Retroviren

Piraten im Genom

Von Nike Heinen

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Gehört zu den komplexesten bekannten Viren: Herpes-Virus

30. September 2008 Sie reisen durch die Luft oder lauern in den Hinterlassenschaften anderer Menschen, auf jeden Fall kommen sie immer von draußen. Viren sind ansteckend, schwer zu bekämpfen, und manchmal wird man sie gar nicht mehr los. Einen Trost gab es bislang - wir erben sie wenigstens nicht. Mit dieser Illusion ist es jetzt auch vorbei: In der aktuellen Ausgabe von Pediatrics wird zum ersten Mal über eine Infektion mit Herpesviren berichtet, die sich offenbar so erfolgreich in die menschliche DNA eingewoben haben, dass sie zum festen Bestandteil des Erbguts geworden sind.

Die Autoren der Studie, Kinderärzte und Bioinformatiker von der Universität von Rochester im amerikanischen Bundesstaat New York, hatten die Haarwurzelzellen von 254 Neugeborenen und deren Eltern auf genetische Spuren des Humanen Herpes-Virus Nummer 6 untersucht. Bei Kleinkindern löst es das harmlose Drei-Tage-Fieber aus. "Was es in späteren Lebensphasen anstellt, ist kaum bekannt", sagt die Studienleiterin Mary Caserta. Man weiß nur, dass es bei vier von fünf Menschen irgendwann den Sprung in den Körper schafft. Auch äußerlich Gesunde scheiden es dann im Speichel aus.

Der Virus in den Genen

Haarwurzelzellen werden von HHV-6 normalerweise nicht befallen. Trotzdem fanden die Wissenschaftler dort bei immerhin 37 Familien Spuren von Virus-DNA, und zwar bei den Kindern immer nur dann, wenn mindestens einer der Eltern auch Träger war - eine klare Indizienkette für Vererbung. Vor allem aber konnten die Forscher nachweisen, dass diese Viren keine selbständigen Partikel mehr waren, sondern ihr Erbgut in der DNA des Zellkerns deponiert hatten. "Bisher dachte man bei herpesinfizierten Neugeborenen, dass sie sich im Mutterleib angesteckt hätten", sagt die Ko-Autorin Caroline Breese Hall, "wie bei jeder anderen Infektion auch. Tatsächlich aber tragen 86 Prozent der positiv getesteten Kinder das Virus in ihren Genen."

Das sei "durchaus eine Sensation", kommentiert Nikolaus Müller-Lantzsch, Leiter des Nationalen Referenzlabors für HHV-6-Viren in Saarbrücken - vorausgesetzt, dass bei der Studie alles mit rechten Dingen zugegangen ist. Denn normalerweise legen Herpesviren ihre DNA im Zellkern ihres Wirts als separate Einheiten ab, in Form sogenannter Episomen. Sie dienen dann als Matritze für die Vermehrung der Viren mit Hilfe der zelleigenen Syntheseapparate. Dass die Eindringlinge auch eine andere Strategie beherrschen, konnte man nur ahnen: "Erst seit einigen Jahren kann man überhaupt unterscheiden, ob ein virales DNA-Stück aus dem Zellkern tatsächlich auf so einem Episom liegt - oder ob es vielleicht an einer ganz anderen Stelle eingebunden ist", sagt Müller-Lantzsch. Seit die Untersuchungstechnik Fortschritte gemacht hat, tauchen immer mehr Herpesviren-Gene auf , wo sie niemand vermutet hätte: auf den menschlichen Chromosomen.

Das Herpes-6-Virus scheint dort ebenso heimisch zu werden wie das Lippenbläschenvirus Herpes simplex oder das Epstein-Barr-Virus, der Erreger des Pfeifferschen Drüsenfiebers, auch HHV-4 genannt.

Erblich und ansteckend

Doch wie kann aus einem Virus, das in die DNA einer einzelnen Zelle eindringt, plötzlich ein Gen werden, das sich auf den Chromosomen jeder einzelnen Körperzelle wiederfindet? Das geht nur auf dem Umweg über die Keimbahn. Müller-Lantzsch erklärt das so: "Das Virus muss die Vorläuferzelle einer Ei- oder Samenzelle infizieren. Wenn die es dann bis zur Befruchtung schafft, entsteht in der nächsten Generation ein Lebewesen mit einer Kopie des Virus in jedem seiner Zellkerne. Der Erreger ist endogen geworden - er gehört zu diesem Organismus für alle Zeiten dazu."

Dass es tatsächlich Krankheiten gibt, die gleichzeitig erblich und ansteckend sind, eröffnet ein ganz neues Forschungsfeld der Virologie. Nicht zuletzt wird es um die Frage gehen, wie Viren im Laufe der Evolution überhaupt entstanden sind.

