…eins Tages hatte die Natur es satt, ewig vielfältige komplexe Lebensformen zu ersinnen. Stattdessen erschuf sie minimalistische Kreaturen am Rand des Lebens: dazu packte sie eine Handvoll Gene in eine Schutzhülle, und es entstand das Virus.
Von Hans-Jörg Müllenmeister
…eins Tages hatte die Natur es satt, ewig vielfältige komplexe Lebensformen zu ersinnen. Stattdessen erschuf sie minimalistische Kreaturen am Rand des Lebens: dazu packte sie eine Handvoll Gene in eine Schutzhülle, und es entstand das Virus – so könnte ein Teil der simpel ausgedachten Schöpfungsgeschichte verlaufen sein. Genauer betrachtet, steckt in jedem Virus ein raffinierter Plan. Es ist spannend zu verfolgen, wie dieses Halbwesen seinen „Lebensplan“ als Parasit im Wirt konsequent umsetzt.
Submikroskopisch klein, indes groß in der Wirkung
Kaum zu glauben, kürzlich gelang es einigen Forschern ein einzelnes Viren-Nichts zu wiegen – natürlich nicht mit einer grobschlächtigen Goldwaage. Ihr Nano-Instrument zeigte zehn Femtogramm an! Das sind 10 hoch Minus 15 Gramm und entspricht dem Billionstel Teil eines Reiskorns: einem Gewichtsverhältnis von einem Lastwagen zum Planeten Pluto.
Wie groß sind Viren, etwa die vom Typ Adenovirus, Iridovirus oder Vaccinia? Ganze 80 bis 300 Millionstel Millimeter (Nanometer). Dagegen ist ein Bakterium ein Monsterwesen. Die Natur bewies selbst in der regelmäßigen Verpackung der Viren ihre mathematische Kunstfertigkeit. Häufig kommt die Ikosaeder-Struktur vor, also eine Körperhülle, gebildet aus zwanzig gleichseitigen Dreiecken. Übrigens, Viren sind nicht nur Bösewichte, entsprechend ihrer lateinischen Sprachwurzel Virus für Gift. In den Ozeanen wimmelt es vor „gutmütigen“ Viren. In keinem anderen Ökosystem tummeln sich mehr von ihnen, nämlich Myriaden in einem Milliliter Meerwasser. Vor allem im Hadopelagial, also in pechschwarzen Meerestiefen zwischen 6000 bis 11000 Metern beim tausendfachen Druck gegenüber dem Atmosphärendruck, sind Viren besonders dicht im Wasserkörper gepackt.
Viren − lebendige Tote mit unbändigem Vermehrungsdrang
Wie fragwürdig es ist, das Ende eines Lebens festzustellen, wissen wir spätestens nach der konstruierten Definition des Hirntods, um eine Organentnahme ethisch und moralisch zu rechtfertigen. Ein Kriterium für das Leben ist sein Stoffwechsel. Eine weitere Fähigkeit ist es, sich „ohne Fremdhilfe“ zu vermehren. Beides trifft für das Virus nicht zu, aber schauen wir uns mal nach einem Extrem im Tierreich um. Kennen Sie das tapsige nicht einmal ein Millimeter große Bärtierchen? Sobald das Minigeschöpf austrocknet, kappt es all seine Stoffwechselaktivitäten. Sein Wassergehalt nimmt bis auf wenige Prozent ab und der Mini-Zombie nimmt scheintot eine Tönnchenform an. Biologisch gesehen, wäre er wirklich tot. In dieser Gestalt kann der Überlebenskünstler lebensfeindlichen Bedingungen etwa zwanzig Jahre trotzen, nämlich einer hochenergetischen Strahlung, kurzzeitig hohe Temperaturen und lange niedrige Temperaturen nah am absoluten Nullpunkt. Kommt das „Tönnchen“ wieder mit Wasser in Berührung, verwandelt es sich innerhalb von Minuten in ein stoffwechselaktives Tierchen. Der Tod war nur ein vorübergehender! Das andere „Totschlag“-Argument: Keine autonome Reproduktion, trifft nur indirekt bei Viren zu; sie überlassen das mit viel Hinterlist und Tücke dem biochemischen Apparat ihrer Wirtszellen, denn sie selbst besitzen kein Zytoplasma und keine Ribosomen. Und gerade die Fähigkeit zur Mutation beherrschen Viren par excellence. Denken Sie nur an die raffinierte Wandlungsfähigkeit der Grippeviren. Das ist die Begründung für die alljährlich erneute Grippeimpfung, die den Pharmakraken frisches Geld in den Rachen spült.
