Der Grund, warum 10 Prozent des menschlichen Genoms aus Retrovirus-Genen bestehen, ist gefunden worden

Virologen haben einen Mechanismus identifiziert, der es Retroviren ermöglicht, sich als Teil der DNA von Säugetieren über Millionen von Jahren hinweg effizient zu replizieren.

Die Hauptaufgabe von Viren besteht darin, ihre eigenen Gene an nachfolgende Generationen weiterzugeben. Viren versuchen, sich um jeden Preis zu vermehren – sie unterscheiden sich nicht von anderen Lebewesen, einschließlich des Menschen.

Der Unterschied liegt in der außergewöhnlichen Einfachheit der Virusstruktur, die auf ein Molekül reduziert ist – den Träger des Genoms, virale RNA, DNA oder in einigen Varianten deren Kombination. Ein weiterer Unterschied des Virus liegt im dualen Zustand des Virus – dem „toten“ extrazellulären Zustand der Viruspartikel oder Virionen, die praktisch keine unabhängige Aktivität zeigen, und dem „lebenden“ Zustand, wenn das Virus in die Wirtszelle eindringt und sich zu vermehren beginnt, wobei es sich in den zellulären Mechanismus der DNA-Transkription integriert.

Mit der Entdeckung endogener Retroviren stellte sich jedoch erst vor relativ kurzer Zeit heraus, dass manche Viren möglicherweise kein Virionenstadium besitzen.

Diese Viren geben ihre eigenen Gene an nachfolgende Generationen weiter, ohne über die Zellen hinauszugehen (daher ihr Name – endogen, also intragen), und ihr genetisches Programm, das in die zelluläre DNA eingebaut ist, wird als integraler Bestandteil des Wirtsgenoms betrachtet.

Mittlerweile steht fest, dass etwa 8–10 % des menschlichen Genoms aus Nukleotidsequenzen von Retroviren bestehen, die unsere evolutionären Vorfahren vor zig Millionen Jahren infiziert haben.

Mit anderen Worten: Ein Zehntel der menschlichen DNA besteht aus mehrere Millionen Jahre alten retroviralen Genen („retro“ bedeutet, dass diese Viren den Mechanismus der reversen Transkription nutzen, um ihr eigenes Genom zu replizieren: Zuerst beginnt das virale Enzym Reverse Transkriptase mit der Synthese eines DNA-Strangs auf viraler RNA, dann synthetisiert es einen zweiten Strang auf diesem Strang, und dann wird diese virale DNA, nachdem sie die Kernmembran der Zelle durchdrungen hat, in die Wirtszelle eingebaut und fungiert als Matrix für die Synthese viraler RNAs durch die Wirtszelle.)

Forscher des Oxford Institute beschlossen gemeinsam mit dem Aarano Diamond Center for AIDS Research (New York, USA) und dem Rega Institute (Belgien), den Mechanismus herauszufinden, durch den sich alte Retroviren in großen Mengen in unseren Genen registrieren konnten.

Zu diesem Zweck untersuchten sie die Genome von 38 Säugetieren. Aus diesen Genomen isolierten sie Regionen mit retroviralen Nukleotidsequenzen und verglichen diese dann in silico (in Silizium, d. h. mit speziellen computermathematischen Methoden) auf Ähnlichkeiten, Unterschiede und ihren Anteil an der viralen DNA-Region.

Wie die Analyse zeigte, verlor eine bestimmte Kategorie endogener Retroviren im Laufe ihrer Evolution das env-Gen, das für das Protein verantwortlich ist, das dem Virus hilft, in die Zelle einzudringen.

Der Verlust der Fähigkeit, andere Zellen zu infizieren, bedeutete nicht den Verlust der Fähigkeit zur Selbstreplikation, lediglich begann nun die gesamte Lebensdauer des Virus mit Hilfe viraler mobiler DNA-Segmente – Retrotransposons – innerhalb der Wirtszelle parallel zu seiner eigenen Lebensdauer zu verlaufen.

Das Interessanteste dabei ist jedoch, dass mit dem Verlust der infektiösen Funktion bestimmter Retroviren ihre Präsenz im Genom rasch zunahm, was zur Dominanz des genetischen Materials von Viren in der DNA von Säugetieren führte.

Durch den Vergleich verschiedener Genome fassten die Forscher die Vielseitigkeit dieses Phänomens zusammen: Der Verlust der Infektiosität führte zu einer 30-fachen Zunahme der Menge an viralem Material.

Sind endogene Retroviren gesundheitsschädlich?

Viren bewältigen die Aufgabe der Verbreitung ihrer eigenen Gene perfekt, indem sie sich als Passagiere in der menschlichen DNA registrieren, ohne Transportschäden zu verursachen. Für ihre Besitzer sind sie in den meisten Fällen nicht pathogen, nicht infektiös, bilden keine Virionenpartikel, infizieren also niemanden und stehen unter der regulatorischen Kontrolle der zellulären DNA-Transkription.

Aus einem anderen Blickwinkel betrachtet, gibt es Hinweise darauf, dass einige endogene Retroviren (wie auch einige exogene, die beispielsweise Rous-Sarkome, Lymphome und Myelopathien verursachen) onkogenes Potenzial besitzen und die Entstehung von Krebs begünstigen können. Allerdings ist noch unklar, was diese Prozesse auslöst, die den Körper zu solchen Risiken zwingen. Die Erforschung „fossiler“ Viren in unserem Genom steht erst am Anfang, daher stehen uns die aufschlussreichsten Entdeckungen, die uns zwingen, unseren Körper aus einem völlig anderen Blickwinkel zu betrachten, noch bevor.