Genetische Zeitbomben

Nicht erst seit dem Auftauchen der Schweinegrippe wird darüber diskutiert, wie früh eine potenzielle Pandemie zu erkennen ist. Denn davon hängt ab, wann Schutzmaßnahmen der Gesundheitsbehörden greifen können. Eine neue Untersuchung verschiedener Grippe-Epidemien des 20. Jahrhunderts zeigt nun: Die Viren verändern sich durch artüberschreitenden Gentransfer offenbar über einen längeren Zeitraum als bislang angenommen. Gene, die zum verheerenden Virus der Spanischen Grippe von 1918 führten, zirkulierten womöglich schon bis zu sieben Jahre vor Ausbruch der Pandemie.

Bislang war die Forschung davon ausgegangen, dass das Virus von 1918 kurz vor der Pandemie entstand, indem ein Vogelgrippevirus auf den Menschen übersprang und dort rasch mutierte. Eine Forschergruppe aus China, Hongkong und den USA kommt zu einem anderen Ergebnis: Bei allen drei Grippe-Pandemien des 20. Jahrhunderts – 1918, 1957 und 1968 – entstanden die hochvirulenten Erreger über Jahre hinweg durch einen schrittweisen Einbau neuer Gene. Ihre Arbeit wurde vor zwei Tagen im Wissenschaftsjournal PNAS online veröffentlicht und ist dort als Open-Access-Paper frei zugänglich.

Die Untersuchung wurde zwar vor dem aktuellen Schweinegrippenvirus abgeschlossen. Dieses gehört wie die Erreger der früheren Pandemien zum Subtypus H1N1 der Influenza-A-Viren. Die Forscher sind aber überzeugt, dass auch dieses Virus demselben Muster folgt. „Unsere Ergebnisse legen nahe, dass es mindestens einen Zwischenwirt gab, höchstwahrscheinlich Schweine“, sagt Gavin Smith, Virologe an der Universität Hongkong und Hauptautor des Papers.

Smith und seine Kollegen nutzten sämtliche verfügbaren Gensequenzen von Grippeviren in Menschen, Vögeln und Schweinen, die sich nach 1918 entwickelt haben. Aus diesen erstellten sie mit einem Computermodell sich verzweigende Entwicklungslinien, anhand derer sich dann verschiedene Virentypen zu einem gemeinsamen Vorläufer zurückverfolgen ließen. Da beim Virus von 1918 keine Daten zu Vorläufern bekannt sind, konnten sie in diesem Fall das Überspringen auf eine andere Art aber nur aus bekannten Mustern der genetischen Evolution erschließen.

Möglich geworden sind derartige Analysen in den letzten Jahren dank neuer Rechenverfahren, in die bekannte Mutationsraten eingehen. Der Vergleich mit empirischen Daten zeigt, dass solche Modelle die tatsächliche Entwicklung ziemlich genau abbilden können. Dennoch seien die jetzigen Ergebnisse erst einmal nur Schlussfolgerungen, schränkt Smith ein.

Sollte der rekonstruierte Stammbaum des Virus von 1918 richtig sein, ist es nicht spontan entstanden, sondern eine leicht veränderte Form eines älteren harmlosen Grippevirus, der vorher in Menschen zirkulierte. Einige Gene des Virus könnten bereits zum ersten Mal 1911 aufgetreten sein. „Das Virus war mit Sicherheit anders als die gegenwärtige Pandemie, was seine Gefährlichkeit angeht“, sagt Smith. „Der Mechanismus, mit dem es sich entwickelte, ähnelt aber dem der Pandemien von 1957 und 1968.“ In jenen Jahren hätten sich die neuen Viren in der Bevölkerung erst langsam ausgebreitet und mit älteren menschlichen Grippeviren kombiniert.

Dem Computermodell zufolge haben sich manche Genabschnitte der Viren zu unterschiedlichen Zeiten entwickelt. „Daraus schließen wir, dass nicht ein einziges Virus auf den Menschen überspringt und sich mit dem gerade vorherrschenden alljährlichen Grippevirus zu einem pandemischen Subtypus mischt“, betont Smith. Vielmehr würden in mehreren Kombinationsschritten jeweils einzelne Gene zwischen verschiedenen Virentypen überspringen.

Sollte die Analyse stimmen, hätte sie eine unangenehme Konsequenz: Das jetzige Schweinegrippevirus hat mehr mit dem Virus von 1918 gemein, als Wissenschaftler bislang glaubten. Andererseits bietet sie auch eine Chance. Kennt man die Gene, die in der Vergangenheit entscheidend zur Herausbildung einer tödlichen Grippevariante beigetragen haben, kann man im heutigen Genpool auch gezielt nach ihnen fahnden. „Die Arbeit wird Auswirkungen auf das Genmonitoring, die Entwicklung von Impfstoffen und gesundheitspolitische Strategien haben“, ist sich Greg Poland, Experte für Impfungen und Infektionskrankheiten der medizinischen Non-Profit-Organisation Mayo Clinic, sicher.

Für Poland und Smith folgt daraus auch, künftig viel gründlicher genetische Veränderungen von Viren in Vögeln und Schweinen zu überwachen. Zudem sollten in neuen Impfstoffen auch Proteine von Virenvarianten aufgenommen werden, die vielleicht erst Jahre später zum Problem werden könnten, meint Poland.

Gavin Smith hofft, dass die weitere Sequenzierung kompletter Genome auch Hinweise liefert, wann und wo eine Virenübertragung vom Tier auf den Mensch erfolgt. Dann könnte man eines Tages wirklich über Notfallpläne hinausgehen und Pandemien gezielt vorbeugen. „Was genau in einem Virus dazu führt, dass es eine Pandemie auslöst, wissen wir aber noch nicht“, sagt Smith. „Ist es eine Mutation? Eine Kombination verschiedener Gene? Das sind die Fragen, die wir noch beantworten müsen.“ (nbo)