Dr. G. Tonic, mehrfach ausgezeichnete Virologin des
National Institute for Medical Research in London, ist ein enormer Sprung nach vorn gelungen- sie fand einen Weg, den dem Menschen so gefährlichen Virus entgegen zu treten.
„Der Weg lag immer deutlich vor mir“, berichtet die angesehene Virologin, „aber wie man dort hinkommt, war lange im Dunkeln.“
In der Tat- derweil die uns allen bekannten Antibiotika längst lebensrettend gegen bakterielle Infekte helfen, waren bislang gegen Viren keine Mittel gewachsen.
„Es hat mich so manche Nacht gekostet“, so Tonic weiter, „und ich hatte stets das Gefühl, nur die Hand ausstrecken zu müssen, um das Ziel zu erreichen.“
Viren sind infektiöse Partikel, die sich außerhalb von Zellen (extrazellulär) durch Übertragung verbreiten, aber nur innerhalb einer geeigneten Wirtszelle (intrazellulär) vermehren können. Sie selbst bestehen nicht aus einer Zelle. Alle Viren enthalten das Programm (einige auch weitere Hilfskomponenten) zu ihrer Vermehrung und Ausbreitung, besitzen aber keinen eigenen Stoffwechsel und sind deshalb auf den Stoffwechsel der Wirtszelle angewiesen. Daher ist man sich weitgehend darüber einig, dass Viren keine Lebewesen sind – wobei die wissenschaftliche Diskussion noch nicht als abgeschlossen anzusehen ist, da beispielsweise bei der Genomgröße des
Cafeteria-roenbergensis-Virus die Abgrenzung zu verwischen beginnt.
Dr. Tonic erläuterte uns heute ausführlich, welchen Weg sie bei ihren Forschungen gegangen ist.
„Sie müssen wissen, dass nach wissenschaftlicher Schätzung auf der Erde gegenwärtig etwa 1,8 Millionen verschiedene Organismen leben, von denen jeder einzelne ein Wirt für unzählige auf ihn angepasste Viren ist“, erklärt Tonic entspannt bei einem Devon- Cream- Tee in der Cafeteria des Instituts, „davon sind bislang lediglich um die 3000 Virenarten identifiziert worden.Viren befallen also Zellen von
Eukaryoten und
Prokaryoten. Viren, die
Prokaryoten als Wirte nutzen, werden übrigens
Bakteriophagen genannt.“
Und weiter: „Viren kommen in zwei Erscheinungsformen vor: erstens als
Nukleinsäure- also als
DNA oder
RNA- in den Zellen des Wirts. Die Nukleinsäure enthält die Informationen zu ihrer Replikation und zur Reproduktion der zweiten Virusform. Die Wirtszelle repliziert die Nukleinsäure. Zweitens als
Virion, das zur Verbreitung des Virus aus den Wirtszellen ausgeschleust wird.
Viren haben keinen eigenen Stoffwechsel, denn sie besitzen kein
Zytoplasma, das ein Medium für Stoffwechselvorgänge darstellen könnte, und ihnen fehlen sowohl
Ribosomen wie auch
Mitochondrien. Daher können sie allein keine Proteine herstellen, keine Energie umwandeln und sich auch nicht selbst replizieren. Im Wesentlichen ist ein Virus also eine Nukleinsäure, auf der die Informationen zur Steuerung des Stoffwechsels einer Wirtszelle enthalten sind, insbesondere zur Replikation der Virus-Nukleinsäure und zur weiteren Ausstattung der Viruspartikel. Die Replikation des Virus kann daher nur innerhalb der Wirtszelle erfolgen. Und genau dort habe ich angesetzt.“
Jetzt wollen wir es genauer wissen- es geht also um Nukleinsäuren?
