- Reassortment zwischen A(H3N2)sw (li.) und A(H1N1) 2009 (re.) in den USA - CDC: Doug Jordan, M.A. (2011)
Alles neu macht der Mai, sagen sich die Menschen; alles neu macht Reassortment, sagen sich wohl dann die Grippe-Viren in den Atemwegen von Menschen, Schweinen und Vögeln: Infizieren bei einer Doppel-Infektion gleichzeitig zwei Virus-Varianten eine Wirtszelle, können Grippe-Viren ihre genetischen Karten neu mischen – Virologen bezeichnen das Mischen von Gensegmenten als Reassortment. Der Vorgang führt zum so genannten Antigen-Shift. Bei einem Antigen-Drift wird dagegen durch eine Punktmutation nur ein Nucleotid in den Gensegmenten verändert. Eine der Grundbedingungen für das Reassortment ist, dass sich das gesamte Erbgut (Genom) auf mehreren Gensegmenten befindet. Schauen wir also mal den Influenza-Viren in die genetischen Karten.
Das Erbgut von Influenza-Viren besteht aus acht RNA-Gensegmenten
Grippe-Viren werden in die drei Gattungen Influenza A, B und C unterteilt. Das gesamte Erbgut der Influenza-Viren besteht aus über 12.000 Nucleotiden, bei den Nucleotiden handelt es sich um die Ribonucleinsäure – im Englischen kurz RNA genannt (Ribo-Nucleic Acid). Die einzelsträngige RNA befindet sich in einer kugelig bis länglichen Virushülle mit einem Durchmesser von etwa 80 bis 120 Nanometern – eines unserer Haare hat zum Vergleich einen Durchmesser von etwa 50.000 bis 90.000 Nanometern. Innerhalb des Viruswinzlings verteilt sich das Genom auf acht RNA-Gensegmente mit einer Größe von 500 bis 2.500 Nucleotiden. Jedes der RNA-Segmente ist in Nucleokapsid-Proteine eingehüllt, zusammen bilden sie das Nucleo-Protein (NP) oder Ribonucleo-Protein (RNP, siehe Grafiken). An den Enden der Nucleo-Proteine sitzen die Bautsteine des Biokatalysators (Enzym) zur Vermehrung des Erbguts (Genom-Replikation) – Untereinheiten für die so genannte RNA-abhängige RNA-Polymerase.
Jedes RNA-Segment steht für verschiedene virale Proteine
Werden bei einem Reassortment die RNA-Segmente neu gemischt, erkennen Virologen dies an der veränderten Abfolge der RNA-Segmente und an den veränderten viralen Proteinen: Die Grafik der amerikanischen Gesundheitsbehörde CDC (Centers for Disease Control and Prevention) zeigt zum Beispiel den Austausch des M-Proteins zwischen dem pandemischen Schweinegrippe-Virus A(H1N1) 2009 des Menschen und einem Schweine-Influenzavirus A(H3N2)sw (sw für das englische swine). Die acht Gensegmente kodieren die Information für folgende Enzyme und Proteine in Influenza-A-Viren:
- RNA-Segment (2.341 Nucleotide): Polymerase B2 Protein (PB2: "polymerase basic protein 2") – eine Endonuklease
- RNA-Segment (2.341 Nucleotide): Polymerase B1 Protein (PB1 oder PB1-F2: "polymerase basic protein 1") und N40- Protein
- RNA-Segment (2.233 Nucleotide): Polymerase A Protein (PA: "polymerase acidic protein")
- RNA-Segment (1.778 Nucleotide): Hämagglutinin (HA oder H)
- RNA-Segment (1.565 Nucleotide): Nucleokapsid-Protein (NP)
- RNA-Segment (1.413 Nucleotide): Neuraminidase (NA oder N)
- RNA-Segment (1.027 Nucleotide): Matrixproteine (M1 und M2) – M1 bildet die Matrix; M2 pumpt bei Influenza-A-Viren H+-Protonen in Endosomen.
- RNA-Segment (890 Nucleotide): Nicht strukturelles Protein 1 (NS1) und nukleäres Exportprotein (NEP: "nuclear export protein").
