Als wäre nichts gewesen...

Ein Pflanzenvirus erwacht aus dem Winterschlaf

04.11.2014 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Viren sind wahre Überlebenskünstler. Forschen ist es kürzlich gelungen, einen 700 Jahre alten Pflanzenvirus zu reaktivieren. (Bildquelle: © iStock.com/ iStackphotons)
Viren sind wahre Überlebenskünstler. Forschen ist es kürzlich gelungen, einen 700 Jahre alten Pflanzenvirus zu reaktivieren. (Bildquelle: © iStock.com/ iStackphotons)

Forscher haben im 700 Jahre alten gefrorenen Karibudung die komplette (2.200 Basenpaare) ringförmige Erbsubstanz eines Pflanzenvirus entdeckt und diese wieder aktivieren können. Neben den niedrigen Temperaturen trugen Proteine, die das Genom umhüllen, dazu bei, dass der Virus bis heute infektiös geblieben ist.

Viren gelten als raffinierte und zum Teil gefährliche Verwandlungs- und Überlebenskünstler zugleich. Dies wurde im Rahmen einer aktuellen Studie abermals bestätigt, in der es Forschern gelungen ist, ein Pflanzenvirus aus rund 700 Jahre altem gefrorenem Karibukot zu reaktivieren und mit Replikas des Virus Tabakpflanzen (Nicotiana benthamiana) zu infizieren.

Nukleinsäure mit heutigen Viren verwandt

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Im gefrorenen Karibukot fanden Forscher in Nordkanada die DNA und RNA zweier Viren. Sie vermuten, dass der nordamerikanische Verwandte des Ren diese über die Nahrung aufgenommen hat.

Im gefrorenen Karibukot fanden Forscher in Nordkanada die DNA und RNA zweier Viren. Sie vermuten, dass der nordamerikanische Verwandte des Ren diese über die Nahrung aufgenommen hat.

Bildquelle: © Wikiagk/ wikimedia.org/ CC0

Bei der Untersuchung von gefrorenen Kotproben des Karibu-Hirsches, einer nordamerikanischen Rentierart, entdeckten Forscher die Nukleinsäuren zweier Virenarten. Dabei handelte es sich um die DNA eines Pflanzenvirus und die RNA eines Virus, das hauptsächlich Insekten befällt. Der Abgleich der Nukleinsäuren mit in Viren-Gen-Datenbanken gelagerten DNA-Sequenzen ergab, dass der Pflanzenvirus entfernte Verwandte unter den heute bekannten Viren besitzt. Es handelt sich dabei um die Familie der Geminiviren, die von Insekten übertragen werden und verschiedene Pflanzenarten befallen. Die Unterschiede gegenüber heute bekannten Viren waren insgesamt jedoch so groß, dass es nicht möglich war, das gefundene Genom taxonomisch näher zu bestimmen.

Das Virus ist nach 700 Jahren immer noch infektiös

Um herauszufinden, ob das Erbgut des Virus nach wie vor in der Lage ist, sich zu verbreiten, vermehrten die Forscher die DNA und transferierten diese in einen Vektor. Mit diesen geklonten Virenstämmen infizierten die Forscher Tabakpflanzen. Obwohl die Infektion keine sichtbaren Krankheitssymptome zur Folge hatte, fanden die Forscher die DNA des Virus in neu gebildeten Blättern wieder. Damit war bewiesen, dass das Virus nach wie vor in der Lage ist, sich unter den richtigen Rahmenbedingungen zu vermehren und zu verbreiten. Den Forschern gelang es, die Ergebnisse eines DNA-Vergleichs zwischen über Jahrhunderte konservierten und heute in der Natur vorkommenden Genomen auf direktem funktionalem Weg nachzuweisen und zu bestätigen. Sie konnten die Wirkungsweise und Funktion am lebenden Objekt, einer Tabakpflanze, belegen. Dabei fanden sie heraus, dass sich das Virus auf ähnliche Weise vermehrt und ausbreitet wie heute bekannte Viren.

Kälte und Proteine schützen Viren vor Zerfall

Dass Kälte ein geeignetes Mittel ist, um nicht nur lebendes und organisches Material, sondern auch Viren zu konservieren und vor Zerfall zu schützen ist bekannt und wird vielfach angewendet. Der Fachbegriff für dieses Verfahren lautet Kryokonservierung. Eine weitere Erklärung für den intakten Zustand der Viren könnten, so die Forscher, Strukturproteine (Kapsomere) sein, die eine Virushülle (Kapsid) bilden und das Virengenom vollständig umhüllen, stabilisieren und vor Zerfall schützen.

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Das Kapsid besteht aus vielen Strukturproteinen (Kapsomeren), die eine komplexe Virenhülle bilden und das Virengenom schützen und stabilisieren.

Das Kapsid besteht aus vielen Strukturproteinen (Kapsomeren), die eine komplexe Virenhülle bilden und das Virengenom schützen und stabilisieren.

Bildquelle: © Gleiberg/ wikimedia.org/ CC BY-SA 2.0 DE

Obwohl Viren eine DNA besitzen, sich vermehren und verbreiten, bezeichnen Virologen sie nicht als Lebewesen, sondern als infektiöse Partikel. Da sie keinen eigenen Stoffwechsel besitzen, sind sie stets auf Wirtszellen angewiesen, deren Energiezufuhr sie anzapfen. Im Grunde handelt es sich bei Viren um einen DNA- oder RNA-Strang, der darauf programmiert ist, sich innerhalb einer fremden Zelle (intrazellulär) zu vermehren und außerhalb einer Zelle (extrazellulär) zu verbreiten.

Beeinflusst der Klimawandel die Diversität der Viren?

Die Forscher plädieren dafür, das ewige Eis als eine archäologische Fundgrube für Viren zu betrachten und stärker in den Blick zu nehmen. Dass keine näheren Verwandten der beiden Viren bekannt sind, liegt auch daran, dass bisher nur wenig über Viren aus der Subarktis-Region dokumentiert ist. Dementsprechend stehen in den Gen-Datenbanken keine Sequenzen zum Abgleich zur Verfügung, anhand derer man Ähnlichkeiten und Verwandtschaften bestimmen könnte. Auch die Frage, wie sich das Virus im Laufe der Zeit entwickelt haben könnte, kann deshalb noch nicht beantwortet werden.

Die Forscher verweisen in diesem Zusammenhang auch auf einen möglichen mit dem Klimawandel einhergehenden Effekt. Dieser kann dazu führen, dass in einigen nördlichen Regionen der Erde die Temperaturen steigen und das Eis zurückgeht. Seit langer Zeit gefrorene Erdschichten tauen auf und Pathogene wie z.B. Viren würden quasi wiedergeboren und in heutige Ökosysteme gelangen. Die Folgen auf die Umwelt, die Menschen, Pflanzen und Tiere wie auch die Diversität der Viren selbst sind aus Sicht der Forscher noch nicht abzusehen. Das ausgehende Risiko stufen die Forscher als gering ein. Die heute vorkommenden Pathogene sind auf die aktuellen Lebensbedingungen hin optimierte Systeme. Dass sie aus alter Erbsubstanz einen zusätzlichen Vorteil ziehen können, bleibt zumindest ein theoretisches Risiko, dessen man gewahr sein sollte. Mit der nun vorliegende Studie gilt zumindest als gesichert, das Viren bzw. Viren-DNA oder RNA auch nach langer Zeit infektiös bleiben kann.

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