„
Nukleinsäuren sind aus einzelnen Bausteinen, den Nukleotiden, aufgebaute Makromoleküle. Abwechselnde
Einfachzucker und
Phosphorsäureester bilden eine Kette, wobei an jedem Zucker eine
Nukleinbase hängt. Die Nukleinsäuren bilden neben
Proteinen,
Kohlenhydraten und
Lipiden die vierte große Gruppe der
Biomoleküle. Ihr bekanntester Vertreter ist die
Desoxyribonukleinsäure, der Speicher der Erbinformation. Neben ihrer Aufgabe als Informationsspeicher können Nukleinsäuren auch als Signalüberträger dienen oder biochemische Reaktionen katalysieren.“
Das klingt gewaltig und eröffnet neue Fragen.
Dr. Tonic winkt ab.
„Detaillierter den Aufbau zu beschreiben würde nun wirklich die Grenzen sprengen. Nehmen Sie einfach an, dass da ein Kette ist, die Informationen speichert, als Signalträger agiert oder als Katalysator. Das ist die Basis der Viren. Wie kleine Computerprogramme. Unser aller Dna besteht aus diesen Nukleinsäuren.“
„Komme wir zu dem, wo ich angesetzt habe“, erläutert Tonic weiter und streicht sich ordentlich clotted cream auf ihren Scone, ein Virus selbst ist zu keinen Stoffwechselvorgängen fähig, daher braucht es Wirtszellen zur Fortpflanzung. Der Replikationszyklus eines Virus' beginnt im Allgemeinen, wenn sich ein Virion an eine Wirtszelle anheftet und sein Erbmaterial, die Nukleinsäure, ins Zellinnere bringt. Wenn das Virion vollständig von der Zelle aufgenommen wird, muss es vor der Replikation erst von seinen Hüllen befreit werden. Das Erbmaterial des Virus', seine Nukleinsäure, wird anschließend in der Wirtszelle vervielfältigt und die Hüllproteine sowie gegebenenfalls weitere Bestandteile der Virionen werden anhand der Gene des Virusgenoms ebenfalls von der Wirtszelle synthetisiert. So können in der Zelle neue Viren gebildet werden, die als Virionen freigesetzt werden, indem entweder die Zellmembran aufgelöst wird oder indem sie ausgeschleust werden, wobei Teile der Zellmembran als Bestandteil der Virushülle mitgenommen werden. Mit Hilfe von
Immunoevasinen wird die Immunabwehr des Wirtes unterdrückt. Ein interessantes Programm zur Selbsterhaltung, nicht wahr?“
Das ist es. Und das ist es, was die Viren so tödlich macht.
„Aufgrund von phylogenetischen Untersuchungen ist bekannt, dass Viren schon die frühen Vorfahren der Säugetiere infizieren konnten und sich im Verlauf der Evolution mit diesen gemeinsam weiterentwickelt haben. Andere Virusarten infizieren erst seit jüngerer Zeit menschliche Populationen. Für eine Evolution eines Virus ist seine Variabilität und Selektion von Bedeutung. Die Variabilität ist wie bei allen Organismen durch Kopierfehler bei der Replikation des Erbgutes gegeben, während die Selektion oft durch die Antwort des Wirtes durchgeführt wird.
Höher organisierte Lebewesen haben per Rekombination bei der geschlechtlichen Fortpflanzung eine sehr effektive Möglichkeit der genetischen Variabilität besonders in Richtung einer Umweltanpassung und damit Weiterentwicklung ihrer jeweiligen Art entwickelt. Virionen beziehungsweise Viren zeigen als überdauerungsfähige
Strukturen, die für ihre Vermehrung und damit auch Ausbreitung auf lebende Wirte angewiesen sind, ohne geschlechtliche Fortpflanzung allein mit ihrer Mutationsfähigkeit eine mindestens ebenbürtige Möglichkeit für eine genetische Variabilität.