Reassortment findet bei Grippe-, Schweinegrippe- und Vogelgrippe-Viren ständig statt
Galoppiert ein Schweinegrippe-Virus A(H1N1) 2009 durch den Atemweg von Mensch und Tier, kann es in der Zielzelle mit einem angeflogenen Vogelgrippe-Virus, einem saisonalen Grippe-Virus oder Schweine-Influenzavirus zusammentreffen. Besonders der Atemtrakt des Schweins gilt hier als so genanntes Mischgefäß (englisch "mixing vessel"). In Deutschland und den amerikanischen Bundesstaaten Indiana und Pennsylvania sind aktuelle Reassortment-Fälle mit dem Schweinegrippe-Virus bekannt geworden. Neue Subtypen der Influenza-Viren können durch eine so genannte Zoonose auch wieder den Menschen infizieren – dies geschah 2011 in den USA: Die Menschen infizierten sich dort mit einem A(H3N2)sw-Virus. Doch längst nicht jedes Reassortment führt zu einem neuen und infektiösen Influenza-Subtypen.
Antigen-Shift führt manchmal zum Pandemie-Virus-Schuft
Wie bei Lotterien üblich, gibt es nicht nur Siegerlose, sondern vor allem Nieten: Nach der RNA-Segment-Lotterie sind die meisten neu gebildeten Subtypen keine für uns Menschen gefährlichen Siegertypen. Fast alle neu gebildeten Influenza-Subtypen oder Reassortanten sind absolute Viren-Nieten und für keine weitere Infektion zu gebrauchen. Doch manchmal haben die Grippe-Viren bei der Gen-Lotterie im Mischgefäß Schwein auch ein Sauglück und die Menschen ein Saupech. Dann entsteht beim Reassortment ein Pandemie-Virus: Bekannte Reassortment-Pandemie-Viren verursachten die "Asiatische Grippe" (H2N2) im Jahre 1957 und die "Hongkong-Grippe" (H3N2) von 1968: Die Reassortanten stammten hier von menschlichen Grippe-Viren und von Vogelgrippe-Viren. Ausgetauscht wurden die Gensegmente für Hämagglutinin, Neuraminidase und die RNA-Polymerase PB1.
Weitere Informationen und Literatur
- Susanne Modrow, Dietrich Falke und Uwe Truyen (2010): Molekulare Virologie. Spektrum Akademischer Verlag. ISBN 3-8274-1833-X.
- Dr. Silke Buda, PD Dr. Walter Haas, Dr. Armin Baillot, Dr. Konrad Beyrer, Dr. Masyar Monazahian, Dr. Matthias Pulz, Dr. Justus Benzler, Prof. Dr. Timm Harder und Dr. Brunhilde Schweiger (2011): Humane Fälle mit Infektion durch Schweineinfluenzaviren. Epidemiologisches Bulletin (Epid. Bull.) Nummer 39, 4. Oktober 2011. Robert Koch-Institut (RKI).
- E. Starick, E. Lange, S. Fereidouni, C. Bunzenthal, R. Höveler, A. Kuczka, E. Grosse Beilage, H.-P. Hamann, I. Klingelhöfer, D. Steinhauer, T. Vahlenkamp, M. Beer und T. Harder (2011): Reassorted pandemic (H1N1) 2009 influenza A virus discovered from pigs in Germany. Journal of General Virology; Volume 92, Issue 5, Seite 1184 bis 1188.
Bild-Informationen: TEM: Abkürzung für Transmissions-Elektronen-Mikroskopie. Schema eines Influenza-A-Virus nach ViralZone: Hämagglutinin (HA, rosa); Neuraminidase (NA, türkis); Nucleo-Protein (NP, orange); Nucleares Export Protein (NEP, grau); Matrix-Protein (hellgrün); M2-Ionen-Kanal (M2-IK, rot). Die photorealistische Szene programmierte der Autor mit POV-Ray (Persistence of Vision). POV-Ray ist ein kostenloser Ray-Tracer – ein 3D-Computergrafik-Programm.
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Dr. Gerald Albach - Schreiben macht Spaß: mit Licht und mit Worten! Damit ich weiß, worüber ich schreibe, habe ich als Diplom-Biologe in der ...
