Von Jörg Hacker

Modellfall H1N1: Am Beispiel des Schweinegrippe-Erregers zeigt sich, wie rasant die Evolution in der Welt der Mikroben abläuft - und wie schwer es ist, diesen Prozess aufzuhalten.

"Ich bin der schnelle schwarze Tod, ich überhol das schnelle Boot und auch den schnellen Reiter", so reimte man im Mittelalter, um die rasche Verbreitung von Infektionskrankheiten wie der Pest zu beschreiben.

Dennoch: Es dauerte im 14. Jahrhundert fünf Jahre, bis sich der "Schwarze Tod", wie die Pest damals genannt wurde, von der Krim über Marseille bis nach Skandinavien ausbreitete. Heute reisen Infektionserreger in weniger als einer Woche um den Erdball.

Zu studieren ist dies bei der jetzt grassierenden "Neuen Grippe H1N1", die im Frühjahr dieses Jahres in Mexiko und den USA auftauchte, am 24. April global bekannt wurde, am 27. April in Europa und am 29. April in Deutschland ankam. Fünf Tage statt fünf Jahre braucht heute eine Pandemie.

Aber nicht nur die Ausbreitung von Infektionen kann anhand der Neuen Grippe studiert werden. Sie stellt auch einen Modellfall für die evolutive Entwicklung von Krankheitserregern und deren Wirte dar - quasi "Evolution in nuce" und dies im Darwin-Jahr.

Die Darwinschen Prinzipien der Evolution - genetische Variabilität und darauf fußend Selektion und Ausbreitung, das "survival of the fittest" - gelten für die gesamte belebte Natur, selbstverständlich auch für Mikroben.

Die genetische Variabilität wird durch verschiedene Mechanismen wie Punktmutationen, Rekombination, Gentransfer und Genomreduktion sichergestellt. Die neuen Varianten sind dann in ihren Lebensräumen der Selektion unterworfen. Entscheidend ist letztlich, ob die Veränderung ihnen einen Vorteil bei der Ausbreitung bringt.

Ein interessantes, neues Beispiel für das Wirken der mikrobiellen Evolution sind die Infektionen, die durch das neue Influenzavirus H1N1 ausgelöst werden. Wichtig ist, dass im Fall von Infektionen immer zwei "Spieler" auftreten, der Infektionserreger und der Wirt, in diesem Fall das Neue Influenza-Virus H1N1 und der Mensch.

Stunden, Tage, Wochen

Das bewirkt eine enorme Beschleunigung der ansonsten trägen evolutionären Prozesse. Diese liefen und laufen zunächst langsam ab, die ersten Zellen sind wohl vor fast vier Milliarden Jahren entstanden. Der Mensch selbst ist ein echter "Newcomer" der Evolution, er erschien im Holozän, also vor etwa zwei Millionen Jahren - die Evolution braucht ihre Zeit, das wusste schon Darwin.

Aber dennoch - das was so langsam abläuft, die Entstehung und Anpassung neuer Arten und Formen, die der große Evolutionsbiologe Ernst Mayr als "Makroevolution" bezeichnete, hat seine Entsprechung in den schnellen Prozessen der "Mikroevolution", der Veränderung und Entwicklung von Organismen in extrem kurzen Zeiträumen - Stunden, Tagen, Wochen.

Die Veränderungen von Infektionserregern und ihren Wirten sind beispielgebende Vorgänge der Mikroevolution. Dies gilt auch und gerade für das aktuelle Geschehen der H1N1-Influenza-Welle.

Das ist kein Wunder, laufen doch die Prozesse in der Zelle, etwa die Verdopplung des genetischen Materials, der Nukleinsäuren DNS oder in Viren üblichen RNS, oder die Umsetzung der Erbinformation in Eiweißstrukturen in atemberaubenden Geschwindigkeiten ab - allein bei dem Umschreiben der DNS-Information in RNS sind 1400 Schritte in einer Sekunde zu beobachten - und das mit ungeheurer Präzision.

Aber die Natur macht Fehler - wenn man so will, sind diese Fehlerraten in die molekularen Lebensprozesse eingebaut, um Variabilität und damit Evolution möglich zu machen. So auch bei den Neuen H1N1-Varianten, deren Erbgut wie bei allen Influenza-Viren aus acht RNS-Segmenten besteht.

Gefährliche Mutationen

Diese "neuen" Viren haben sich bereits genetisch verändert, so unterscheidet sich das Oberflächenprotein Hämagglutinin (oder H1-Protein) des Erregers der Neuen Influenza stark vom H1-Protein der normalen saisonal wiederkehrende Grippeviren. Diese Mutationen haben eine große biologische Wirkung, im Falle des H1-Proteins führen sie zu einer Anpassung an den menschlichen Wirt.

Und weitere Mutationen können das Virus weiter verändern. So wird ein krankmachendes Eiweiß, PB1-E2, momentan von den H1N1-Viren nicht produziert, da es eine Mutation enthält, die zu einem Stopp seiner Produktion führt. Eine Rückmutation könnte nun aus dem "Stopp" ein "Go" machen, und das Virus hätte seine krankmachende Wirkung erhöht.