Rätsel gelöst: Häufiges Darmvirus infiziert Bakterien, keine menschlichen Zellen

Forschende von der Washington University Medicine (USA) haben Erkenntnisse über eine Gruppe von Viren revidiert, von denen man bisher annahm, dass sie direkt menschliches Gewebe infizieren und eine Rolle bei Magen-Darm-Erkrankungen spielen.

Tatsächlich infiziert dieses weit verbreitete Virus aber Darmbakterien. Diese Entdeckung, so schreibt die Washington University Medicine in einer Mitteilung anlässlich der Veröffentlichung der neuen Studie, „verändert unser Verständnis davon, wie diese Viren die menschliche Gesundheit beeinflussen, grundlegend“.

Seit vor Jahrzehnten das Picobirnavirus im Darmmikrobiom entdeckt wurde, gingen Forschende davon aus, dass es direkt menschliches Gewebe infiziert und an Magen-Darm-Erkrankungen beteiligt ist. Doch das Forschungsteam von der Washington University School of Medicine in St. Louis und seine Kooperationspartner haben diese Annahme nun widerlegt, denn: Dieses weit verbreitete Virus infiziert Darmbakterien, nicht etwa menschliche Zellen. Die Forschungsergebnisse wurden kürzlich in „Nature Microbiology“ publiziert. Die beteiligten Wissenschaftler sprechen von einem „bedeutenden Meilenstein für die Virologie“. Sie ordnen Picobirnaviren als erst die dritte bekannte Familie von RNA-Viren ein, die Bakterien infizieren.

„Diese Entdeckung verändert unser Verständnis des Ökosystems im Darm“, erläutert David Wang, Inhaber der Robert C. Packman-Professur an der Washington University Medicine. „Bisher glaubte man, dass RNA-Viren, die Bakterien im menschlichen Körper infizieren, selten seien. Picobirnaviren kommen jedoch in großer Zahl im Darm vor. Die Erkenntnis, dass sie Bakterien infizieren, ist ein erster Schritt, um besser zu verstehen, welche Rolle sie bei der Entstehung von Krankheiten spielen könnten.“

Magen-Darm-Erreger oder Bakterienjäger?

Fast vier Jahrzehnte lang glaubte man, einen weiteren Erreger für Magen-Darm-Beschwerden beim Menschen identifiziert zu haben. Picobirnaviren wurden erstmals in Stuhlproben von Patienten mit Diarrhö nachgewiesen – oft zusammen mit bekannten Krankheitserregern wie Rotaviren oder Noroviren. Da es zu diesem Zeitpunkt keine Methoden gab, um das Virus im Labor zu kultivieren, gingen die Forschenden davon aus, dass es direkt menschliche Zellen angreift und so Magen-Darm-Beschwerden verursacht.

Diese Auffassung änderte sich, als Fortschritte in der Sequenzierungstechnologie es dem Labor von Wang ermöglichten, unerwartet Spuren des Erbguts von Picobirnaviren zu finden – und zwar bei der Untersuchung des Fadenswurms Caenorhabditis elegans.

Infizieren Picobirnaviren Bakterien?

Erstautor Dr. Tianyu Gan, Postdoktorand in Wangs Labor, untersuchte diese Fragestellung in Zusammenarbeit mit Kollegen vom Cambridge University Hospitals NHS Foundation Trust (Großbritannien), der Flinders University (Australien) und der San Diego State University (USA). Man übertrug menschliche Stuhlproben auf keimfreie Mäuse und schuf so das erste Labormodell, in dem sich das Virus aktiv vermehren konnte. Anschließend isolierten Gan und sein Team die Viruspopulation aus dem Darm der Mäuse und kultivierten sie in Laborschalen, die mit Darmbakterien gefüllt waren – unter Ausschluss von Sauerstoff. Da Säugetierzellen ohne Sauerstoff nicht überleben können, deutete die Vermehrung des Virus über einen Zeitraum von 20 Tagen darauf hin, dass es sich innerhalb der Bakterien replizierte. Der Einsatz von Antibiotika, die die Bakterien abtöteten, stoppte zudem die Vermehrung des Virus.

Mithilfe moderner molekularer Bildgebungsverfahren und Zellsortierungstechniken entdeckten die Forschenden Picobirnaviren in einer neu identifizierten Darmbakterienart, die sie Candidatus Anaerotignum faecalis nannten.

Eigenschaften von Picobirnaviren im Darm

Das Vorkommen von Picobirnaviren im Darm wird mit verschiedenen klinischen Krankheitsbildern in Verbindung gebracht, darunter akute Diarrhö, die Graft-versus-Host-Erkrankung (eine Komplikation nach Stammzelltransplantationen) sowie Typ-1-Diabetes.

Es ist möglich, dass Picobirnaviren zwar menschliche Zellen nicht direkt infizieren, aber nützliche Darmbakterien zerstören. Das Verschwinden dieser „guten“ Mikroben stört das Ökosystem des Darms, was dazu führen kann, dass sich schädliche Krankheitserreger ausbreiten und Bakterien Toxine freisetzen. Zudem können menschliche Darmzellen Viruspartikel aufnehmen, was Entzündungsreaktionen auslösen kann – auch ohne dass sich das Virus im menschlichen Gewebe selbst vermehrt.

Wang warnt jedoch davor, dass der Nachweis hoher Konzentrationen von Picobirnaviren bei Patienten mit diesen Erkrankungen noch nicht beweist, dass das Virus tatsächlich die Ursache der Krankheit ist. Selbst wenn es kein Krankheitserreger ist, könnte es als Biomarker dienen, der auf eine Störung im Darm hinweist. „Der erste Schritt, um zu verstehen, wie ein Virus die menschliche Gesundheit beeinflusst, besteht darin zu klären, was es eigentlich infiziert“, betont Wang. „Die Erkenntnis, dass Picobirnaviren Bakterien infizieren, lenkt unseren Blick auf das Mikrobiom. Dies eröffnet neue Möglichkeiten, um zu untersuchen, wie diese Viren bakterielle Gemeinschaften im Darm prägen und wie wir sie möglicherweise für gezielte Therapien nutzen könnten.“ (ac/BIERMANN)