Neue Erkenntnisse über das Staupevirus

(12.12.2012) Bisher ging man davon aus, dass der Staupevirus zuerst bei Haushunden auftrat und dann auf Wildtiere übergesprungen ist. Neue Erkenntnisse zeigen, dass es auch andersherum sein kann.

plos one Dies fand eine internationale Forschungsgruppe aus Deutschland, Kanada und den USA heraus, die den „Schlüssel-Schloss“-Mechanismus des Staupevirus untersucht hat, mit dem sich der Erreger Zugang zur Wirtszelle verschafft.

Dabei gelang erstmals der Nachweis, dass sich neben einer generalisierten Form des Virus, die Wild- und Haustiere befällt, eine weitere Form entwickelt hat, die auf den Haushund spezialisiert ist. Die Ergebnisse der aktuellen Studie werden im Online-Fachjournal PLOS ONE http://dx.plos.org/10.1371/journal.pone.0050955 veröffentlicht. 

Bereits bekannt ist, dass sich das Staupevirus afrikanischer Löwen von dem der Haushunde unterscheidet. In einer Versuchsreihe wurden die beiden unterschiedlichen Staupevirus-Stämme von Hund und Löwe in Zellkulturen verschiedener domestizierter Hunderassen sowie von Wild- und Haustieren eingebracht. Untersucht wurde unter anderem das erfolgreiche Eindringen des Virus in die Wirtszellen und seine Vervielfältigung.

Die von Wildtieren stammende Form des Virus schnitt in allen Kulturen etwa gleich gut ab. Das beim Haushund auftauchende Virus erzielte jedoch in Kulturen von Hundezellen wesentlich bessere Zugriffs- und Vermehrungsraten. Wie lässt sich das erklären?

Es bedeutet, dass das Staupevirus von Wildtieren „generalisierte“ Merkmale besitzt, es hat die Möglichkeit, viele verschiedene Wild- und Haustierarten zu infizieren. Das Virus des Haushundes hingegen besitzt „spezialisierte“ Eigenschaften, es hat sich im Laufe der Evolution auf den Hund spezialisiert und einen Schlüssel entwickelt, der in die Zellen von Haushunden passt.

„Sich mit dem richtigen ‚Schlüssel‘ Zutritt zu den Wirtszellen zu verschaffen, spielt bei der erfolgreichen Ansteckung eines Wirts eine entscheidende Rolle“, so Veljko Nikolin vom Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung (IZW).

Das Wissenschaftlerteam untersuchte die molekularen Grundlagen des „Schlüssel-Schloss“-Prinzips am Staupevirus. Das Virus produziert ein Protein („Hämagglutinin“) als Schlüssel, das passgenau an ein Schloss (Rezeptor „aktives lymphozytisches Signalmolekül“) in der Wirtszelle andockt und somit dem Virus das Eindringen in die Wirtszelle ermöglicht.

Die WissenschaftlerInnen konnten nachweisen, dass sich die Zell-Rezeptoren (Schloss) von Haushunden und Wildtieren stark unterscheiden. Der „Schlüssel“ des Virus ist auf das „Schloss“ der Wirtszelle abgestimmt.

„Da der Aufbau des ‚Schlosses‘ der Wirtszelle bei Haushunden und ihren nahen Verwandten deutlich von dem anderer Raubtiere abweicht, erwarteten wir, dass der ‚Schlüssel‘, mit dem sich die verschiedenen Virusstämme in die jeweiligen Wirtszellen einschleusen, ebenfalls Variationen aufwies.

Die Erwartungen trafen zu. Viren passen sich kontinuierlich an, um ihre Fähigkeit zu verbessern um verschiedene Wirte zu infizieren”, kommentiert Klaus Osterrieder von der Freien Universität Berlin die Ergebnisse der Studie.

Im Andockprotein eines Staupevirusstamms vom Haushund tauschte das Forscherteam als Experiment die Aminosäure „Tyrosin“ gegen die im Staupevirus von Wildtieren vorkommende Aminosäure „Histidin“ aus.

Dies führte dazu, dass sich die Zugriffsfähigkeit und die Vermehrungsrate des Hundestaupevirus in den Zellen von Wildtieren erhöhten. Der veränderte Hundestaupevirus-Stamm bildete somit „generalisierte“

Merkmale aus. In dieser Form besitzt das Virus die Fähigkeit, sich auf verschiedene Wildtierarten auszubreiten. Er ist nicht mehr nur auf eine einzige Wirtsart, den Haushund, spezialisiert.

Die aktuelle Studie lässt Rückschlüsse auf die gemeinsame Evolution von Staupeviren und ihren Raubtierwirten zu. „Allgemein wurde angenommen, dass Staupe erst in Haushunden auftrat und dann auf wilde Raubtiere übersprang“ erklärt IZW Wissenschaftlerin Marion East, die Leiterin der Studie.

„Unsere Ergebnisse weisen darauf hin, dass das Staupevirus ursprünglich ein generalisiertes Virus in wilden Raubtieren war und sich erst später mit der Entwicklung der Menschheit und der gewaltigen Expansion des Bestandes an Haushunden spezialisierte Stämme bildeten.“ Der große Bestand des Haushundes begünstigte also die Evolution spezialisierter Virusstämme.

„Die neuen Erkenntnisse tragen maßgeblich zum Wissen über die Verbreitung vom Hunde-Staupevirus bei. Sie liefern einen Nachweis über die verschiedenen Formen des Virus mit seinen generalisierenden und spezialisierenden Merkmalen.

Dabei wurde der zugrundeliegende Mechanismus ausfindig gemacht. Aus den Ergebnissen geht auch hervor, dass  die Spezialisierung des Virus auf den Haushund dazu führt, dass das Hunde-Staupevirus bei Wild- und anderen Haustieren weniger erfolgreich ist.

Das Hunde-Staupevirus geht bei der Spezialisierung einen Kompromiss ein, weil es die Fähigkeit verliert, andere Wirte zu infizieren", erklärt East.

Der Hundestaupevirus ist eine Erkrankung, die trotz wirksamer Impfstoffe regelmäßig weltweit bei Haushunden auftritt. Auch bei verschiedenen fleischfressenden Wildtieren, in freier Natur und in menschlicher Obhut lebend, wurde das Hunde-Staupevirus gefunden.

Eine Erkrankung mit dem Hunde-Staupevirus äußert sich besonders durch neurologische Störungen, Schnupfen, hohes Fieber, Abgeschlagenheit und Durchfall.

Publikation

Nikolin VM, Osterrieder N, von Messling V, Hofer H, Anderson D, Dubovi E, Brunner E, East ML (2012): Antagonistic pleiotropy and fitness trade-offs reveal specialist and generalist traits in strains of canine distemper virus. PLoS ONE.



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