Anatomie eines Ausbruchs: Winzige Veränderungen im Chikungunya-Virus trennen den epidemischen afrikanischen Stamm und die zahmere asiatische Variante

Anatomie eines Ausbruchs: Winzige Veränderungen im Chikungunya-Virus trennen den epidemischen afrikanischen Stamm und die zahmere asiatische Variante
Anatomie eines Ausbruchs: Winzige Veränderungen im Chikungunya-Virus trennen den epidemischen afrikanischen Stamm und die zahmere asiatische Variante
Anonim

Was bewirkt, dass ein Virus plötzlich beginnt, eine große Anzahl von Menschen zu infizieren?

Wissenschaftler wissen seit langem, dass der Prozess, den sie "virale Emergenz" nennen, eine Vielzahl von Faktoren beinh altet. Einige sind Veränderungen in der Umwelt, die entweder durch natürliche Ursachen oder menschliche Aktivitäten verursacht werden. Andere sind intern und entstehen durch zufällige Veränderungen – Mutationen – im genetischen Code des Virus.

Das Studium solcher Mutationen in verschiedenen Stämmen des Chikungunya-Virus hat Forschern der University of Texas Medical Branch dabei geholfen, eines der rätselhaftesten Geheimnisse der Entstehung von Chikungunya in Asien zu lösen.Ihre Ergebnisse beschreiben sie in einem Artikel in den Proceedings of the National Academy of Sciences.

Chikungunya, das seinen Ursprung in Afrika hat, wird von Moskitos übertragen und verursacht eine äußerst schmerzhafte Arthritis, die Monate oder Jahre andauern kann. Dank einer am UTMB gemachten Entdeckung wissen Wissenschaftler, dass die schnelle Ausbreitung des Virus durch eine einzige Mutation in einem afrikanischen Stamm des Virus ausgelöst wurde.

Die Veränderung war so gering – eine einzelne Aminosäureänderung in einem der äußeren „Hüllen“-Proteine ​​des Virus – dass ein Forscher sie mit „einem einzelnen fehlenden Komma in einer sechsseitigen Kurzgeschichte“verglich. Aber diese sogenannte "E1-A226V-Mutation" ermöglichte es dem Virus, Aedes albopictus, eine fast weltweit vorkommende Mückenart, effizient zu infizieren.

Der mutierte Stamm des Virus nutzte seinen neuen Wirt voll aus und infizierte Millionen von Menschen, als er sich in Indien, Thailand und Malaysia ausbreitete. Es sprang sogar nach Norditalien, getragen von einem infizierten Reisenden, wo es sich in der lokalen Aedes-albopictus-Mückenpopulation festsetzte.

Der Erfolg dieser an Albopictus angepassten Sorte warf eine grundlegende Frage auf, denn dies war nicht Chikungunyas erster Besuch in Asien. Virenstämme, die von einer anderen Mückenart, Aedes aegypti, übertragen werden, haben dort seit fast sechs Jahrzehnten sporadische Ausbrüche verursacht. Wenn sich das Virus ständig veränderte und nur eine geringfügige Mutation erforderlich war, um das Virus von aegytpi auf albopictus umzustellen – einen weiter verbreiteten Vektor – warum war diese Mutation nicht bei den Stämmen aufgetreten, die vor 60 Jahren in Asien angekommen waren?

"Asien ist das Heimatgebiet von Aedes albopictus, aber wir können bis zur Ankunft dieses neuen Stammes keine Beweise für eine Chikungunya-Übertragung durch Albopictus finden", sagte Scott Weaver, Professor für Pathologie an der UTMB, leitender Autor des PNAS-Papiers. „Es war für uns überraschend, dass Stämme dieses anscheinend sehr anpassungsfähigen Virus 60 Jahre lang in Asien zirkulierten, ohne die Anpassung vorgenommen zu haben, die es ihnen ermöglichen würde, durch Albopictus übertragen zu werden."

Um herauszufinden, was los war, haben Weaver und seine Kollegen – Hauptautor und Postdoktorand Konstantin Tsetsarkin, Postdoktorand Rubing Chen, Forschungstechnikerin Grace Leal, Assistenzprofessorin Naomi Forrester, Professor Stephen Higgs und wissenschaftliche Mitarbeiterin Jing Huang - Experimente durchgeführt, die auf der Hypothese basierten, dass ein Teil des genetischen Codes der asiatischen Chikungunya-Stämme die Schlüsselmutation unterdrückte, wann immer sie auftrat, und sie so davon abhielt, Aedes albopictus zu infizieren.

Unter Verwendung von zwei verschiedenen asiatischen Stämmen, in die sie die E1-A226V-Mutation eingefügt haben, fügten sie systematisch zusätzliche genetische Teile des afrikanischen Stamms hinzu, gefolgt von spezifischen Mutationen, um zu bestimmen, welche mit E1-A226V interagierten. Dann testeten sie jede Änderung, um zu sehen, ob sie die Infektiosität von Aedes albopictus beeinflusste.

Letztendlich fanden sie heraus, dass ein einzelnes genetisches Element – ​​das auch eine Aminosäure in demselben durch die E1-A226V-Mutation veränderten Hüllprotein veränderte – die Fähigkeit der asiatischen Chikungunya-Stämme, Aedes albopictus zu infizieren, um das Hundertfache erhöhte.

"Diese alte asiatische Abstammungslinie benötigt eine zusätzliche Mutation, um sich an Aedes albopictus anzupassen, und wir glauben, dass dies Indien und Südostasien in den letzten 60 Jahren vor viel größeren Epidemien geschützt hat", sagte Weaver. „Aber einige afrikanische Stämme brauchten nur eine Mutation, um viel größere Ausbrüche auszulösen. Und jetzt scheint ein Stamm, der 2004 aus Afrika auftauchte, die alten asiatischen Stämme zu verdrängen, wo immer er hinkommt.“

Die Chikungunya-Geschichte, sagte Weaver, zeigt, wie kleine genetische Unterschiede zwischen Viren dramatische und unerwartete Auswirkungen auf ihre Fähigkeit haben können, menschliche Krankheiten zu verursachen. Diese Studie wird es den Forschern auch ermöglichen, das Ausmaß der Krankheit vorherzusagen, die Chikungunya verursachen kann, wenn es in Amerika endemisch wird.

"Wir können nicht wirklich vorhersagen, wann diese Viren plötzlich mutieren und von einem Wirt zum anderen wechseln werden. Wir können rückblickend herausfinden, wie es passiert ist, aber wir haben keine Ahnung, wie viele Beinaheunfälle passieren es gibt“, sagte Weaver."Dies war eine Gelegenheit, eine Situation zu verstehen, in der lange Zeit keine Epidemie für ein Virus in Asien auftrat, und wie es plötzlich passierte, als sich ein anderer Stamm aus Afrika löste und begann, sich auf der ganzen Welt auszubreiten."

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