Zell-Zombies
Auch unter den Zellen gibt es Zombies. Blutstammzellen verbringen im Knochenmark ihr gesamtes Leben in einem todesähnlichen Dauerschlaf. Doch von Nekrose keine Spur, sie leben sehr wohl! Geweckt werden sie erst durch Verletzung mit Blutverlust. Dann erst beginnen sie sich zu teilen, sich also zu vermehren. Der Scheintod ist fürwahr ein wichtiger Schutzmechanismus der Stammzellen: Sie bewahren so ihr Erbgut vor Genveränderungen, die sich vor allem während einer Zellteilung ereignen und entgehen auch der Attacke vieler Zellgifte, die nur auf sich teilende Zellen wirken. Selbst wenn mal die Natur die „Hände in den Schoß“ legt, hat sie dafür triftige, oft unverstandene Gründe.
Die Armee des Körpers, ein vielschichtiges Immunsystem
Jeder gewappnete „Zell-Krieger“ im Körper erfüllt eine bestimmte Aufgabe im Kampf gegen Viren-Eindringlinge: Das Knochenmark z.B. produziert laufend neue Zellen für die Immunabwehr, die in der Thymusdrüse geschult werden. Damit lernen die T-Lymphozyten zwischen körpereigenen und fremden Zellen zu unterscheiden. Sie können sich hier vermehren und weiter reifen. Nur wenn alle „Krieger“ des Immunsystems zusammenwirken, ist ein optimaler Schutz vor Viren möglich. Protagonisten der Immunabwehr sind: Haut, Schleimhäute der Atemwege, Darm, Knochenmark, Thymusdrüse, Milz, Lymph- und Blutbahnen. Eine überragende Rolle spielen vor allem die Lymphozyten, die weißen Blutkörperchen. Sie steuern das Immunsystem, koordinieren die Immunantwort und erinnern sich als einzige an eine alte Bekanntschaft mit einem bestimmten Virus-Erreger. Fragen Sie aber nicht nach dem „Gehirn“ der Lymphozyten.
Kurze Chronik der Viren-Schlacht im Körper
Dringen etwa Grippeviren in unsere Atemwege, treffen sie auf die ersten der Bürgerwehr unserer körpereigenen Trutzburg: Unzählige weiße Blutkörperchen – bekannt als Fresszellen − sind es, die ein Virus erspähen, einfangen und ihn zur Gänze auffressen. Stellen Sie sich vor, Ihnen wüchse nach einem üppigen Mal die Speisekarte aus dem Kopf. So ähnlich ergeht es den Fresszellen, denen auf ihrer Oberfläche − nachdem das Virus verdaut ist − der charakteristische Virus-Steckbrief als „Antigen“ hervortritt. Der ist so eindeutig wie ein Fingerabdruck. Und eine Helfer-T-Zelle erkennt das. Sie dockt über ein Gegenstück des Antigens an die Fresszelle an. Mehr noch, sie unterhält sich mit ihr und ruft andere T-Zellen zu Hilfe. Mit diesen „Hilferufen“ (Lockstoffen) startet eine wahre Kettenabwehrreaktion: Weitere Killer-T-Zellen spüren bereits infizierte Zellen auf und vernichten sie. Andere Helfer-T-Zellen trainieren die Artillerie der Immunabwehr, die B-Zellen. Ihre Geschosse sind passgenaue Antikörper. Über die Blutgefäße im ganzen Körper verteilt, bleiben sie an den Antigenen der Viren haften. Den zugeklebten Viren ist es so unmöglich, weitere Zellen zu infizieren. Das Kampfgetümmel würde selbst nach überstandener Virenattacke weiter wüten, gäbe es keine speziellen T-Zellen, die unsere Blutzellen moderieren. Nur einige wenige von ihnen bleiben alarmiert. Bei einem erneuten Angriff des gleichen Virustyps erinnern sich die Kriegsveteranen wieder an die wirksame Bekämpfung und die richtigen Waffen. Bei neuer Infektion wandeln sich diese Gedächtniszellen in Plasmazellen, die sofort Antikörper produzieren können. Bis hier her hat die Immunabwehr die Oberhand.
