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Medizin

04. September 2017
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Ursprung und Evolution des Hepatitis-B-Virus in Fischen entdeckt

Vorläufer des heutigen Hepatitis-B-Virus folgten der Evolution des Lebens quasi auf Schritt und Tritt. Der Weg begann, als ein Vorfahre dieser Viren sich vor ca. 430 Millionen Jahren in 2 Gruppen gespalten hat: Aus einer entwickelten sich die bekannten Hepadnaviren, die eine Hülle tragen und zu denen auch das Hepatitis-B-Virus zählt – und aus dem zweiten Ast des Stammbaums ging eine in Fischen neu entdeckte Familie hervor, die keine Hülle hat und deshalb in Anspielung auf den schwäbischen Dialekt „Nackednaviren“ getauft wurde.
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Die entscheidende Veränderung nach der Aufspaltung beider Linien war die Entstehung eines neuen Gens auf Seiten der Hepadnaviren, welches diesen ihre Hülle und damit eine ausgeprägte Spezifität für die Leber verleiht. Dieser fundamentale evolutionäre Übergang von nackten zu umhüllten Viren geschah vor mehr als 360 Millionen Jahren, also innerhalb des Zeitfensters, in welcher die ersten, noch fischartigen Wirbeltiere damit begannen, das Festland zu erobern. „Diese lange Koevolution von Hepatitis-B-Viren und deren Wirtsorganismen erklärt die extrem gute Anpassung der Viren an ihren jeweiligen Wirt. Das zeigt sich auch im Erfolg des Hepatitis-B-Virus: Weltweit haben circa 2 von 5 Personen einmal eine Infektion mit diesem Virus durchgemacht. In den allermeisten Fällen passiert das ohne Symptome und wenn es einen Leberschaden gibt, ist dieser durch die Immunantwort gegen die infizierten Zellen bedingt und weniger durch das Virus selbst“, fasst Prof. Dr. Ralf Bartenschlager zusammen.

Hepatitis-B-Viren und ihre Verwandten: kleine Genome mit überlappenden Genen

Die Humanmedizin ist ausgesprochen interessiert an neuen Erkenntnissen zum Hepatitis-B-Virus, denn schätzungsweise 250 Millionen Menschen weltweit sind damit lebenslang chronisch infiziert. Es wird für die Entstehung von Leberzirrhose und Leberkrebs verantwortlich gemacht und verursacht global betrachtet schätzungsweise 890.000 Todesfälle jährlich. Für Virologen ist es neben seiner medizinischen Bedeutung faszinierend, weil es mit einem vergleichsweise kleinen Genom von nur 3.182 Basenpaaren für eine Vielzahl von Funktionen codiert. Dies gelingt dem Virus, indem es bestimmte Genomsequenzen doppelt nutzt: Immer 3 Nukleotide codieren für 1 Aminosäure – und viele Aminosäuren bauen ein Protein auf. Verschiebt sich nun die Ablesung dieser Nukleotide nur um eine einzige Stelle, kann einem Geheimcode gleich eine andere „Nachricht“, also ein anderes Protein entstehen. So codiert ein langer DNA-Abschnitt des Virus für ein Replikationsenzym, ein komplett darin eingebettetes kürzeres Stück aber gleichzeitig für die Proteine der Hülle. Dr. Stefan Seitz, Heidelberg, ging der Frage nach, wie sich diese faszinierende Mehrfachverwertung von DNA entwickeln konnte. „Wir vermuteten, dass die Hepadnaviren aus einem primitiveren Virus ohne Hüllprotein-Gen entstanden sind, indem ein Stück fremde DNA zufällig in das Virus-Genom gesprungen ist.“

Die Entwicklung einer Hülle stellte entscheidende Weichen für die Gruppe der Hepadnaviren: Die Hüllproteine erkennen nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip ganz bestimmte, aber von Wirt zu Wirt unterschiedliche Rezeptormoleküle auf der Oberfläche von Leberzellen und ermöglichen es den Viren somit, an ihr Ziel anzudocken. Ein Wechsel zwischen verschiedenen Wirtstierarten ist den Hepadnaviren deshalb nur noch ausnahmsweise möglich – im Gegensatz zu Nackednaviren, denen dies häufig gelingt. Die Vorteile überwiegen jedoch, was erklärt, warum beispielsweise Hepatitis-B-Viren so extrem erfolgreich sind: „Die Hülle erleichtert den Viren den Eintritt in die Zelle, weil sie mit der Zellmembran des Wirts verschmelzen. Hüllenlose Viren haben es wesentlich schwerer, in die Zelle hineinzugelangen“, so Dr. Stefan Seitz. Auch gibt es Hinweise darauf, dass die Hüllproteine das Hepatitis B-Virus dabei unterstützen, sich gegen das Immunsystem des Wirts zu wehren. Durch 1.000-fache Überproduktion von leeren Hüllen im Verhältnis zu infektiösen Viruspartikeln wird die Immunantwort abgelenkt und das Virus kann sich dauerhaft in den Leberzellen einnisten.

 
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