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Jürgen Stech
„Hepatitisviren“
Bilder ausFlint: Principles of Virology 2nd EditionFields: Virology 5th EditionModrow: Molekulare Virologie 3. Aufl.
„Hepatitisviren“sind Viren, die eine Hepatitis verursachen,
und bilden keine systematische Gruppe.
25 nm
Hepatitis A Virus (HAV)
Picornaviridae
Virus-Hepatitis
45 nm
Hepatitis B Virus (HBV)
Hepadnaviridae
Hepatitis G Virus (HGV)
Flaviviridae
KEIN Hepatitisvirus!
Hepatitis E Virus (HEV)
Hepeviridae
30 nm
Hepatitis Delta Virus (HDV)
nicht klassifiziert
35 nm
Hepatitis C Virus (HCV)
Flaviviridae
60 nm
andere Viren,
weitere
Mikroorganismen,
Parasiten,
hepatotoxische
Substanzen oder
Autoimmun-
erkrankungen.
Außer „Hepatitisviren“
sind mögliche Ursachen
einer Hepatitis
Fäko-orale Übertragungz. B. Trinkwasser, Nahrungsmittel
oder Schmierinfektion
Hepatitis A Virus
Hepatitis E Virus
Parenterale Übertragungz. B. Injektionen, Infusionen,
Dialyse oder Intimkontakt
Hepatitis B Virus
Hepatitis D Virus(Satellitenvirus zu HBV)
Hepatitis C Virus
Chronifizierung möglich
Übertragung und Verlauf
HEV Chronifizierung
möglich
HAV nicht chronisch
Virus-Hepatitis
45 nm
Hepatitis B Virus (HBV)
Hepadnaviridae
Hepatitis E Virus (HEV)
Hepeviridae
30 nm
Hepatitis Delta Virus (HDV)
nicht klassifiziert
35 nm
Hepatitis C Virus (HCV)
Flaviviridae
60 nm
25 nm
Hepatitis A Virus (HAV)
Picornaviridae
- Klassifikation und Systematik
- Unterschiede Bakteriophagen/ Viren von Eukaryonten
- Charakteristika von tierpathogenen Viren
- Charakteristika von pflanzenpathogenen Viren
- (+) Strang RNA-Viren: Picornaviren
Klassifikation RNA-Viren
www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1516992112
2015
Replikationszyklus
Picornaviren
Hepatitis A Virus
Erkrankung: epidemische Hepatitis, bei 50%
asymptomatisch (bei Kindern > 90%), nicht chronisch
Übertragung: fäko-oral, über kontaminiertes Wasser oder
Essen (Virus sehr hitze- und pH-resistent)
Inkubationszeit: 4 Wochen
Prophylaxe: sehr guter Totimpfstoff verfügbar (für Reisen in
Endemiegebiete)
Epidemiologie: Mensch als einziges Erregerreservoir,
Seroprävalenz in Europa 5-20%, in Drittweltländern bis 90%
Hepatitis A Virus – weltweite Verbreitung
Art der
Diagnostik
Methode Nachweis von Vorteile/
Nachteile
Direkter Erregernachweis
Virus-Isolierung Anzüchtung auf
Zellkulturen
Infektiösität,
Zytopathogenität
empfindlich,
aber langsam
Elektronen-
mikroskopie (EM)
Negativ-
Kontrastierung,
Transmissions-EM
Viruspartikel schnell, aber wenig
empfindlich
Antigen-Nachweis
im Pat.-Material
Immunfluoreszenz,
Ag-ELISA
Virusproteine schnell, aber nur
z.T. verfügbar
Nukleinsäure-
Nachweis
im Pat.-Material
Gensonde,
Polymerase-
Kettenreaktion
viraler Nukleinsäure
(DNA oder RNA)
schnell, aber kein
dir. Nachweis der
Infektiösität
Indirekter Nachweis
Serologie • Immun-
fluoreszenz
• ELISA
• Hämagglutinations
-Hemmtest
• Western Blot
spezifischen
antiviralen
Antikörpern
im Serum des
Patienten
retrospektive
Diagnose
Direkter Nachweis
RT-PCR vom StuhlInfektiosität?
