Riesen unter den Riesenviren entdeckt

Goliaths der Virenwelt: In einem österreichischen Klärwerk haben Forscher eine neue, sehr ungewöhnliche Art von Riesenviren entdeckt. Denn diese Klosneuviren besitzen erstaunlich viele Gene für die Protein-Biosynthese – etwas, das bisher nur von echten Zellen bekannt war. Damit sind diese Riesenviren zellähnlicher als jedes andere bekannte Virus, wie die Forscher im Fachmagazin „Science“ berichten. Sie könnten zudem erklären, wie solche Riesenviren einst entstanden.

Viren bevölkern nahezu alle Organismen und Lebensräume der Erde – und das, obwohl sie bisher nicht einmal als vollwertige Lebewesen gelten. Denn für ihre Fortpflanzung sind sie auf die Zellmaschinerie und Gene ihrer Wirte angewiesen, ihnen selbst fehlt jegliche Ausstattung zur Protein-Biosynthese – so dachte man jedenfalls bisher.

Rätselhafte Riesen

Doch vor rund 15 Jahren entdeckten Forscher rätselhafte Riesenviren, die gängige Vorstellungen sprengten: Sie waren so groß wie kleine Bakterien und enthielten sehr viel mehr Erbgut als normalerweise bei Viren üblich. Seither wurden noch einige weitere Typen solcher Riesenviren entdeckt, meist als Parasiten in Amöben.

Die große Frage dabei: Wie sind diese rätselhaften Zwischenwesen aus Viren und Bakterien entstanden? Gingen sie aus zellulären Vorgängern hervor, die im Laufe der Zeit den größten Teil ihrer Zellmaschinerie wieder reduzierten? Oder entwickelten sich die Riesenviren aus normalen Viren, indem nach und nach Erbgut-Stücke aus ihren Wirten übernahmen und so ein immer umfangreiches Genom akquirierten?

Entdeckung im Klärwerk

Eine Antwort könnten neue, besonders ungewöhnliche Vertreter der Riesenviren liefern, die nun Frederik Schulz vom Joint Genome Institute in Kalifornien und seine Kollegen entdeckt haben. Fündig wurden die Forscher, als sie DNA-Analysen von Wasserproben aus einem Klärwerk im österreichischen Klosterneuburg durchführten.

In diesem Abwassertank im Klärwerk Klosterneuburg in Österreich wurden die neuen Riesenviren entdeckt © Marton Palatinszky

„Wir hatten eigentlich erwartet, Gensequenzen von nitrifizierenden Bakterien zu finden“, sagt Koautorin Tanja Woyke vom Joint Genome Institute. Stattdessen entpuppten sich die Gensequenzen als Erbgutstücke von drei bisher unbekannten, aber eng miteinander verwandten Riesenviren. „Das brachte unser Projekt in eine völlig unerwartete, aber sehr spannende Richtung“, so Woyke.

Zellähnlicher als jedes andere Virus

Die neuentdeckten Riesenviren – Klosneuviren getauft – sind in mehrfacher Hinsicht ungewöhnlich, wie weitere Analysen enthüllen. Ihre Wirtsorganismen sind nicht Amöben, wie bei allen anderen bisher bekannten Riesenviren der Fall. Stattdessen befallen die Klosneuviren vorwiegend Protisten – Wimperntierchen und andere einzellige eukaryotische Lebewesen.

Noch ungewöhnlicher aber ist das Genom der neuen Riesenviren: Es ist 1,54 Megabasen groß und enthält überraschend viele Gene für die Protein-Biosynthese. Eines der drei Viren kodierte die Bauanleitung für mehr als 20 verschiedenen Boten-RNAs und Enzyme zur Konstruktion von 19 verschiedenen Aminosäuren, wie die Forscher berichten. Alle besaßen weit mehr Gene für die Translation als jedes andere Virus.

„Angesichts der Tatsache, dass die Protein-Biosynthese eine der wichtigsten Merkmale zellulären Lebens ist, sind diese neuen Viren zellähnlicher als alle anderen bisher bekannten Viren“, konstatiert Koautor Eugene Koonin von den US National Institutes of Health in Bethesda.

So könnten die Klosneuviren ihre Genbausteine von ihren Wirten akquiriert haben. © AAAS

„Gendiebstahl“ von verschiedenen Wirten

Aber wie passen diese Riesenviren in den Stammbaum des Lebens? Und wie sind sie entstanden? Die Genanalysen enthüllten, dass die Translations-Gene der Klosneuviren denen verschiedener eukaryotischer Einzeller ähneln. Schulz und seine Kollegen schließen daraus, dass diese Viren nicht durch Reduktion eines ursprünglich zellulären Organismus entstanden, sondern durch „Gendiebstahl“ bei ihren Wirten.

„In unserem Szenario infizierte ein kleineres Virus mehrere eukaryotische Wirte und nahm im Laufe der Zeit verschiedene Gene ihrer Translations-Maschinerie auf“, erklärt Woyke. Die Vorfahren der heutigen Klosneuviren – möglicherweise eine Art der Mimiviren – akquirierten dadurch von verschiedenen Wirten immer mehr Gene für die Protein-Biosynthese.

„Die wahren Goliaths sind noch dort draußen“

„Diese Entdeckung gibt uns ganz neue Einblicke in die Viren-Evolution“, sagt Koonin. Der Virenforscher vermutet, dass weitere noch unbekannte Riesenviren existieren und auf ihre Entdeckung warten. „Ich bin mir ziemlich sicher, dass der aktuelle Rekord in der Genomgröße der Riesenviren gebrochen werden wird“, sagt er. „Wir werden bald die echten Goliaths der Riesenviren-Welt sehen.“ (Science, 2017; doi: 10.1126/science.aal4657)

(DOE/Joint Genome Institute, 07.04.2017 – NPO)