Schlanke Retroviren

Um die Sache etwas besser zu verstehen, suchen Fachleute nach Analogien im Bekannten. Welchen Experten man auch zu Rate zieht - man wird immer von einer anderen Virenfamilie hören: den Retroviren. Es sind die einzigen Viren, von denen man bislang wusste, dass sie sich in die DNA einfädeln und unter gewissen Umständen erblich werden können. Doch Retroviren sind ganz anders als alle anderen Viren. Ihre Erbinformation liegt nicht in Form von Desoxiribonukleinsäure vor, sondern als Ribonukleinsäure. RNA und DNA verwenden verschiedene Bausteine in ihren Gencodes. Deswegen muss das Genom der Retroviren in der Wirtszelle zunächst übersetzt werden. Das übernimmt ein Enzym namens Reverse Transkriptase, das die Viren bei ihrem Weg Richtung Zellkern mit im Gepäck haben. Gleichzeitig schneidet ein zweites virales Enzym, die Integrase, das Erbgut der Wirtszelle an einer beliebigen Stelle auf, baut die entstehende Viren-DNA ein und verschweißt die Nähte wieder.

Auf diese Weise können Retroviren schnell in den Genpool ihrer Wirtszelle eintauchen. Für den Patrouillenapparat, den sich jede Zelle hält, um Fehler in der DNA zu reparieren, bleiben sie unsichtbar. "Im kolonisierten Zellkern haben sie nichts zu befürchten", sagt der Retrovirenspezialist Joachim Denner vom Berliner Robert Koch-Institut: "Zwar sucht dort eine Reparase nach Fehlern in der DNA, aber sie wird erst bei der Zellteilung aktiv, um sicherzustellen, dass das Erbgut der Tochterzellen mit dem der Mutterzelle übereinstimmt. Ein System, das nach Sequenzen sucht, die in der Zeit zwischen zwei Teilungen eingeschleust wurden, gibt es nicht."

Als unsichtbare Piraten sind Retroviren auch deshalb so erfolgreich, weil sie so schlank wie möglich sind. Gerade mal drei Gene, eines für die Reverse Transkriptase, eines für die Integrase und eines, um an der Wirtszelle festzumachen - mehr benötigen die Sparsamsten in dieser Viren-Familie nicht. Alles andere, was sie für ihre Vermehrung brauchen, muss die Wirtszelle nach erfolgreicher Besiedelung aus ihrem eigenen Sortiment beisteuern.

Unsere Ahnen, die Retroviren

Mit diesem Konzept sind die Retroviren in ihrer Evolution so weit vorangekommen, dass es im Erbgut der Tiere von ihren Überresten nur so wimmelt. Beim Menschen sind immerhin acht Prozent der gesamten Erbsubstanz retroviralen Ursprungs. "Wir müssten", meint der Londoner Virenforscher Robin Weiß, "die Retroviren eigentlich in einem Atemzug mit den Affen als unsere Vorfahren nennen." In der menschlichen DNA seien an die fünfzig vollständige Genome von humanen endogenen Retroviren bekannt, sagt Joachim Denner: "Dazu kommen noch etwa 2500 Bruchstücke. Aber in beiden Fällen handelt es sich um defekte, eingefrorene Fossilien, die sich nicht mehr befreien können. Und so ist bei ihnen auch keine Infektion von Mensch zu Mensch mehr möglich."

Alle humanen endogenen Retrovirenreste gehörten einst wahrscheinlich zur kleinsten, drei Gene schlanken Klasse. Bisher dachte man, dass schon die größeren Vertreter der Retroviren-Familie zu komplex sind, um sich im Erbgut ihres Wirtes festzusetzen. Beim retroviralen Aidserreger HIV mit seinen neun Genen hat man das jedenfalls noch nie beobachtet. Und je komplizierter ein Virus gebaut sei, desto festgelegter sei es auch auf einen einzigen Typ von Zellen, lautete die gängige Hypothese. Ein Fremdgehen mit Keimbahnzellen lag da erst recht nicht im Bereich der Möglichkeiten.

Raffinierte Gene im Gepäck

"Dass uns nun ausgerechnet die Herpesviren eines Besseren belehren, ist schon seltsam", sagt Müller-Lantzsch. "Das sind die komplexesten Viren, die wir kennen." Mehr als siebzig Gene trägt ein Herpesvirus wie HHV-6 spazieren. Anders als andere Viren, die sich im Zweifelsfall lieber bei den Genen ihrer Wirtszellen bedienen, codiert es selbst für die meisten Enzyme, die für seine Vervielfältigung notwendig sind. Das erlaubt es ihm auch, sich in ruhenden Zellen wie Neuronen zu vermehren. Jedes zweite seiner Gene steuert Funktionen, die für jedes andere Virus purer Luxus wären: etwa die Fähigkeit, in jahrelangen Winterschlaf zu verfallen (siehe Kasten unten: "Ein U-Boot namens Herpes"), oder seine Strategie, die Immunantwort des Wirtes zu unterdrücken. Diese auf den ersten Blick überflüssigen Gene erklären wahrscheinlich auch die erstaunliche Flexibilität, die den HHV-6-Viren überhaupt erst den Sprung ins menschliche Genom ermöglicht.

