Schmuggeln, tricksen und sabotieren

Wie Guerillakämpfer gehen Viren beim Angriff auf eine Zelle vor und setzen die Immunabwehr mit mehreren Strategien außer Gefecht

Wiener Forscher erlangten nun neue Einblicke in das molekulare Waffenarsenal.

Sie sind winzig und praktisch allgegenwärtig: Viren - kleine Schnipsel Erbgut, bestehend aus DNA oder RNA, normalerweise fein säuberlich verpackt in einer schützenden Hülle aus Proteinen und Lipiden. Es sind Parasiten. Sie greifen pflanzliche oder tierische Zellen an, schleusen ihr eigenes Genom ein, und lassen sich vom Wirt vermehren, dabei dessen zelluläre Maschinerie für ihre eigenen Zwecke nutzend. Raffinierter geht' s kaum.

Die Opfer sind gleichwohl nicht wehrlos. Sie verfügen über ein ganzes Arsenal an Immunmechanismen. Spezielle Eiweißmoleküle attackieren virales Erbgut, blockieren Vermehrungsprozesse oder verhindern, dass neu gebaute Virenpartikel die Wirtszelle verlassen können. Die Viren wiederum haben ihre Antiabwehrstrategien entwickelt. Dementsprechend beginnt nach jeder Vireninfektion ein großes molekulares Hauen und Stechen. Die Wechselwirkungen wurden bislang meist nur einzeln untersucht, die Wissenschaft sieht sich noch mit vielen offenen Fragen konfrontiert.

Eine außergewöhnlich umfangreiche Studie eines internationalen Forscherteams gibt nun mehr Einblick in diese komplexe Thematik. Die Experten haben das Erbgut von 30 Viren-Spezies genau unter die Lupe genommen und daraus insgesamt 70 codierende Abschnitte isoliert. Letztere dienten als Basis für die künstliche Produktion der entsprechenden Virenproteine, die anschließend hinsichtlich ihrer Wirkung auf ein menschliches Zellsystem getestet wurden. So gelang es den Fachleuten, zu erkennen, welche Virenmoleküle mit welchen Zellbestandteilen in Clinch gerieten. Ein detaillierter Bericht wurde in der vergangenen Woche online vom Fachmagazin Nature veröffentlicht.

Strategische Knotenpunkte

"Das Ergebnis ist ein sehr schöner Katalog von unterschiedlichen Wechselwirkungen", erklärt Studienleiter Giulio Superti-Furga, wissenschaftlicher Direktor des CeMM, des Forschungszentrums für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften in Wien. 579 verschiedene Zellproteine wurden als Ziel von viralen Molekülen erkannt, und die Ersteren sind in sehr viele intrazelluläre Signalketten und Regulationsmechanismen involviert. "Anscheinend werden mehr zelluläre Prozesse beeinflusst, als man vorher angenommen hatte", so Superti-Furga.

Trotz der Vielfalt an Eingriffen sind einige klare Grundmuster erkennbar, berichtet der Wissenschafter. Viren setzen bevorzugt an strategischen Knotenpunkten an. "Es gibt eine Vorliebe für Proteine, die eine koordinierende Funktion im zellulären Netzwerk haben." Das heißt: Die Eindringlinge gehen wie waschechte Guerilla-Kämpfer vor. Sie stören die Kommunikationskanäle und sorgen so dafür, dass die unterschiedlichen funktionellen Einheiten der Zelle keinen Kontakt mehr zueinander haben. Alarmsignale werden nicht länger weitergeleitet, die Angegriffene bekommt keine zuverlässige Information darüber, was in ihrem Innersten vorgeht. Nun kann das Virus ungehindert ans Werk gehen.

Ein interessantes Beispiel für solche Störaktionen findet sich beim Hepatitis-C-Erreger HCV. Er greift mit seinen biochemischen Waffen unter anderem sechs verschiedene Moleküle mit Funktion im Endoplasmatischen Retikulum (ER), gewissermaßen in der Fabrikhalle der Zelle, an. Die im ER fertiggestellten Proteine unterliegen normalerweise einer stringenten Qualitätskontrolle, erklärt Giulio Superti-Furga. Doch genau diese scheint vom HCV ausgeschaltet zu werden. Das angestrebte Ziel ist wahrscheinlich Vertuschung. Ab jetzt können im ER plötzlich die falschen, viralen Proteine vom Band laufen, und die Zelle bekommt davon nichts mit.

Bei HCV und einigen anderen Viren lässt sich auch ein direkteres Vorgehen beobachten - eine Frontalattacke auf die zelluläre Immunabwehr. Die besagten Virenarten tragen Codes für die Produktion von Molekülen, die das zelleigene Protein hnRNP-U ins Visier nehmen. hnRNP-U ist unter Biologen kein Unbekannter. Es hat in Laborversuchen eine hemmende Wirkung auf die Vermehrung von HI-Viren gezeigt. "Wir glauben, dass es an RNA bindet", sagt Superti-Furga. Dadurch würde die Replikation von viralem Erbgut unterbunden werden. Eine Katastrophe für den Virus. hnRNP-U dürfte deshalb in der antiviralen Abwehrstrategie von Zellen eine Schlüsselrolle spielen. Doch wie wirksam ist diese Waffe im Ernstfall noch? Nicht nur HCV, auch Grippe- und Herpesviren können sich wohl dagegen wehren.

Effiziente Eindringlinge

Das Ausschalten von hnRNP-U gehört offenbar zur Grundausstattung vieler Viren. Das Erbgut der meisten Arten hat allerdings nur eine recht begrenzte Speicherkapazität. Allzu viele Proteine mit Angriffsfunktion lassen sich darauf nicht codieren, die Eindringlinge müssen also sehr effizient vorgehen, betont Giulio Superti-Furga. Dies hat selbstverständlich auch in der Evolution seine Spuren hinterlassen. "Man kann Viren anhand ihrer Manipulationsstrategie klassifizieren", sagt der Forscher. Manche haben ganz einzigartige Methoden entwickelt, andere praktizieren eher allgemeine Verfahren. Besonders vielseitig seien die Arten mit ungewöhnlich großen Genomen, so wie der seit 30 Jahren besiegte Pockenvirus. "Er kann es sich leisten, gleich mehrere Strategien parat zu haben." Ein Albtraum für die Immunabwehr - und eine Herausforderung für die Forschung. (Kurt de Swaaf, DER STANDARD, 25.7.2012)