Sequenzierung Subtypenbestimmung
Epidemiologie
Hepatitis A Virus (HAV) – Diagnostik
Indirekter Nachweis
IgM EIA Routine-Nachweis der
akuten Hepatitis A
Gesamt-Ig EIA Immunitätsnachweis
25 nm
Hepatitis A Virus (HAV)
Picornaviridae
Virus-Hepatitis
Hepatitis E Virus (HEV)
Hepeviridae
30 nm
Hepatitis Delta Virus (HDV)
nicht klassifiziert
35 nm
Hepatitis C Virus (HCV)
Flaviviridae
60 nm
45 nm
Hepatitis B Virus (HBV)
Hepadnaviridae
Klassifikation DNA-Viren
Genom: partiell doppelsträngige DNA
HBe (early) ist ein Nicht-Strukturprotein, das
nicht Teil des Virions ist, sondern von
infizierten Zellen sezerniert wird (auf dem
HBc-Gen kodiert, C-terminal verkürzte Form
des HBs-Antigens).
HBs-Ag (surface)
drei Varianten: LHBsAg,
MHBsAg, SHBsAg (N-Terminal)
HBc-Ag (core)
ikosaedrisches Nukleokapsid
Hepatitis B Virus (HBV)
HBs-Ag wird in großen Mengen produziert und
ist außer im Virion auch in filamentösen oder
runden HBs-Partikeln im Serum enthalten.
P-Protein:Reverse Transkriptase!
Nichtinfektiöse Partikel
durch
Überschuss-Synthese
von HbsAg
Infektiöses Virion
Hepatitis B Virus (HBV): Proteine
Genom
ist eine
partiell
doppelsträngige
DNA
ORF C: Core-Region: Core: RNA-Verpackung, HbE-Ag: Modulation der
Immunantwort?
ORF S. Envelope-Region: L (large), M (medium), S (small)
ORF P: Reverse Transcriptase: terminal protein, reverse Transkriptase,
RNase H
ORF X: X-Protein: effizientere Transkription der viralen mRNA von ccc
DNA?, Transaktivator, für Replikation aber essentiell
Adsorption mittels Na-
Taurocholate-cotrans-
porting polypeptide (NCTP)
(1) und Aufnahme ins
Zytoplasma durch
rezeptorvermittelte
Endozytose und Freisetzung
aus dem Endosom durch
einen nichtfusogenen
Prozess (2)
Reparatur der lückenhaften
Plus-Strang-DNA (3) durch
unbekanntes Enzym
Replikationszyklus
Transport der Kapside mit DNA
über Mikrotubuli zu den
Kernporen, Freisetzung der DNA
in Zellkern (4) (covalently closed
circular DNA = cccDNA)
Diese minussträngige DNA ist
Template für Transkription durch
RNA-Polymerase II in überlange
RNA, das Prägenom (5) und in
kürzere mRNA-Transkripte (5)
Transport der mRNA aus Kern
(6) und Translation im ER zu
HbsAg (7)
Replikationszyklus
Transport des Prägenoms aus
Kern und Translation im
Zytoplasma in P-Protein
(=reverse Transkriptase) (8)
und in Kapsid-Protein (9)
Verpackung der RNA-P-
Komplexe (10)
Reverse Transkription des
Prägenoms durch P-Protein in
Minusstrang-DNA und Verdau
des Prägenoms (11)
Replikationszyklus
Rücktransport der DNA in
Zellkern als weiteres Template
früh im Replikationszyklus (12)
Formierung reifer
Nukleokapside bestehend aus
P-Protein und lückenhafter
doppelsträngiger DNA und
lückenhafter RNA (13)
Knospung ins ER (14) und
anschließend Exozytose (15)
Replikationszyklus
Familie Hepadnaviridae
Genera
Orthohepadnaviridae – Hepatitis B Virus (HBV)
Charakteristische Vertreter:
Hepatitis-B-Virus des Eichhörnchens (GSHV)
Hepatitis-B-Virus des Waldmurmeltieres (WHV)
Hepatitis-B-Virus der Wollaffen (WMBHV)
auch in Primaten
Avihepadnaviridae – Duck Hepatitis B Virus (DHBV)
Charakteristische Vertreter:
Reiher-Hepatitis-B-Virus (HHBV)
Die Homologie zwischen Ortho-
und Avihepadnaviren beträgt 40%.
