HI-Virus: Verhaltensmuster der Varianten

16. Dezember 2015
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HIV verändert sich rasant und bildet nach einer Infektion unzählige Virusvarianten im Patienten. Nun wurde die Evolution von HI-Viren bei einzelnen Patienten über mehrere Jahre analysiert. Können diese Berechnungen auch bei der Impfstoffentwicklung hilfreich sein?

Um die Evolution und Entstehung von Virusvarianten nachvollziehen zu können, haben Forscher der Arbeitsgruppe von Dr. Richard Neher vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie das Erbgut von Viren aus Patientenproben von HIV-Infizierten über mehrere Jahre mittels neuster Sequenzier-Methoden untersucht. Die Wissenschaftler konnten bestätigen, dass die Ausbildung von Virusvarianten in den einzelnen Patienten einem Muster folgt. Bestimmte Regionen der Viren häufen dabei sehr viel schneller Mutationen an als andere: Regionen im Erbgut des Virus, die wichtige Funktionen für die Vermehrung beinhalten, variieren weniger stark. An diesen Positionen stimmen fast alle Virusvarianten überein. An allen Stellen im Genom, an denen Mutationen dem Virus weniger schaden, steigt die Variation stetig und an einem Großteil dieser Positionen existieren daher mehrere Varianten. Diese Vielfalt erlaubt es der Viruspopulation, sich schnell anzupassen.

Lieblingssequenz der Viren

Viren sammeln bis zu einem Prozent Veränderungen in der DNA pro Jahr an – das entspricht in etwa dem Unterschied zwischen Mensch und Schimpanse. Häufige Mutationen helfen dem Virus, sich vor dem Immunsystem zu verstecken, was oft die Funktionalität der Viren beeinflusst. Die Wissenschaftler berechneten für jede Stelle im Genom von HI-Viren die Sequenz, die global am häufigsten vorkommt. Diese Konsensus-Sequenz wurde dann mit den Sequenzen aus den Patientenproben verglichen.

Überraschenderweise waren etwa 30 Prozent aller Veränderungen Rückmutationen zur Konsensus-Sequenz. „Eine der wesentlichen Beobachtungen, die wir gemacht haben, war, dass das Virus eine Art Lieblingssequenz hat. Das Immunsystem versucht, das Virus von dieser Sequenz wegzutreiben. Wenn der Druck durch das Immunsystem aber aufhört, gehen die Viren wieder zu dieser Sequenz zurück“, erläutert Neher. Das passiert zum Beispiel, wenn das Virus auf den nächsten Menschen übertragen wird, dessen Immunsystem andere Teile des Virus erkennt.

Gemeinsame Schwäche

Die Forschungsergebnisse könnten dabei helfen, Impfstoffe gegen HIV zu finden: „Obwohl es viele verschiedene Virusvarianten gibt, haben wir herausgefunden, dass die „Schwachstellen“ der Viren bei unterschiedlichen Patienten oft dieselben sind. Man sollte diese gemeinsamen Schwachstellen jetzt weiter untersuchen, um effektive Impfstoffe zu entwickeln“, sagt Fabio Zanini, Erstautor der Studie.

Die Entwicklung der HI-Viren im Patienten ist auch ein gutes Modell, um allgemeine Gesetzmäßigkeiten der Evolution zu analysieren. Bei HIV können die Wissenschaftler Evolution direkt von Jahr zu Jahr beobachten und Prozesse studieren, die in anderen Organismen viele Millionen Jahre dauern würden.

Originalpublikation:

Population genomics of intrapatient HIV-1 evolution
Fabio Zanini et al.; eLIFE, doi: 10.7554/eLife.11282; 2015

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