Dabei ist es dann letztlich unerheblich, dass diese Mutationen im Genom der Viren im Grunde zuerst auf Kopierfehlern während der Replikation innerhalb der Wirtszellen beruhen. Was zählt, ist allein der daraus für die Arterhaltung resultierende positive Effekt der extremen Steigerung der Anpassungsfähigkeit. Während Fehler dieser Art zum Beispiel bei einer hochentwickelten Säugetierzelle zum Zelltod führen können, beinhalten sie für Viren sogar einen großen Selektionsvorteil.
Kopierfehler bei der Replikation drücken sich in Punktmutationen, also im Einbau von falschen Basen an zufälligen Genorten aus. Da Viren im Gegensatz zu den höherentwickelten Zellen nur über wenige oder keine Reparaturmechanismen verfügen, werden diese Fehler nicht korrigiert.
Sonderformen der genetischen Veränderung bei Viren werden beispielsweise bei den Influenza-Viren mit den Begriffen Antigendrift und Antigenshift dort genau beschrieben.“
Die Grippe, ja- jedes Jahr eine andere Variante. Das kennen wir alle. Das also geschieht durch simple Kopierfehler?
„Das Problem der Entwicklung von antiviralen Mitteln schildere ich Ihnen nach dieser Einleitung in einigen kurzen Sätzen“, sagte Tonic und zeichnet auf die Serviette ein grobes Schema, „da Viren beziehungsweise Virionen im Gegensatz zu Bakterien keine Zellen sind, können sie auch nicht wie solche abgetötet werden. Es ist lediglich möglich, eine virale Infektion und die Virusvermehrung durch Virostatika zu be- oder zu verhindern. Besonders die biochemischen Vermehrungsabläufe können von Virusart zu Virusart sehr unterschiedlich sein, was die Findung eines hemmenden oder unterbindenden Wirkstoffes erschwert.
Da die Vermehrung der Viren im Inneren von normalen Zellen stattfindet und sich dort sehr eng an die zentralen biochemischen Zellmechanismen ankoppelt, müssen die in Frage kommenden antiviralen Wirkstoffe entweder das Eindringen der Virionen in die Wirtszellen verhindern, in den Zellstoffwechsel zum Nachteil der Virusvermehrung eingreifen oder nach einer möglichen Virusvermehrung in den Zellen das Austreten der neuen Viren aus den Zellen unterbinden.
Andererseits müssen diese gesuchten Wirkstoffe jedoch auch für den Körperstoffwechsel, den Zellverband und den internen Zellstoffwechsel insgesamt verträglich sein, da sonst nicht nur beispielsweise die Virusvermehrung in den Zellen zum Erliegen kommt, sondern schlimmstenfalls auch das Zellleben des gesamten behandelten Organismus.
Weil diese Bedingungen sehr schwer zu vereinbaren sind, sind die bisher entwickelten antiviralen Medikamente auch oft mit schweren Nebenwirkungsrisiken verbunden. Es handelt sich um eine Gratwanderung, welche die Medizin bislang meist vor eine unlösbare Aufgabe gestellt hat.
Verschärft wird die Entwicklung von effektiven antiviralen Medikamenten außerdem durch die Resistenzentwicklung von Seiten der zu bekämpfenden Viren gegenüber einem einmal gefundenen, brauchbaren Wirkstoff, zu der sie auf Grund ihres extrem schnell ablaufenden Vermehrungszyklus und der biochemischen Eigenart dieser Replikation gut in der Lage sind. Deshalb muss der Ansatz ein anderer sein: noch vor dem Angriff des Virus' muss ein Weg gefunden werden, ihn zu stoppen- der Angriff darf also nicht erfolgen, das Virus muss vorher unschädlich gemacht werden. Einmal in der Wirtszelle entstehen oben geschilderte Probleme.“
Dr. Tonic leert ihren Tee und bittet uns nun mit ins Labor, um uns zu zeigen, wie sie dieses schwierige Problem angegangen ist.
Lesen Sie unbedingt die Fortsetzung dieses spannenden Weges, eine Geißel der Menschheit sicher in den Griff zu bekommen!
© 2011 lisa für dailystuff