Die Ortho-und Avihepadnaviren haben sich
vor mindestens 10 Mio. Jahren getrennt.
Klinik der HBV-Infektion
- Infektionsformen:
- asymptomatisch, selbstheilend
- akute Hepatitis mit ODER ohne Viruspersistenz
- Inkubationszeit: 1-6 Monate
- unauffällig bei geringer Infektionsdosis (Schleimhaut-
kontakt
- Prodromalphase: Arthralgien,
grippeähnliche Beschwerden,
gastrointestinale Beschwerden,
Exanthem, selten Fieber
- akute Hepatitis mit Ikterus
- ggf. Chronifizierung (bei 5% der
Erwachsenen), kann zu Leberzirrhose
oder hepatozellulärem Karzinom führen
Chronische Hepatitis B-Infektion
bei etwa 10% der akuten Infektionen Übergang zum
chronischen Verlauf (bei perinataler Infektion zu 90%)
aufgrund unvollständiger Immunität
Chronifizierungsrate
nach HBV-Infektion
in Abhängigkeit
vom Lebensalter!
Chronisch persistierende Form: relativ gute Prognose
Chronisch aktive Form: hohe Gefahr einer Leberzirrhose
> Leberzellkarzinom
HBV ist nicht zytotoxisch.
Die Hepatitis ist die Konsequenz einer
spezifischen T-Zell(CD8)-Antwort, die gegen
virale Antigene in infizierten Hepatozyten
gerichtet ist und daher ein
„Kollateralschaden“.
Pathomechanismus
Nature Medicine 19(7): 859-868 (2013)
- 5-7% der Weltbevölkerung sind HBV-Träger (insgesamt 350 Mio)
- etwa 1 Mio Tote/Jahr durch Leberzirrhose oder
Leberzellkarzinomen
HBV Epidemiologie weltweit
Deutschland: Seroprävalenz: 7%
etwa 150 Tote/Jahr nach akuter HBV-Infektion
0,4 - 0,7% der Bevölkerung HBV-Träger (400.000-550.000)
Hepatitis B Fallzahlen in Deutschland
HBV Genotypen
Übertragung: parenteral, sexuell, perinatal
(zumeist keine Angaben)
Inkubationszeit: 1-6 Monate
Hepatitis B Virus (HBV): Übertragung
semen
serum vaginal fluid
blood
wound exudates saliva
urine
feces
sweat
tears
breast milk
Concentration of HBV in Body Fluids
Low/
Not Detectable
High Moderate
Hepatitis B Virus (HBV): Diagnostik
Dane-Partikel Ø 42 nm
HBV-Genom
→ Infektiosität; Genotyp
HBV-Antigene
HBs-Ag
HBc-Ag
HBe-Ag (sezerniert)
HBV-Antikörper
anti-HBs
anti-HBc IgG / IgM
anti-HBe
DirektnachweisPCR (Genom), ELISA (HBs-Ag,
HBe-Ag)
Indirekter NachweisELISA der Serumantikörper
(anti-HBs, anti-HBc-IgM,
anti-HBc-IgG, anti-HBe)
HBV: Infektiösität und Serologie
infektiös bei positivem HBsAg,
vor allem bei positivem HBeAg
hohe Infektiösität 2-3 Monate
VOR der Hepatitis
HBV Impfung
Impfung (aktive Immunisierung) mit HBs-Antigen (Subunit-
Vakzine)
- früher aus Plasma chronischer Virusträger (Aufreinigung von
HBs-Partikeln)
- seit 1986 rekombinanter Impfstoff (HBs-Ag in Hefezellen
hergestellt)
1982 Einführung der Impfung (nur für Risikogruppen)
1995 Allgemeine Impfempfehlung gemäß WHO/STIKO
Postexpositionelle Gabe von HBV-Hyperimmunglobulinen
(passive Immunisierung)
- bei Neugeborenen HBsAg-positiver Mütter innerhalb von 12
nach Geburt
- nach gesicherter Exposition (z. B. Nadelstichverletzung)
Hepatitis B-Therapienur bei chronischem
oder akutem, aber fulminantem Verlauf
25 nm
Hepatitis A Virus (HAV)
Picornaviridae
Virus-Hepatitis
45 nm
Hepatitis B Virus (HBV)
Hepadnaviridae
Hepatitis E Virus (HEV)
Hepeviridae
30 nm
Hepatitis C Virus (HCV)
Flaviviridae
60 nm
Hepatitis Delta Virus (HDV)
nicht klassifiziert
35 nm
Hepatitis D Virus (HDV)
HBsAg
(Hülle)
zirkuläre, negativsträngige
RNA(Genom)
antigen
(Kapsid)
HDV ist ein defektes Virus, ein Virusoid.
