Neue Studie belegt aktuelle Infektion von Koalas mit krebserregenden Retroviren

Ein Forschungsteam analysierte eine aktuell ablaufende Integration von Retroviren in das Erbgut von Koalas und daraus resultierende, zum Teil tödlich verlaufende Krebserkrankungen. Die Erkenntnisse ebnen den Weg für neue Zuchtstrategien.

Die Wissenschaftler sequenzierten dafür das Genom von über 100 Koalas aus mehreren Generationen in US-amerikanischen und europäischen Zoos. Sie untersuchten die Integration des Virus-Erbguts in oder in der Nähe von Genen, die an der Entstehung von Krebs beteiligt sind. In „Nature Communications“ legen sie dar, dass neue Integrationen der Retroviren in die Keimzellen von Koalas innerhalb einer Generation auftraten und Krebs-Todesfälle durch retrovirale Integration verursacht wurden.

Informationen dienen dem Schutz zukünftiger Koala-Generationen

Auf der Grundlage dieser Arbeit konnte das Team genetische Risikowerte (genetic risk scores, GRS) errechnen, die wertvolle Informationen für Zuchtprogramme darstellen und damit dem Schutz der Koalas zugutekommen können.

Retroviren integrieren sich beim Befall von Zellen in das Genom des Wirts. Geschieht dies in der Keimbahn und betrifft damit die Keimzellen (Spermien und Eizellen), kann dies die Vererbung integrierter Viren von Generation zu Generation zur Folge haben, ohne dass dafür eine Infektion bei den Nachkommen auftreten muss. Dies ist evolutionsgeschichtlich ein häufiger Vorgang.

In allen Lebewesen, einschließlich des Menschen, integrierten sich in der Vergangenheit Retroviren in deren Genom. Fragmente dieser Viren machen beispielsweise rund acht Prozent des menschlichen Genoms aus. Bei Koalas (Phascolarctos cinereus) handelt es sich hierbei jedoch nicht um einen vergangenen, abgeschlossenen Vorgang, sondern um einen, der sich aktuell vollzieht – mit schwerwiegenden gesundheitlichen Auswirkungen auf heute lebende Individuen. Koalas befinden sich in einem frühen Stadium der Integration des Koala-Retrovirus (KoRV) in deren Genom und leiden infolgedessen häufig unter Krebserkrankungen.

Das Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung (Leibniz-IZW) untersuchte in Zusammenarbeit mit der San Diego Zoo and Wildlife Alliance (SDZWA), Zoos in ganz Europa, der Universität Nottingham und dem Biotechnologieunternehmen Illumina das Genom, die Lebensgeschichte und die Gesundheit von 111 Koalas, die 55 Dreiergruppen („Triaden“) aus Vater, Mutter und Nachkommen aus mehreren Generationen repräsentieren. Das Ziel der Forschenden war zu verstehen, was mit dem Koala-Retrovirus (KoRV) und dem Retrovirus „phaCin-β“ sowie den individuellen Koalas über Generationen hinweg geschieht.

Koala-Retrovirus breitet sich über neue Integrationen in den Tieren aus

Der Bioinformatiker Dr. Guilherme Neumann von der Leibniz-IZW-Abteilung für Wildtierkrankheiten und seine Kollegen analysierten die Genom-Daten der Zoo-Koalas. Sie stellten für einen Teil der Stammbäume fest, dass das KoRV in ein Gen integriert war, das dafür bekannt ist, bei Mutation an der Entstehung von Krebs beteiligt zu sein. Dies konnten sie auch in Fällen nachweisen, in denen sowohl die Eltern als auch alle Nachkommen an Krebs starben.

In einigen Fällen schien die Integration von KoRV in Gene jedoch für die Gesundheit der Koalas von Vorteil zu sein. So konnten sie mit einer geringeren Krebsanfälligkeit, einer höheren Lebenserwartung oder einer höheren Fortpflanzungsrate in Verbindung gebracht werden. Ein Beispiel hierfür ist das Gen SLC29A1. In diesem Gen liegt bei 50 Prozent der in menschlicher Obhut lebenden und wildlebenden Koalas eine KoRV-Integration vor. Individuen mit dieser Integration zeigten eine Hochregulation von SLC29A1 und eine geringere Krebsanfälligkeit.

