Ein Stammbaum für die Virosphäre

Es gibt auf unserem Planeten weit mehr Viren als lebende Zellen – und nahezu täglich werden neue entdeckt. Doch erst jetzt haben Forscher ein Schema entwickelt, um die virale Vielfalt zu kategorisieren und einzuordnen. Diese neue Taxonomie der Virosphäre ermöglicht es erstmals, übergeordnete Beziehungen verschiedener Virenarten sichtbar zu machen – auch das neue Coronavirus SARS-CoV-2 hat dort schon seinen Platz.

Viren sind überall und in fast allem: Es gibt auf unserem Planeten kaum ein Lebewesen, das nicht von Viren besiedelt wird. Trotzdem liegt das wahre Ausmaß der viralen Vielfalt noch im Dunkeln. Forscher schätzen, dass man jedem Stern im Kosmos 100 Viren zuordnen könnte – bekannt ist von dieser enormen Menge – einer Zahl mit 30 Stellen – aber bisher erst ein winziger Bruchteil. Umso wichtiger wäre es, wenigstens die bekannten Viren in einem einheitlichen Schema oder Stammbaum zu erfassen.

Warum ein Stammbaum so schwierig ist

Doch bisher gibt es eine solchen Virenstammbaum nicht. Zwar bekommen Viren Artnamen und werden auch Gattungen und Familien zugeordnet. So gehört SARS-CoV-2 zur Gattung der Betacoronaviren und zur Familie der Coronaviren. Aber oberhalb der Familien-Ebene fehlte bislang eine einheitliche Struktur. Ob und wie die Coronaviren beispielsweise mit den Ebolaviren zusammenhängen, ist daher unklar.

Einer der Gründe dafür: Die Evolution der Viren verläuft nicht linear. Anders als zelluläre Lebewesen geben sie ihr Erbgut nicht nur über Vermehrung weiter, sondern tauschen Gene untereinander und mit ihren Wirten aus. So tragen auch wir Menschen von Viren geerbte DNA-Abschnitte im Erbgut. Umgekehrt finden sich bei Viren Sequenzen, die von Bakterien, Tieren oder Pflanzen stammen. Das macht es fast unmöglich, Verwandtschaften anhand von Genvergleichen zu rekonstruieren. Zudem mutieren Viren erheblich schneller als alle zellulären Organismen, was die Einordnung zusätzlich erschwert.

Zwei Schemata und viele Lücken

Und noch etwas kommt hinzu: Neben der jetzigen Einordnung der Viren nach Art, Gattung und Familie existiert ein weiteres Ordnungsschema, das die Viren allein nach der Art ihres Erbguts und ihrer Replikationsstrategie zusammenfasst. Diese Baltimore-Klassifikation teilt die bekannten Viren in sieben Gruppen ein, je nachdem, ob ihr Erbgut aus DNA oder RNA besteht, ob diese einzel- oder doppelsträngig ist und in welcher Richtung es abgelegen wird.

SARS-CoV-2 gehört demnach wie alle Coronaviren zur Gruppe IV, den RNA-Viren mit einem positiven Einzelstrang. Der gleichen Gruppe sind auch andere bekannte Krankheitserreger wie das Zika-Virus, das Dengue-Virus oder der FSME-Erreger zugeteilt – ob und wie diese Erreger aber mit den anderen Gruppenmitgliedern verwandt ist, bleibt in diesem Schema völlig offen. Bisher glichen die Bemühungen, eine einheitliche Viren-Taxonomie zu entwickeln, deshalb eher dem Versuch, ein Brombeergestrüpp zu ordnen.

Von der Art bis zur Domäne

Doch das hat sich nun geändert. Denn das International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV), das offiziell für die Viren-Klassifikation zuständige Gremium, hat nun erstmals ein einheitliches, 15-stufiges Schema entwickelt. Analog zur Taxonomie der Lebewesen ergänzen sie oberhalb der Eben der Familie nun die Kategorien Ordnung, Klasse, Stamm, Reich und Domäne mit jeweils noch einer Unterstufe. Gleichzeitig berücksichtigt es bei dieser Einteilung auch die Gruppen des Baltimore-Systems.

„Damit ist die Viren-Taxonomie nun erstmals in der Lage, Verwandtschaftsgruppen auf jeder Ebene der Viren-Diversität zu erfassen – von der engen Gruppierung der Art bis hin zur weiten Spanne des Reichs“, erklären Alexander Gorbalenya von der Universität Leiden und sein Kollegen vom ICTV.

SARS-CoV-2 macht den Anfang

Allerdings: Die eigentliche Arbeit beginnt jetzt erst. Denn nun gilt es, den neuen Virenstammbaum zu füllen. Die Virologen weltweit müssen nun überlegen, wie die verschiedenen bisher bekannten Virenfamilien in diesem Schema einzuordnen sind. Exemplarisch haben die Forscher des ICTV dies zunächst nur für drei bekannte Erreger vorexerziert – Ebola, SARS-CoV-2 und Herpes simplex.

So gehören demnach sowohl das neue Coronavirus als auch das Ebolavirus zur neu geschaffenen Domäne „Riboviria“. Sie umfasst alle RNA-Viren, die eine RNA-Polymerase kodieren und damit die Baltimore-Klassen III bis V, wie die Forscher erklären. Unterhalb dieser Stufe allerdings trennen sich die Wege von SARS-CoV-2 und Ebola. Das Ebolavirus gehört zur Ordnung der Mononegavirales, das Coronavirus dagegen zu den Nidovirales.

Abseits dieser Domäne steht dagegen das Herpesvirus, das als Erbgut eine doppelsträngige DNA besitzt. Selbst für diesen Erreger sind jedoch die höheren Einordnungen vorläufig. Es bleibt also noch einiges zu tun. (Nature Microbiology, 2020; doi: 10.1038/s41564-020-0709-x)

Quelle: Arizona State University