Innere Systematik Systematische Darstellung nach ICTV (Stand: 7. Mai 2024).ICTV: Taxonomy Browser.ICTV: Virus Metadata Resource (VMR). (*) ehem. Typusart
Familie Coronaviridae Unterfamilie Letovirinae Gattung Alphaletovirus Untergattung Milecovirus Spezies Alphaletovirus microhylae (*) Microhyla letovirus 1 (MLeV) Unterfamilie Orthocoronavirinae, ehem. Unterfamilie Coronavirinae, ehem. Gattung Coronavirus Gattung Alphacoronavirus (ehem. Phylogruppe Gruppe-1-Coronaviren) Untergattung Amalacovirus Spezies Alphacoronavirus almalfi (früher Alphacoronavirus AMALF) mit Bat alphacoronavirus isolate AMA_L_F (BtCoV-AMA-L-F) Subtyp: AMA_L_F Untergattung Colacovirus Spezies Alphacoronavirus myotis mit Bat coronavirus CDPHE15 (BtCoV CDPHE15) Subtyp: bat/USA/CDPHE15/2006 Untergattung Decacovirus Spezies Alphacoronavirus australiense (früher Alphacoronavirus WA3607, provisorisch Alphacoronavirus sp. WA3607) mit Alphacoronavirus WA3607 (ACoV-WA3607) Subtyp: WA3607 Spezies Alphacoronavirus ferrumequini (früher Rhinolophus ferrumequinum alphacoronavirus HuB-2013) mit Bat Rhinolophus ferrumequinum alphacoronavirus HuB2013 [BtRf-AlphaCoV/HuB2013] (BtRf-AlphaCoV) Subtyp: BtRf-HuB2013 Spezies Alphacoronavirus hipposideri (früher Alphacoronavirus CHB25) mit Hipposideros pomona bat coronavirus CHB25 (HipPBCoV-CHB25) Subtyp: CHB0025 Spezies Alphacoronavirus rousetti mit Rousettus bat coronavirus HKU10 (BtCoV HKU10) Subtyp: 183A Untergattung Duvinacovirus Spezies Alphacoronavirus chicagoense mit Humanes Coronavirus 229E, engl. (HCoV_229E) Isolate: 229E und J0304 Untergattung Luchacovirus Spezies Alphacoronavirus ratti mit Lucheng Rn rat coronavirus (LRNV) Subtyp: Lucheng-19 Untergattung Minacovirus Spezies Alphacoronavirus neovisontis mit Mink coronavirus [Mink coronavirus 1] (MCoV, MCoV-1) Subtyp: WD1127 Ferret coronavirus Untergattung Minunacovirus Spezies Alphacoronavirus miniopteri mit Miniopterus bat coronavirus HKU8 (Mi-BatCoV_HKU8, Bat-CoV-HKU8) Subtyp: AFCD77