Unterschiedliche Effekte im Zeitverlauf beobachtbar

Der Mechanismus, durch den die erhöhte Expression dieses Gens Schutz vor Krebs bieten könnte, ist noch nicht bekannt. Die Anzahl von KoRV-Integrationen in der Untersuchungsgruppe nahm im Laufe der Zeit tendenziell zu. Dies ist ein Anzeichen dafür, dass retrovirale Integrationen in frühen Stadien der Genomintegration gravierende Folgen haben können. Mit der Zeit jedoch können sie harmloser werden oder gar vereinzelte positive Effekte haben.

Die Wissenschaftler beobachteten auch das Auftreten neuer retroviraler Integrationen innerhalb einer einzigen Koala-Generation. Einige Nachkommen wiesen Keimbahnintegrationen auf, die bei keinem der Elternteile nachweisbar waren. Das bedeutet, dass eine Keimbahnintegration in jenen Zellen der Eltern stattgefunden hatte, die Spermien oder Eizellen produzieren. Diese retrovirale Integration wurde an ihre Nachkommen weitergegeben, während sie in den untersuchten Körperzellen der Elterngeneration nicht nachgewiesen wurde. Eine derart schnelle Bildung neuer Kopien des Retrovirus im Genom zeigt, dass es noch nicht wie die meisten endogenen Retroviren des Menschen oder vieler Wildtierarten „gezähmt” wurde. Es stellt somit nach wie vor ein Gesundheitsrisiko für Koalas dar.

Erkenntnisse zur retroviralen Integration bei Koalas kommen dem Artenschutz zugute

Ein dermaßen großer Genom-Datensatz mit vielen damit verbundenen Lebenslauf- und Gesundheitsdaten erlaubte es dem Team, genetische Risikowerte (genetic risk scores, GRS) zu berechnen. Dies ermöglicht es zukünftig, einzelne Integrationen zu untersuchen und belastbar einzuschätzen, ob sie ein Risiko für negative gesundheitliche Auswirkungen darstellen. Oder ob sie wahrscheinlich positive Effekte oder gar keine Auswirkungen auf die Gesundheit haben werden.

Die Forschenden validierten den GRS in ihrem Datensatz und dokumentierten einen Fall, in dem ein Tier den höchsten GRS für die Entwicklung von Leukämie in Verbindung mit einem KoRV, das sich in ein Onkogen integriert hatte, aufwies. Dieser Koala starb noch während des Projekts an Leukämie, was die Vorhersagekraft des GRS unterstreicht.

„Der auf dieser Studie basierende GRS kann dazu beitragen, Koala-Zuchtprogramme so zu steuern, dass die Anzahl der KoRVs, die mit schlechten gesundheitlichen Prognosen verbunden sind, verringert und gleichzeitig diejenigen erhöht werden, die für in menschlicher Obhut lebende Populationen vorteilhaft sind oder keine Auswirkungen haben“, sagt Prof. Alex Greenwood, Leiter der Abteilung für Wildtierkrankheiten am Leibniz-IZW. „Dies könnte langfristig die Gesundheit der in Gefangenschaft lebenden oder aktiv gemanagten, wildlebenden Koala-Populationen verbessern.“

Zuchtprogramme müssen neu ausgerichtet werden

Die Autoren des Artikels hoffen auf Fortschritte bei der Verbesserung der Gesundheit und des Schutzes von Koala mithilfe der Informationen aus diesem umfangreichen Datensatz. Nötig wäre etwa die Einführung neuer Zuchtstrategien, die die negativen Auswirkungen einer KoRV-Infektion vermeiden und gleichzeitig die ebenfalls beobachteten positiven Effekte maximieren.

Um von den GRS profitieren zu können, erfordere dies aktuell noch die Sequenzierung des gesamten Genoms des betreffenden Koalas. In Zukunft könnten jedoch kostengünstigere Abkürzungen – z. B. Primer zur Amplifikation der relevanten Regionen im Genom oder ein maßgeschneiderter SNP-Chip für Koalas einschließlich der Integrationen – Bestandteile einer praxisnahen Vorgehensweise für die Risikoabschätzung für Zoos sein.

Weitere Informationen zum Koala-Retrovirus-Projekt bei Illumina: 

https://www.illumina.com/company/news-center/feature-articles/iconserve-koala-re…