Exogene Viren

Wie werden Viren ins Wirtsgenom aufgenommen?

Erstaunlich viele virale Gensequenzen finden sich im Erbgut der meisten Wirbeltiere. Doch wie werden diese exogenen Viren ein dauerhafter Teil des Wirtsgenoms? Das klärte nun eine Studie des Leibniz-Instituts für Zoo- und Wildtierforschung in Berlin.

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Am Koala wurde gezeigt, wie Wirte exogene Retroviren in ihr Genom einbauen. | Daniel Zupanc

Die Studie des Teams um Alex Greenwood untersuchte am Beispiel der Koalas, wodurch Viren in das Erbgut des Wirtes aufgenommen werden. Sie entdeckten einen Mechanismus im Wirt, der den Eindringling unschädlich macht. So können die Viren aufgenommen werden und sogar an die Nachkommen weitergegeben werden.

Viren schreiben ihre RNA-Genome in DNA um, damit sie in das Genom des Wirts integriert werden. Infizieren sie auch die Keimzellen, vererbt der Wirt die eingebauten viralen Sequenzen. Etwa acht Prozent des menschlichen Genoms besteht aus humanen endogenen Retroviren (HERV). Die meisten dieser HERV sind durch weit zurückliegende Rekombinationen und Mutationen längst inaktiv. Manche hingegen werden noch aktiv abgelesen und codieren Proteine, die vielleicht Auslöser für Krebs und Autoimmunkrankheiten sind.

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Die ins Genom integrierten Viren haben sich mittlerweile so stark verändert, dass es heute sehr schwierig ist, die wichtigen Änderungen nachzuvollziehen. Für ihre Studie wählte die Gruppe um Greenwood daher die Koalas, da dieser Prozess bei ihnen noch nicht abgeschlossen ist und quasi live verfolgt werden kann. Insgesamt untersuchten die Forscher DNA-Proben von 169 wildlebenden Koalas sowie von zwei Zoobewohnern und sechs historische Proben aus Museen.

Schon in anderen Projekten entdeckten Forscher, dass der Anteil endogener Retroviren in Koalas regional stark variiert. Dies lässt sich durch die natürlichen Barrieren entlang Australiens Ostküste erklären. So wird die ungehinderte Verbreitung des Virus verhindert, da sich die Populationen nicht mischen können. Daher ist die Population im Nordosten Queenslands bereits infiziert, je südlicher es jedoch wird, desto weniger Tiere besitzen die endogenen Viren der Queensland-Population.

Frühe Veränderung der Viren

Dennoch fanden die Forscher in den wenig infizierten Koalas stark veränderte virale Sequenzen, die das Ergebnis von Rekombinationen mit schon sehr alten viralen Genomelementen zu sein scheinen. Daraus folgert Greenwood, dass die inaktiven uralten Viruskomponenten das Wirtserbgut verteidigen. „Durch Rekombination setzen sie neue Virussequenzen außer Gefecht. Und zwar selbst dann, wenn die uralten integrierten Viren kaum noch Ähnlichkeit mit ihrem ursprünglichen Ausganszustand aufweisen“, erläutert er. Zudem seien solche rekombinierten Virussequenzen meist ungefährlicher als das Original.

Zwischen einem alten Virusfragment und endogenen Koalaretroviren liegen 17 unabhängige Rekombinationsereignisse – und zwar ausschließlich zwischen diesen beiden Komponenten. Eine dieser Rekombinationen ist sehr gängig in Koalas und in diversen Kopien vorhanden, was ein mehrfaches Entstehen zu unabhängigen Zeiten voraussetzt. Da einige Sequenzen der endogenen Koalaretroviren rekombiniert und stark degradiert sind, gehen die Forscher davon aus, dass dieser Prozess sehr früh in der Endogenisierung stattfindet.

Originalpublikation:

Löber U, Hobbs M, Dayaram A, Tsangaras K, Jones K, Alquezar-Planas DE, Ishida Y, Meers J, Mayer J, Quedenau C, Chen W, Johnson RN, Timms P, Young P, Roca AL, Greenwood AD (2018): Degradation and remobilization of endogenous retroviruses by recombination during the earliest stages of a germ line invasion. PNAS August 6, 2018. 201807598; published ahead of print August 6, 2018. DOI: 1807598115

Johnson RN, O’Meally D, Chen Z, Etherington GJ, Ho SYW, Nash WJ, Grueber CE, Cheng Y, Whittington CM, Dennison S, Peel E, Haerty W, O’Neill RJ, Colgan D, Russell TL, Alquezar-Planas DE, Attenbrow V, Bragg JG, Brandies PA, Chong AJJ, Deakin JE, Palma FD, Duda Z, Eldridge MDB, Ewart KM, Hogg CJ, Frankham GJ, Georges A, Gillett AK, Govendir M, Greenwood AD, Hayakawa T, Helgen KM, Hobbs M, Holleley CE, Heider TN, Jones EA, King A, Madden D, Marshall Graves JA, Morris KM, Neaves LE, Patel HR, Polkinghorne A, Renfree MB, Robin C, Salinas R, Tsangaras K, Waters PD, Waters SA, Wright B, Wilkins MR, Timms P, Belov K (2018): Adaptation and conservation insights from the koala genome. Nature Genetics 50, 1102–1111. DOI: 10.1038/s41588-018-0153-5