Durchfallerregende Viren bedienen sich Schleimfilmproduktion im Darm, um sich auszubreiten

Eine aktuelle Studie zeigt, wie Astroviren Becherzellen als Fluchtweg aus dem Dünndarm nutzen, um der Immunabwehr des Wirts zu entgehen – und so ihre eigene Ausbreitung und Übertragung zu fördern. Dies eröffnet laut den Forschenden einen neuen Ansatz für die Behandlung von Durchfallerkrankungen bei Kindern.

Unter den verschiedenen Viren, die Magen-Darm-Erkrankungen auslösen, hinterlassen einige bei ihrer Vermehrung eine Spur der zellulären Zerstörung – was den jeweiligen Krankheitserreger entlarvt. Sowohl Rotaviren als auch Noroviren befallen den Dünndarm, vermehren sich dort und können die äußere Hülle des Organs durchbrechen, um sich so im Körper weiter auszubreiten.

Astroviren, die dasselbe Organ infizieren und weltweit für Durchfallerkrankungen bei Kindern verantwortlich sind, verfolgen eine geschicktere Strategie, bei der es zu keiner Gewebeschädigung kommt. In einer aktuellen Studie, die im Journal „PLOS Pathogens“ veröffentlicht wurde, beschreibt ein Team von Zellbiologen der University of California in Santa Cruz (UC; USA), wie sich Astroviren den Weg aus dem Dünndarm heraus bahnen. Kurz gesagt: Sie lassen sich von den in Becherzellen produzieren Muzinen und dem durch diese gebildeten Schleimfilm nach außen geleiten.

Neuer Aspekt der Biologie von Darmviren und deren Wirten

Das Forschungsteam entdeckte, dass Astroviren die Mukusabsonderung aus Becherzellen als gezielten Weg nutzen, um ihren Vermehrungszyklus abzuschließen. Laut Valerie Cortez, der leitenden Autorin der Studie und Professorin für Molekular-, Zell- und Entwicklungsbiologie an der UC Santa Cruz, eröffnen diese Erkenntnisse möglicherweise neue Ansatzpunkte für die Behandlung von Durchfallerkrankungen bei Kindern.

„Zusammengenommen beleuchten diese Ergebnisse einen neuen Aspekt der Biologie von Darmviren und ihren Wirten, der eine effiziente Freisetzung von Viruspartikeln ermöglicht“, erklärt Cortez. „Vor unserer Studie war der Weg, den Astroviren beim Verlassen der Zelle nehmen, weitgehend unbekannt – im Gegensatz zu anderen bedeutenden Darmviren wie Noroviren oder Rotaviren.“

Einem tödlichen Virus auf der Spur

Die Studie baut auf einer früheren Entdeckung des Cortez-Labors auf, wonach Astroviren gezielt die Becherzellen des Darms befallen. Das einzelsträngige RNA-Virus infiziert Vögel sowie Säugetiere und ist beim Menschen eine der Hauptursachen für Durchfallerkrankungen bei Kindern – insbesondere in Teilen der Welt mit eingeschränktem Zugang zu sauberem Wasser. Weltweit gehört Durchfall zu den häufigsten Todesursachen bei Kindern unter fünf Jahren.

Becherzellen produzieren eine dünne Schleimschicht, die die Darmwand auskleidet. Diese Schicht verhindert, dass Mikroben, Krankheitserreger oder andere mit der Nahrung aufgenommene Stoffe in den übrigen Körper gelangen, erklärt Natalie Pedicino, die Hauptautorin der Studie. Wie es dem Astrovirus gelingt, dieses Schutzsystem zu überwinden – und es sich sogar zunutze zu macht –, war Gegenstand von Pedicinos Doktorarbeit im Cortez-Labor.

„Wir haben einen neuartigen Mechanismus entdeckt, bei dem das Astrovirus die Becherzellen gewissermaßen kapert“, erläutert Pedicino. „Diese Erkenntnis ist sowohl für die Astrovirus-Forschung als auch für die Erforschung von Darmviren im Allgemeinen von großer Bedeutung, da sie eine bisher unbekannte Strategie aufdeckt, wie Viren aus Zellen entkommen können.“

Ein neu entdeckter Ausbreitungsweg eröffnet neue Möglichkeiten

Das Forschungsteam untersuchte mithilfe von Zellkulturmodellen – sowohl von Mäusen als auch vom Menschen –, ob der Schleimfilm dem Astrovirus als Weg dient, um die Becherzellen zu verlassen und sich weiter auszubreiten. Wurde die Mukusabsonderung blockiert, sank die Menge der freigesetzten Viren. Wurde die Schleimabsonderung hingegen angeregt, nahm die Virusmenge zu.

Die Identifizierung dieses Mechanismus hat laut den Wissenschaftlern weitreichende Bedeutung für das Verständnis zellulärer Prozesse, die es bestimmten Viren ermöglichen, der Immunabwehr des Wirts zu entgehen sowie ihre eigene Ausbreitung und Übertragung zu fördern. So erklärt Cortez, dass das Verstecken in Mukus einem Virus dabei helfen könnte, der Erkennung zu entgehen oder den Eintritt in neue Zellen zu erleichtern – ähnlich wie Rotaviren und Noroviren. Diese bilden membranumhüllte Cluster, um in eine Zelle zu gelangen. Frühere Studien haben gezeigt, dass der Schleimfilm die Temperaturstabilität des humanen Astrovirus erhöht, was möglicherweise dessen Ausbreitung innerhalb eines Wirts sowie zwischen verschiedenen Wirten begünstigt.

„Diese Entdeckung offenbart eine einzigartige Austrittstrategie für ein Darmvirus, die es ihm ermöglicht, sich auszubreiten, ohne die Wirtszelle aufzubrechen und abzutöten“, sagt Cortez. „Das Verständnis dieser Interaktion zwischen Wirt und Virus während des Replikationszyklus kann neue Einblicke in die Pathogenese liefern und möglicherweise neue Ansatzpunkte für Behandlungsstrategien eröffnen, die die Ausbreitung des Astrovirus verhindern.“ (ac/BIERMANN)