Ursprung des menschlichen Hepatitis-B-Virus in Fischen entdeckt

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Ablenkung der Immunantwort durch perfide Strategie der Hepatitis-B-Viren?

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 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 tausendfache Überproduktion von leeren Hüllen im Verhältnis zu infektiösen Viruspartikeln wird die Immunantwort abgelenkt und das Virus kann sich dauerhaft in den Leberzellen einnisten.

13 aus 25.000: Spurensuche mit einem Hochleistungscomputer

Um die Theorie zu untermauern, dass die umhüllten Viren aus hüllenlosen entstanden, begann eine Art virologischer Detektivarbeit. Stefan Seitz entwarf ein Modell, wie das Genom eines hüllenlosen Vorläufervirus aufgebaut sein müsste. Gemeinsam mit Chris Lauber vom Institut für Medizinische Informatik und Biometrie der Technischen Universität Dresden und unterstützt durch Hochleistungsrechner des dortigen Rechenzentrums durchsuchten sie über 25.000 Sequenzierprojekte von Fischen nach Gensequenzen, die den hüllenlosen Vorläufern von Hepatitis-B-Viren entsprechen könnten.

„Die Genome der Viren wurden sozusagen versehentlich mitsequenziert, wenn die Proben von einem infizierten Tier stammten“, sagt Stefan Seitz. Die Wissenschaftler wurden tatsächlich fündig: Nach und nach entdeckten sie entsprechende Genome in 13 völlig unterschiedlichen Fischarten, die heute weltweit verbreitet sind, beispielsweise im Europäischen Aal sowie im Rotlachs, einem beliebten Speisefisch aus dem Nordpazifik. Weitere Analysen brachten noch eine entscheidende Erkenntnis für die Evolution der Virusfamilien: Es zeigte sich, dass die umhüllten Hepadnaviren nicht nur, wie lange vermutet, in Säugetieren und Vögeln vorkommen, sondern auch in Amphibien und Reptilien.

Stammbaumanalyse bei Viren

Doch in welchem zeitlichen Zusammenhang stehen die verschiedenen Virusarten zueinander? Um dies herauszufinden, wendeten die Wissenschaftler einen weiteren Kunstgriff an: Sie suchten in der Gruppe der Neoaves – die alle heutigen Vögel außer Hühnervögeln, Enten- und Straußenartigen umfasst – nach Spuren eines Virus, das vor Beginn der explosiven Entwicklung dieser Tiergruppe vor rund 69 Millionen Jahren in das Wirtsgenom integriert und sozusagen als blinder Passagier an alle Nachkommen vererbt wurde. Da das Alter dieser Tiergruppe mit hoher Genauigkeit bestimmt wurde, ließ sich mittels dieses urtümlichen, im Wirtsgenom quasi „fossilisierten“ Vogelvirus der gemeinsame Stammbaum der Hepadnaviren und der Nackednaviren zeitlich kalibrieren.

Es zeigte sich dabei auf verblüffende Weise, dass die Verzweigungen im Stammbaum auf der Seite der Hepadnaviren zeitlich aufs Engste den Verzweigungen im Stammbaum der jeweiligen Wirtstiere entsprechen. „Es gibt eindeutig eine Koevolution zwischen Virus und Wirt“, fasst Stefan Seitz zusammen. „Die Aufspaltung von hüllenlosen Nackedna- und umhüllten Hepadnaviren entspricht zeitlich der Aufspaltung von Strahlen- und Fleischflossern im Silur vor rund 430 Millionen Jahren. Aus den Fleischflossern entstanden die Landwirbeltiere, weshalb wir vermuten, dass die Entstehung des Hüllprotein-Gens mit dem Landgang vor circa 400 bis 360 Millionen Jahren in Verbindung steht. Letztendlich tragen wir Menschen mit dem Hepatitis-B-Virus den Nachfahren eines Fisch-Virus in uns, der uns seit vielen Millionen Jahren begleitet.“

Originalpublikation: Lauber, Seitz et. al. (2017): Deciphering the origin and evolution of hepatitis B viruses by means of a family of non-enveloped fish viruses. Cell Host & Microbe. Doi: 10.1016/j.chom.2017.07.019

* Dr. S. Kohlstädt: Deutsches Krebsforschungszentrum DKFZ, 69120 Heidelberg

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