Es vermehrt sich nur in Zellen, die gleichzeitig
mit HBV infiziert sind, weil es die Hülle des
HBV (HBs-Ag) benötigt.
Im Gegensatz zu HBV ist HDV zytotoxisch.
Koinfektion mit HBV:Akute Infektion kaum schlimmer, wird HBV-
plus HDV-Infektion jedoch chronisch,
verläuft die Infektion in der Regel
aggressiver.
Prophylaxe: Impfung gegen HBV
Superinfektion eines
chronischen HBV-Trägers:Oft fulminantes Auftreten einer akuten
Hepatitis, bei Überleben meist zusätzliche
Persistenz von HDV
Hepatitis D Virus – weltweite Verbreitung
Hepatitis-D Fallzahlen in Deutschland
HDV-Genom ist negativ-, einzelsträngige RNA, 70% hybridisiert
1-3: Genomsynthese initialisiert durch zelluläre RNA-Pol II, welche das
Polyadenylierungssignal und die Ribozymdomäne überliest
4-5: Prozessierung des 5'-Endes durch zelluläre Enzyme führt zu mRNAs
mit Poly-A-Schwanz, während
6-7: die RNA-Synthese (plussträngige antigenomische Matrize) über die
Ribozymregion im Template hinaus fortgesetzt wird
8-10: die neugebildete RNA wird gespalten durch das Ribozym und
anschließend ligiert, wodurch plussträngige zirkuläre RNA entsteht
11: Synthese minussträngiger RNA an plussträngigem Antigenom durch
RNA-Pol II
12-16: durch rolling-circle-Mechanismus, während die für das Ribozym
kodierende Region überlesen wird
17-20: die neugebildete RNA wird gespalten durch das Ribozym und
anschließend ligiert, so dass negativsträngige zirkuläre genomische RNA
entsteht
Die Konversion eines Stopkodons in ein Tryptophankodon
führt zu einer verlängerten mRNA,
die für das große Delta-Antigen kodiert.
25 nm
Hepatitis A Virus (HAV)
Picornaviridae
Virus-Hepatitis
45 nm
Hepatitis B Virus (HBV)
Hepadnaviridae
Hepatitis E Virus (HEV)
Hepeviridae
30 nm
Hepatitis Delta Virus (HDV)
nicht klassifiziert
35 nm
Hepatitis C Virus (HCV)
Flaviviridae
60 nm
- Klassifikation und Systematik
- Unterschiede Bakteriophagen/ Viren von Eukaryonten
- Charakteristika von tierpathogenen Viren
- Charakteristika von pflanzenpathogenen Viren
- (+) Strang RNA-Viren: Picornaviren
Klassifikation RNA-Viren
Hepatitis C Virus - Taxonomie
Pegivirus
Hund, Pferd, Nager, Fledermäuse
Bayesian phylogenetic tree of a 300-nt conserved region of the RdRp gene of the bat-derived viruses and selected members of the Hepacivirus and Pegivirus genera.
Quan P et al. PNAS 2013;110:8194-8199©2013 by National Academy of Sciences
Isolation of a cDNA Clone
Derived from a Blood-Borne
NonA NonB Viral Hepatitis Genome
Qui-Lim Choo, George Kuo, Amy J. Weiner, Lacy R.
Overby, Daniel W. Bradley, Michael Houghton
Science Vol. 244; 359-361 (1989)
Entdeckung des Hepatitis-C-Virus(-Genoms)
Herstellung einer cDNA-Genbank im
Bakteriophagen λgt11 von der RNA aus Plasma
eines Schimpansen, das ein unbekanntes Non-A,
Non-B-Agens enthielt.
Mit dem Serum eines chronischen NonA-NonB-
Hepatitispatienten wurden die Klone identifiziert, die
für virales Antigen kodieren.