Die Frage ist, wo und wann die Herpesviren ihre besonderen Talente erworben haben. "Weil sie so viele Gene tragen, die funktionell vergleichbaren Genen in ihren Wirtszellen sehr ähnlich sind, gibt es die Theorie vom Genraub", sagt Müller-Lantzsch. "Die Ahnen heutiger Viren müssen demnach häufig zu Gast bei ihren Wirten gewesen sein. Wenn sie sich dann während ihrer Vermehrung selbst kopierten, kopierten sie zufällig ein paar fremde Gene mit." Was den Viren nützte, blieb. Den ständigen Zugewinn an Erbgut könnten sie schließlich aber mit ihrer Freizügigkeit bezahlt haben: Sie wurden zu behäbig für die DNA-Kunststückchen, vermutet Müller-Lantzsch.

Im Genom gestrandet

Folgt man dieser Theorie, dann ist es nur noch eine müde Erinnerung an die eleganten Zellkernturnereien seiner Vorfahren in den Genomen längst ausgestorbener Spezies, wenn ein Herpesvirus heute hin und wieder den Weg ins menschliche Erbgut findet.

Einmal dort angekommen, sind jedenfalls die allermeisten Retroviren über kurz oder lang als endogene Trümmer in der Sackgasse gelandet. Doch das kann immer noch Folgen haben. "Ein endogenes Virus kann die Regulation der Wirtsgene verändern", sagt Müller-Lantzsch. "Weil sie es an einer ungünstigen Stelle auf dem Chromosom tragen, könnten manche Menschen für Krebserkrankungen anfälliger sein als andere."

Beim Herpesvirus HHV-6 sorgt nicht nur seine jüngst bekanntgewordene zweite Identität als quasimenschliches Gen für Fragezeichen. Unklar ist auch, welche Krankheiten es - abgesehen vom Kleinkindfieber - noch hervorrufen kann. Beim Chronischen Erschöpfungssyndrom etwa, bei dem die Kranken an bleierner Müdigkeit laborieren, steht es auf der Liste der Verdächtigen. Bei manchen Amnesien und bei der multiplen Sklerose könnte es ebenfalls eine Rolle spielen.

Retroviren als evolutionäre Schrittmacher

Wie auch Herpesviren indirekt an der Entstehung von Krebs mitwirken könnten, hat die Arbeitsgruppe von Joachim Denner bereits gezeigt. Sie besitzen nämlich, genau wie Retroviren, ein ausgeklügeltes System, um die Immunantwort ihres Wirtes zu umgehen oder abzuschwächen. "Wir haben herausgefunden, dass Melanome einige Proteine des endogenen Retrovirus vom Typ K nutzen", sagt Denner, "als eine Art Tarnkappe für ihre Zellmembranen."

Fasst man alle diese Befunde zusammen, könnte es so aussehen, als ob diese Erbgutschleicher noch nie etwas anderes als Unheil angerichtet haben. Aber blickt man weit genug zurück in die Entstehungsgeschichte der Säugetiere, dann findet man doch einen Grund zur Dankbarkeit: Ohne die Lust einiger Viren am Versteckspiel in der menschlichen DNA säße der Homo sapiens wie alle anderen Wirbeltiere außer den Placentatieren immer noch brütend auf seinen Eiern. "Wir Menschen halten heute nur unsere Babys auf dem Arm, weil ein paar findige Zellen in der Bauchhöhle der ersten Säugetiere einige Retroviren gekapert und für ihre Zwecke eingespannt haben", sagt Joachim Denner. "Ein Kind mit Blutkontakt zur Mutter ist eigentlich wie ein Transplantat: fremdes Gewebe. Das dürfte es nach den Gesetzen der Immunologie nicht geben."

Endogene Viren können noch nützlich werden

Dass es mit der Schwangerschaft trotzdem seit Jahrmillionen funktioniert, liegt an den Bausteinen eines uralten, längst integrierten Retrovirus, sagt Denner: "Diese Bausteine schwimmen an der Grenzschicht zwischen mütterlichem und kindlichem Blut und halten die Immunzellen zum Narren." Und was einmal war, kann ja wieder werden: "Keine Angst vor Herpes in unseren Genen. Man kann bei einem endogenen Virus nie wissen, wofür es eines Tages gut sein könnte."

Das lehrt zumindest das Beispiel der Fruchtfliege Drosophila: Sie hält sich ein erlesenes Sortiment intakter, hochvirulenter, endogener Viren. Wenn eines davon den Körper verlässt, dann reist immer ein Stückchen echte Fruchtfliegen-DNA mit. Gewissermaßen als kleines Innovationspaket für die Artgenossen - Wegzehrung im Überlebenskampf der Evolution.

Text: F.A.S.
Bildmaterial: picture-alliance / dpa

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