Wolfgang Klemmstein

Der unsichtbare Dritte

Wolfgang Klemmstein

Symbiontische Beziehungen von Viren beschreiben

Viren stellen nicht immer eine Gefahr für Mensch, Tier oder Pflanze dar. Zunehmend entdeckt die Forschung neutrale oder mutualistisch symbionte Beziehungen zwischen Viren und ihren Wirtsorganismen. Ein Beispiel sind Polydnaviren, die mit zwei Familien parasitischer Wespen eine enge Symbiose bilden. Dafür haben sie ihre Selbstständigkeit komplett aufgegeben.

Parasitische Wespen aus der Überfamilie der Schlupfwespenartigen (Ichneumonoidea) legen ihre Eier mit einem langen Legestachel meist in den Körper der Raupen oder Puppen von Schmetterlingen. In ihrem Wirt durchlaufen die Wespen ihre Larvenstadien und graben sich zur Verpuppung an die Oberfläche.
Doch bei dieser parasitischen Lebensweise gibt es eine schwere Hürde die Immunreaktion des Wirts, durch die ein Wespenei eingekapselt wird und abstirbt. Die Immunzellen des Wirts erkennen an den Oberflächenmerkmalen die Art der Infektion und setzen die Immunreaktion in Gang. Dazu gehört eine Phagozytosereaktion, die Produktion antimikrobieller Peptide, die Aktivierung der Phenoloxidase über eine Kaskade von Reaktionen, bei denen zytotoxische Moleküle entstehen und letztlich Melanin zur Verklumpung. Zentral ist die Einkapselung der Eizelle durch die Hämozyten des Wirts. Um die Immunreaktion des Wirts zu unterlaufen, besitzen die Eier Oberflächenstrukturen, die schwer erkannt werden können. Zudem injiziert die Wespe, zusammen mit ihrem Ei, ein giftig wirkendes Sekret und Viren (Abb.1 ).
Innerhalb der ersten Stunden infizieren die Polydnaviren (PDV) für die Immunantwort zentrale Zelltypen wie Hämozyten, Fettzellen und Nervenzellen. Zusammen mit den Proteinen im Wespengenom verhindern die gebildeten Virenproteine die Ausbildung der Immunreaktion. Die Funktion der Hämozyten wird inaktiviert, die Einkapselung unterbleibt, die Aktivierung der Phenoloxidase entfällt und damit die Melaninproduktion. Neben der Immunsuppression beeinflussen die PDV später auch Wachstum und Entwicklung des Wirts. Sie wirken auf den Stoffwechsel und erhöhen beispielsweise den Juvenilhormon-Spiegel, was das Larvenstadium des Wirts verlängert. Die Entwicklungen von Parasit und Wirt werden synchronisiert.
Polydnaviren wurden bisher in zwei Familien parasitischer Wespen gefunden, den Schlupfwespen (Ichneumonidae) und den Brackwespen (Braconidae). In beiden Fällen bilden die PDV eine enge Symbiose mit ihrem Wirt, was zur Einordnung in die zwei Virenfamilien Ichnoviridae und Bracoviridae geführt hat. Polydnaviren sind dsDNA-Viren (Klassifikation: Gruppe I). Ihr Genom besteht also aus doppelsträngiger DNA, die bei beiden Familien als Provirus in das Genom ihres Wirts integriert ist. Es befindet sich in allen Körperzellen einer parasitischen Wespe (♂ und ♀) und wird von Generation zu Generation vertikal weitergegeben. Durch Gensequenzierung wurde festgestellt, dass die Gene, die zur Vervielfältigung der Virengene nötig sind, im Wirtsgenom an verschiedenen Stellen verteilt sind. Im Wespengenom werden die Virengene nicht mehr zur eigenständigen Vermehrung exprimiert. Polydnaviren sind ein Beispiel für die Endogenisierung von Viren, auf der eine für beide Seiten überlebenswichtige Symbiose gründet.
Nur bei Weibchen, nur im Epithel der Ovarien (Eierstöcke) und dort nur in spezialisierten sog. Calyx-Zellen werden noch Virionen gebildet. In ein Kapsid werden mehrere unterschiedlich große, ringförmige DNA-Stücke verpackt, was zu dem Namen Polydnaviren geführt hat. Die Virionen enthalten allerdings keine Gene zur Selbstreplikation des Virus. Der Inhalt sind hauptsächlich Virulenzgene gegen die Immunreaktion des Wirts, die aus dem Wespengenom stammen. Virionen sind keine Verbreitungsform des Virus mehr. In einer parasitierten Schmetterlingsraupe findet also keine Virenvermehrung statt. Auch PDV sind darauf angewiesen, dass sich das abgelegte Ei, das auch die Virengene enthält, zu einem Imago entwickelt. Ein Virion...

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Fakten zum Artikel
aus: Unterricht Biologie Nr. 429 / 2017

Viren

Friedrich+ Kennzeichnung Unterricht (45-90 Min) Schuljahr 9-10