Identifizierung
zweier cDNA-Klone
unter 106
Ausgehend von
transfizierten Replikons
ist nun die Erzeugung
infektiöser Virionen
möglich, die sowohl in
der Zellkultur als auch
im Tierversuch
einsetzbar sind.
Hepatitis C: Transfusionshepatitis
Krankheitsverläufe
Akute Infektion verläuft bei etwa 75%
asymptomatisch.
Unabhängig von der Akutinfektion wird die
Virushepatitis meist chronisch
(zu über 80%(!) , bei HBV nur 5-10%)
Chronisch Infizierte entwickeln häufig eine
Leberzirrhose und später ein
Leberzellkarzinom
Hepatitis C-Virus (HCV)
1989 identifiziert (bis heute nicht in Zellkultur anzüchtbar)
mindestens 12 Genotypen (und jeweils mehreren Subtypen
z.B. 1a, 1b, 2a, ....)
100 People
Resolve (15)
15%
Chronic (85)
85%
Cirrhosis (17)
Stable (68)
80%
75%
Stable (13)
Mortality (4)
25%
20%
Übertragung:
- parenteral
- sexuelle Kontakte
- perinatal (Übertragungsrate 6%)
Inkubationszeit: 1-3 Monate
Therapie: alpha-Interferon + Ribavirin (Erfolg abhängig vom Genotyp)
Epidemiologie: Weltweit etwa 170 Mio Infizierte
(3-4 Mio Neuinfizierte jährlich)
Durchseuchung in Deutschland etwa 0,4-0,7%
(HBV etwa 5%)
Hepatitis C -Virus (HCV)
Injecting drug use
Sexual
Health related work
Transfusion0
10
20
30
40
50
60
70
80
19821984198619881990199219941996199820002001
Year
Pe
rce
nta
ge
of
Cas
es
Transfusions *
3%
Occupational 3%
No Identified Risks
10%
Household 3%
Sexual 21%
Illegal Drug Use
60%
*None since 1994
<1%
1-2%
3-5%
5-10%
>10%
nicht bekannt
Altersabhängige
Durchseuchung mit HCV
ca 800 000 chronisch HCV-Infizierte in Deutschland
Hepatitis C ist Ursache
für 30% aller
Lebertransplantationen
50% der chron. Infizierten infektiös
> etwa 0,5% der Gesamtbevölkerung
HCV-Ausscheider (HBV auch 0,5%)
Ablauf der HCV-Diagnostik
Anamnese, Befund, Labor
Anti-HCV
HCV-RNA PCR
recomb. ELISA: Suchtest
[Bestätigung durch WB]
RT-PCR, qualitativ:
Nachweis der Infektiosität
Histologie
RNA-Titer,
Genotypisierung
RT-PCR, quantitativ:
Nachweis des Therapieerfolgs
Sequenzierung
Quasispecies NS5 Mutationen
Genotypisierung:
Prognose u.
molekulare Epidemiologie
Hepatitis C - Therapie -
Behandlungserfolg der chronischen Hepatitis C in Abhängigkeit vom Genotyp
Bisher keine Impfung verfügbar
→ Relative Therapie-Resistenz von Genotyp 1
25 nm
Hepatitis A Virus (HAV)
Picornaviridae
Virus-Hepatitis
45 nm
Hepatitis B Virus (HBV)
Hepadnaviridae
Hepatitis Delta Virus (HDV)
nicht klassifiziert
35 nm
Hepatitis C Virus (HCV)
Flaviviridae
60 nm
Hepatitis E Virus (HEV)
Hepeviridae
30 nm
Hepatitis E Virus (HEV)
Erkrankung: Epidemische Hepatitis - selten chronisch !
