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Geographie verrät das Alter von Viren

Um den Ausbruch von Epidemien besser zu verstehen, sind Kenntnisse über die evolutionäre Entwicklung von Viren über Raum und Zeit zentral. Berner Populationsgenetiker konnten nun mit einer neuen Methode zeigen, wie sich das Alter und der Zeitraum der Ausbreitung von Viren viel zuverlässiger als bisher bestimmen lässt.

RNA Viren wie Influenza oder HIV sind die häufigsten Verursacher von Epidemien bei Menschen. In der Regel werden solche Krankheiten von einer Tierart, die dem Virus als Wirt dient, auf den Menschen übertragen. Die Ansteckungswege und genetischen Veränderungen im Virus während eines epidemischen Ausbruchs sind mittlerweile meist gut dokumentiert. Die genaue Herkunft und evolutionäre Vergangenheit solcher Viren vor ihrer Verbreitung in Menschen ist jedoch noch unklar.

Um den Ursprung von Epidemien besser zu verstehen, sind Informationen zum Alter einer Virusart und dem Zeitraum, über den sie sich in ihrer Wirtsart entwickelt, von grosser Bedeutung. Eine Studie der Berner Populationsgenetiker Moritz Saxenhofer und Gerald Heckel, die in der Zeitschrift «Proceedings of the Royal Society B» publiziert wird, zeigt, dass die Entstehungsgeschichte von zwei RNA Virusarten viel älter ist, als bisherige Schätzungen vermuten liessen.

Neuartige Methode

Sehr hohe Mutationsraten führen dazu, dass sich RNA Viren genetisch rasch verändern und anpassen können. Bei Epidemien kann anhand der Zahl genetischer Unterschiede zwischen Virusproben der Zeitpunkt der ersten Infektion geschätzt werden. Diese Methode wird auch verwendet, um das Entstehen einer Virusart in ihrem tierischen Wirt zu datieren. Weil RNA Viren keine fossilen Rückstände hinterlassen, bleiben Altersschätzungen mit dieser Methode meist sehr vage und stehen häufig auch im Widerspruch zu biogeographischen Gegebenheiten wie zum Beispiel einer Verbreitung über mehrere Kontinente.

Das Team um die Berner Forscher kombinierte nun für seine Berechnungen Informationen zur geographischen Herkunft von Virusproben mit genetischen Daten. Für die Studie wurden zwei Hantaviren untersucht. Manche Hantaviren lösen beim Menschen schwere Erkrankungen wie Lungenentzündung oder aktues Nierenversagen aus. Sie sind weltweit verbreitet und werden zum Beispiel durch den Kot oder Urin infizierter Mäuse oder Ratten, der als Staub eingeatmet wird, auf den Menschen übertragen. Die infizierten Nagetiere selbst zeigen keine Krankheitssymptome. 

Schon seit Jahrtausenden in Europa aktiv

Die Forschenden konnten für die beiden Hantaviren erstmals nachweisen, dass deren Verbreitung in europäischen Nagern bereits vor mindestens 3700, beziehungsweise 2500 Jahren stattgefunden hat. «Diese Viren sind somit zehn bis hundertmal älter als bisher angenommen», sagt Moritz Saxenhofer vom Institut für Ökologie und Evolution der Universität Bern. Die Ergebnisse zeigten zudem, dass die untersuchten Viren Europa früh kolonisierten und dort seither mehr oder weniger «stationär» blieben.

«Unsere Resultate zeigen auf überzeugende Weise, dass genetische Daten allein oft nicht ausreichen, um langfristige evolutionäre Prozesse in RNA Viren zuverlässig zu rekonstruieren» sagt Gerald Heckel. Die evolutionären Zeiträume vieler RNA Viren müssten überdacht werden. «Es ist entscheidend, die evolutionäre Vergangenheit von sich rasch entwickelnden Krankheitserregern zu kennen, um ihre Biologie zu verstehen und somit künftigen Epidemien vorbeugen oder sie bekämpfen zu können», sagt Heckel.

 

Angaben zur Publikation:

Saxenhofer M, Weber de Melo V, Ulrich RG, Heckel G. 2017 Revised time scales of RNA virus evolution based on spatial information. Proc. R. Soc. B 284: 20170857. 

 

16.08.2017