Vogelgrippe fehlen zwei Mutationen zur Pandemie

Warum hat sich die Schweinegrippe zur Pandemie entwickelt, nicht aber die weitaus gefährlichere Vogelgrippe? Diese Frage war lange Zeit offen. Doch jetzt hat ein britisch-amerikanisches Forscherteam in der Fachzeitschrift „PLoS ONE“ geklärt, warum: Um sich ungehindert von Mensch zu Menschen ausbreiten zu können, fehlen den H5N1-Viren noch mindestens zwei genetische Mutationen – die obendrein auch noch gleichzeitig erfolgen müssen.

Der Influenza H5N1-Stamm kommt in Vogelpopulationen der ganzen Welt vor, kann aber gelegentlich auch auf Menschen überspringen, seit 2003 ist dies weltweit rund 400 Mal erfolgt. Eine Übertragung von Mensch zu Mensch – die Voraussetzung für eine Pandemie, wurde jedoch nicht nachgewiesen. Doch angesichts einer Mortalitätsrate von rund 60 Prozent beim Menschen herrschte und herrscht nach wie vor Besorgnis, dass der Virus mutieren könnte und den entscheidenden Schritt zur direkten Infektion schafft.

Schleimhautzellen als Schlüssel

Ein Schlüssel dafür sind die Schleimhautzellen unserer Atemwege. Zurzeit können H5-Viren nur einen der beiden Hauptzelltypen unserer Mund- und Nasenschleimhaut infizieren, die so genannten Zilien-tragenden Zellen des Flimmerepithels. Um jedoch von Mensch zu Mensch übertragbar zu werden, muss das Virus auch den zweiten Zelltyp, die Becherzellen befallen können. Diese Drüsenzellen produzieren Schleim und sorgen für die Befeuchtung der Atemluft – und damit produzieren sie auch die winzigen Tröpfchen in der Ausatemluft, die für die so genannte Tröpfcheninfektion verantwortlich sind.

Schleimhautzellen mit Zilien (links) und ohne (rechts mit nur kleinen Vorsprüngen) © Louisa Howard/gemeinfrei

Um eine Zelle zu infizieren, bindet das Oberflächenprotein Hämagglutinin (H) des Virus an Rezeptormoleküle auf der Oberfläche der Wirtszelle. Im Idealfall – für das Virus – passen beide wie Schlüssel und Schloss zusammen und der Erreger kann sich in die Zelle einschleusen. Doch ausgerechnet bei den Becherzellen klappt das nicht, das H5-Protein der Vogelgrippe passt nicht. Es müsste erst seine Struktur an entscheidenden Punkte ändern, um die Wirtszellen entern zu können.

Mutationen am H5-Protein ausgetestet

Welche Mutationen dafür genau nötig wären, das haben jetzt Wissenschaftler des Imperial College London, der Universität von Reading und der Universität von North Carolina in den USA herausgefunden. Sie nutzten ein realistisches Modell des Inneren der menschlichen Atemwege, um die Bindung von isoliertem und mit einem harmlosen Virus rekombinierten H5-Virenprotein an die Zellen zu untersuchen.

„Es wäre unmöglich gewesen, die Art der Forschung mit Mutationen am echten H5N1-Virus durchzuführen”, erklärt Professor Ian Jones, Leiter der Forschungsgruppe an der Universität von Reading. „Denn wir hätten durchaus genau den Stamm erzeugen können, den wir fürchten. Unser neue rekombinanter Ansatz erlaubte es uns die Frage der H5-Adaptation sicher anzugehen.“ Die Forscher führten jeweils unterschiedliche gentechnische Veränderungen am H5-Virenprotein durch, um dessen Form zu ändern. Anschließend testeten sie jeweils, ob das Virus die richtigen Atemwegszellen erkannte und infizieren konnte.

Hämagglutinin © CDDC/ National Center for Biotechology Information (NCBI)

Nur zwei Mutationen – aber diese gleichzeitig

Es zeigte sich, dass nur zwei Mutationen des H5-Proteins nötig wären, um die entscheidende Anpassung zu gewährleisten. Erst dann kann das Vogelgrippe-Virus die Becherzellen infizieren. Allerdings müssen diese Genveränderungen quasi gleichzeitig geschehen: Das ergaben Versuche mit Zwischenstadien, die nur die eine oder die andere Mutation besaßen. Diese Viren jedoch konnten menschliche Zellen überhaupt nicht infizieren und starben, bevor sie übertragen werden konnten.

Vogelgrippe-Pandemie weniger wahrscheinlich als gedacht…

Die Wissenschaftler halten auch in der nahen Zukunft eine solche zeitgleiche Doppelmutation für sehr unwahrscheinlich: „Unsere neuen Forschungen deuten darauf hin, dass es weniger wahrscheinlich ist als wir dachten, dass H5N1 eine Pandemie auslösen kann, weil es viel schwerer für es ist, die richtigen Zellen zu infizieren“, so Professor Wendy Barclay vom Imperial College London. „Die Chance, dass sich die Art von Doppelmutation ereignet, die hier gebraucht wird, ist extrem gering.“

…aber nicht unmöglich

Doch aus der Welt ist eine Vogelgrippe-Pandemie damit noch nicht, wie die Forscherin betont: „Allerdings mutieren Viren die ganze Zeit, daher sollten wir uns nicht in Sicherheit wiegen. Unsere Ergebnisse bedeuten nicht, dass eine solche Pandemie nie eintreten wird. Es ist daher wichtig, dass Forscher an Impfstoffen weiter arbeiten, damit die Menschen geschützt werden können, wenn ein solches Ereignis eintritt“, so Barclay. Die neuen Erkenntnisse könnten dazu beitragen, bessere und effektivere Impfstoffe herzustellen.

(Imperial College London, 20.11.2009 – NPO)