Ein Virus: mehr als nur ein Nano-„Kuckucksei“ in der Wirtszelle
Was passiert aber, wenn ein Virus ins Allerheiligste einer Wirtszelle eindringt und ihr seinen Vermehrungswillen aufzwingt? Will heißen: das Virus „gestaltet“ das Erbgut der Wirtszelle so um, dass sie viele weitere Virenklone zwangsproduziert. Warum sich diese impertinente Vermehrungsstrategie durchsetzte, das bleibt ein Geheimnis der Evolution. Denken Sie vergleichsweise an einen frechen Architekten, der eine fremde Villa abreißt und aus dem Abbruchmaterial für sich eine Vielzahl neuer Häuser nach seinem Gusto errichten lässt. Gewiss, einige magere Materialbestandteile − etwa den millionsten Teil − bringt das Virus selber mit, aber das meiste steuert die Wirtszelle aus ihrem Erbgut bei. Einfach und genial zugleich, denn das Virus-Erbgut enthält nur die Information für den Bauplan und die Vermehrung. Die Verpackung kann eine einfache Eiweißhülle sein. Diese dient lediglich dem Schutz des viralen Erbguts und ermöglicht dem Virus sich mit „Haken und Ösen“ an seine Wirtszelle anzuheften. Die Virenklone verlassen die Wirtszelle z.B. durch Ausschleusen (Exocytose) aus der Zelle oder durch Auflösen (Lysierung) der Membran der Wirtszelle. In beiden Fällen ist Polen offen, denn dann verbreitet sich die Vireninfektion im ganzen Körper. Das Immunsystem hätte die Schlacht verloren.
Das Immunabwehrsystem: Schachspiel eines Großmeisters
In Wirklichkeit ist die molekulare Kaskade, die das Immunsystem bei Virusattacken anwirft, sehr verwickelt. Betrachten wir nur den Moment etwas genauer, wenn ein Virus gerade eine Körperzelle befällt. Dann bietet der Körper diesem Treiben durch zelleigene Sensoren Einhalt, unter anderem durch den sogenannten intrazellulären Rezeptor RIG-I. Dieser erkennt das Virus-Erbgut, schüttet das Entzündungshormon Interferon aus und aktiviert damit Abwehrzellen zur Vernichtung der befallenen Zellen. Ob und wie viel Interferon das Immunsystem bildet, hängt wiederum von einem bestimmten Schlüssel-Protein ab. Sobald das RIG-I in Kontakt mit dem Virus-Erbgut kommt, produziert es einen Vorläufer des Botenstoffes Interleukin. Gleichzeitig wird ein Enzym aktiviert, das die Umwandlung in Interleukin-1 bewirkt. Die Wirkung dieses Hormons ist nicht nur lokal, sie bewirkt auch eine Fieberreaktion im gesamten Körper. So reagiert das Immunsystem Schlag auf Schlag.
Ja, auch sie gibt es, die heilenden Viren
Von den Millionen Virenarten sind uns überhaupt nur einige Promille bekannt. Wussten Sie, dass die Freßsucht bestimmter Viren, so genannte Bakteriophagen, das Billionenheer unserer Darmbakterien vor dem Ausufern bewahrt und dabei schädliche Bakterien zum Platzen bringt? Während Viren ihren großen Hunger an der bakterienreichen Schleimschicht (Mucine) der Darmwand stillen, profitieren wir von der gesunden Balance in der Darmflora − eine Art von Symbiose zwischen Phagen und Mensch. Jüngste Forschungen forderten schleimbildende Zellen mit E.coli-Bakterien heraus. Die Forscher stellten fest, dass Bakteriophagen E.coli-Bakterien im Schleim angriffen und töteten, also eine äußerst effektive antibakterielle Barriere bildeten. Damit schützen sie ihren Wirt vor Infektionen. Zurzeit werden Phagen therapeutisch zur Behandlung von Bakterieninfektionen eingesetzt, die auf konventionelle Antibiotika nicht ansprechen. Phagen sind tendenziell dort erfolgreicher als Antibiotika, wo ein Biofilm von einer Schleimschicht bedeckt ist, den Antibiotika nicht durchdringen können.
Wer hätte gedacht, dass Viren auch natürliche Gegenspieler der Bakterien sein können − als effizientes Therapeutikum. Immer mehr Bakterien sind ja unempfindlich gegen Antibiotika. Bei aller Ehrfurcht vor unserem Immunsystem, aber das Milliarden Jahre alte Imperium der Viren beschert uns aufs Neue großartige Überraschungen. Das Wissen über die „heilenden Phagen“ geriet in dem Maße in Vergessenheit, wie die Verschreibungssucht nach Antibiotika wuchs. Und bedenken Sie: All diese komplexen Einzelprozesse − die Schachzüge des Immunsystems – ereignen sich milliardenfach in Millisekunden. Hut ab vor der Evolution!