Komplikationen: Fulminanter Verlauf bei 1-3%,
Übertragung: fäko-oral, über kontaminiertes Wasser oder
Essen (wie Hepatitis A)
Inkubationszeit: 6 Wochen
Epidemiologie: häufigste Ursache für tödlich verlaufende
Hepatitiden in Indien, China, Nordafrika, Mittelamerika,
Deutschland: Tendenz steigend
Hepatitis E Virus
RKI Epidem Bull 05/2015
Hepatitis-E Fallzahlen in Deutschland
RKI Epidem Bull 05/2015
RKI Epidem Bull 05/2015
Indirekter Nachweis
IgM, IgG durch ELISA, dann
Bestätigung durch Westernblot
Hepatitis E Virus (HEV) - Diagnostik
Direktnachweis
PCR von Stuhl u. Blut , da
wochenlange Virämie
Systematik: Genus Hepatovirus der Familie Pircornaviridae
Genomaufbau: 1 plussträngige polyadenylierte RNA ohne 5‘-Cap, besitzt am 5‘-
Ende VPg-Protein und IRES, ca. 7500 Basen
Virionstruktur: ikosaedrisches Kapsid ohne Hülle, darin eingelagert Genom
Replikationsstrategie und Expression: Translation eines Polyproteins (250 kD), das autokatalytisch
gespalten wird, interne Ribosomenbindung (IRES) durch
nichtranslatierte Region am 5‘-Ende
Epidemiologie und Krankheitsbilder: weltweit, Hepatitis A, nie chronisch
Virusreservoir: Mensch, Persistenz in Muscheln
Hepatitis A Virus
Systematik: Familie Hepeviridae (reklassifiziert, früher Caliciviridae),
1 Genus Hepevirus; Eablierung weiterer Genera vorgeschlagen
Genomaufbau: 1 plussträngige polyadenylierte RNA mit Cap am 5‘-Ende, ca. 7200
Basen
Virionstruktur: nichtumhülltes Ikosaeder
Replikationsstrategie und Expression: 3 überlappende ORF
Epidemiologie und Krankheitsbilder: Hepatitis E, besonders bei Schwangeren fulminanter Verlauf
Virusreservoir: Genotyp 1 und 2: Mensch; Genotyp 3 und 4: Schwein, weitere
Reservoire unklar, Zoonose
Hepatitis E Virus
Systematik: Genus Orthohepadnavirus der Familie Hepadnaviridae
Genomaufbau:unvollständig doppelsträngige DNA, RNA-Primer, überlappende ORF
Virionstruktur: ikosaedrisches Nukleokapsid, Hülle mit eingelagerten HbsAg
Replikationsstrategie und Expression: Reparatur der unvollständig doppelsträngigen genomischen DNA
zu cccDNA im Zytoplasma, aus Minusstrang im Zellkern durch RNA-
Polymerase II Synthese des Prägenoms und von mRNAs, im
Zytoplasma reverse Transkription für Genomreplikation
durch Spleißen Expression von sieben Proteinen aus vier
überlappenden ORFs
Epidemiologie und Krankheitsbilder: weltweit, akute und (seltener) chronische Hepatitis
Virusreservoir: Mensch
Hepatitis B Virus
Systematik: einzige Spezies des Genus Deltavirus
Genomaufbau: einsträngige zirkuläre RNA negativer Polarität von 1,7 kB(!),
Virionstruktur: Nukleokapsid, dieses bestehend aus genomischer RNA sowie aus
kleinem und großem Delta-Antigen, als Hüllproteine HbAg-L und -S
des Hepatitis B Virus für Replikation und Infektiösität essentiell
Replikationsstrategie und Expression: rolling circle und Spaltung durch Ribozym, RNA-Editierung führt
zur Verlängerung des ORF und ermöglicht die Translation sowohl in
das kleine und das große Deltavirus-Antigen
Epidemiologie und Krankheitsbilder: weltweit, bei chronischem HBV-Träger aggressivere Symptomatik
möglich
Virusreservoir: 5% der HBV-Träger
Hepatitis D Virus
Systematik: Genus Hepacivirus der Familie Flaviviridae
Genomaufbau: Plustrang-RNA von 9,6 kB, IRES,
Virionstruktur: umhülltes Nukleokapsid, in Hülle E1- und E2-Proteine eingelagert
Replikationsstrategie und Expression: Cap-unabhängige Translation mittels IRES, 1 ORF kodiert für
Polyprotein von ca. 3000 Aminosäuren, dann diverse Spaltungen
Epidemiologie und Krankheitsbilder: weltweit verbreitet, zu über 80% Chronifizierung der Hepatitis
einhergehend mit höherer Rate an Komplikationen wie Leberzirrhose
und Leberzellkarzinom
Virusreservoir: Mensch
Hepatitis C Virus
Virology Blog:
www.virology.ws
Webseite, wöchentlicher Podcast und Vorlesungen
von Vincent Racaniello
ebenfalls auf Youtube
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