Wissen: Versklavte Winzlinge

Was haben die Erbeigenschaften so tödlicher Viren wie „Borna“, „Marburg“ und „Ebola“ im Erbgut aller Menschen zu suchen? Viren sind nicht nur Krankheitserreger, sondern spielen wohl noch ganz andere Rollen. Das zeigen die US-Virologin Anna Marie Skalka vom Fox Chase Cancer Center in Philadelphia und zwei Kollegen vom Simons Center for Systems Biology in Princeton jetzt in einem Aufsatz für das Magazin „Plos Pathogens“. Nachdem die Forscher das Erbgut von 48 Wirbeltierarten auf Virus-Erbgut untersucht haben, melden sie einen Volltreffer: Bei 19 Arten einschließlich des Menschen wurden sie fündig, das sind knapp 40 Prozent. Viren könnten demnach eine Rolle in der Evolution ihrer Wirte spielen.

Solche Überlegungen haben Virologen bereits früher angestellt. Die Riesenüberraschung aber waren die beteiligten Viren, weil deren Erbgut aus RNA besteht, während das Genom von Tieren, Pflanzen und Bakterien aus DNA besteht. Die beiden unterscheiden sich nur geringfügig voneinander, mischen lassen sie sich aber nicht. Ein Stück Virus-RNA lässt sich also normalerweise nicht direkt in das Erbgut eines Wirbeltieres einbauen. Da rund 80 Prozent aller Viren RNA als Erbgut haben, scheint die Möglichkeit einer Vermischung also eher gering zu sein.

Eine große Ausnahme bilden die Retroviren, zu denen etwa der Aids-Erreger HIV gehört. Alle Retroviren besitzen ein spezielles Enzym, das „reverse Transkriptase“ heißt. Dieses kurz „RT“ genannte Enzym stellt aus RNA eine DNA-Kopie her und baut diese anschließend in das Erbgut des infizierten Organismus ein. Allerdings gehören weder Borna-Viren, noch die untereinander eng verwandten Marburg- und Ebola-Viren zu diesen Retroviren. Und doch haben sie es vor vielleicht 40 Millionen Jahren geschafft, einen Teil ihres Erbgutes in die DNA der sehr frühen Vorfahren des Menschen einzubauen, berichten die US-Forscher.

Joachim Denner vom Robert-Koch-Institut hat eine Vorstellung, wie das passieren könnte: „Im Erbgut des Menschen gibt es ebenfalls reverse Transkriptasen, die Virus-RNA in DNA überschreiben können.“ Damit könnte die Integration einiger Erbanlagen von Borna-, Marburg- und Ebola-Viren tatsächlich erklärt werden. Gleichzeitig aber drängt sich die Frage auf, weshalb im Erbgut des Menschen und vieler anderer Wirbeltiere reverse Transkriptasen stecken sollten? Schließlich nutzen diese Organismen deren Fähigkeit, RNA in DNA zu kopieren, kaum.

Bei dieser Frage ist Joachim Denner in seinem Element, der Virologe beschäftigt sich mit sogenannten „endogenen Retroviren“. So bezeichnen Forscher Retroviren, deren Erbgut in jeder Zelle eines Organismus steckt. Normalerweise infizieren Retroviren allerdings nur Zellen, für die sie eine Art Schlüssel haben, der ihnen den Weg in das Innere öffnet. Der Aids-Erreger HIV nutzt zum Beispiel ein CD4 genanntes Molekül auf der Oberfläche bestimmter Zellen des Immunsystems als Eingangspforte. Infektionen betreffen also nur das Immunsystem und können daher nicht an die Nachkommen vererbt werden.

Manche Retroviren infizieren jedoch auch Samen- oder Eizellen. Dort wird die Virus-RNA dann in DNA kopiert, die in das Erbgut dieser Zelle eingebaut wird. Kommt es anschließend zu einer Befruchtung, wird das Erbgut mit den enthaltenen Virusbestandteilen an alle Zellen des gerade gezeugten Organismus weitergegeben. Dort steckt die Viruserbinformation daher wieder in den Geschlechtszellen und wird an die Nachkommen weitergegeben. Anscheinend passiert das recht häufig: „Nach groben Schätzungen stammen acht Prozent des Erbguts eines Menschen tatsächlich von Retroviren“, erklärt Joachim Denner.

„Diesen Vorgang kann man auch heute noch beobachten“, sagt Alex Greenwood, der am Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung in Berlin Wildtierkrankheiten erforscht. Ein Koala-Retrovirus genannter Erreger schwächt das Immunsystem des Koala-Beutelbärs ähnlich, wie das Virus HIV beim Menschen Aids verursacht. Der Erreger muss in den letzten Jahren aber auch in das Erbgut der Geschlechtszellen von Koalabären gelangt sein, seither vererben die Tiere dieses endogene Retrovirus an ihre Nachkommen weiter.

Aus solchem Virus-Erbgut können durchaus wieder aktive Retroviren entstehen. Bei Katzen, Mäusen und Schweinen beobachten Virologen das häufiger, beim Menschen dagegen nicht. Offensichtlich kontrollieren menschliche Zellen solche blinden Passagiere also besser. Aus diesem Grund ist es bisher auch nicht möglich, Schweine als Organspender für Menschen zu nutzen, weil das neue Organ den Empfänger eventuell mit Retroviren infizieren könnte.

Wenn das Retrovirus-Erbgut beim Menschen aber keine aktiven Viren mehr produzieren kann, sei es eine Art „DNA-Müll“, meinten Virologen bisher. Und da es keine Müllabfuhr dafür gibt, häuft sich das Material mit der Zeit im Erbgut an. „Endogene Retroviren enden aber nicht immer als Junk-DNA“, erklärt Denner. Am Anfang und am Ende eines endogenen Retrovirus sitzt ein DNA-Abschnitt, den Molekularbiologen als „Long Terminal Repeat“ (LTR) bezeichnen. Mindestens 600 000 dieser LTR stecken im Erbgut des Menschen. Normalerweise steuern sie die Aktivität der Erbeigenschaften des im Erbgut steckenden Virus. Landet ein LTR in unmittelbarer Nähe oder mitten in einer Erbeigenschaft des Wirtes, kann er auch diese lenken. 20 solcher Fälle kennen Forscher bisher beim Menschen – das Hormon Leptin etwa, das den Fettgehalt im Gewebe steuert.

In anderen Fällen übernehmen die Erbeigenschaften der Viren wichtige Rollen. So stammt das Syncitin-1 des Menschen aus einem Retrovirus, sorgt in der Schwangerschaft aber für die Ausbildung der äußersten Schicht der Plazenta und damit der Grenze zwischen dem Embryo und seiner Mutter. „Syncitin-1 ist also eine Retrovirus-Erbeigenschaft, die der Wirt versklavt hat“, erklärt Denner. Auch Schafe und Mäuse haben sich eine Retrovirus-Erbeigenschaft angeeignet, um ihre Plazenta zu bilden.

Offensichtlich können Viren also bei der Evolution von Wirbeltieren eine nützliche Rolle spielen. Ob das auch für die Erbeigenschaften gilt, die Killer wie Ebola- oder Marburg-Viren in verschiedenen Arten einschließlich des Menschen hinterlassen haben, ist bisher aber nicht geklärt.