Steckbrief: Das Virom


Richard Neher
Biozentrum, Universität Basel


slides at neherlab.org/201902_mikroben_unter_uns.html

Viren als Krankheits-Erreger


Die spanische Grippe 1918

Grippe-pandemie in 2009 ("Schweinegrippe")

Grippe in Basel 2018/2019

Influenza virus

  • Oberflächenproteine Hämagglutinin (HA) und Neuraminidase (NA)
  • Influenza A Virus
    • verbreitet in Vögeln und Säugetieren
    • Viele Subtypen der Oberflächenproteine
    • H3N2, H1N1, H7N9, H5N1
    • H3N2, H1N1 zirkulieren im Menschen
  • Influenza B Virus
    • infiziert fast nur Menschen

Wöchentliche Grippe-Fallzahlen in den USA

Data by the US CDC

Masern-Fälle in den USA (Impfung seit 1963)

Vielfalt der Viren


Menschlicher Immunschwäche Virus (HIV) wikipedia

Influenzavirus wikipedia
Tabak-Mosaik Virus (Thomas Splettstoesser, wikipedia)

Bacteriophage (adenosine, wikipedia)
  • Ausserordentliche Vielfalt!
  • Die allermeisten Viren sind unbekannt!
  • Viren benötigen Wirtszellen zur Replikation
  • sind wenig mehr als Genom + Kapsid
  • ihr Genom ist 5-200Tsd Basen lang (+Ausnahmen)
  • Typischerweise 50-200nm gross
    (1/1000 Haaresbreite)
  • zahlenmäßig dominierenden Organismen $\sim 10^{31}$
  • wichtige Funktionen im globalen Ökosystem

Riesenviren: Mimi- und Megavirus

Megavirus wikipedia, Chantal Abergel
Mimivirus Kartenbeck, PLoS Pathogens
  • Fast so gross wie Bakterien
    (Mimiviren wurden anfangs für Bakterien gehalten)
  • Komplexe und grosse Genome (ca 1 Million Basen)
  • Wirt für Virophagen, d.h. es gibt Viren von Viren!

Viroide: kleinste infektiöse Partikel


Kartoffelspindelknollen-Viroid Jakub Friedl, wikipedia
  • Keine Hülle, keine Proteine, nur RNA
  • Verbreitung mechanisch und durch Insekten
  • Eine zirkuläre RNA von 359 basen (in etwa ein Tweet).
Symptome bei Tomaten

Alle Viren brauchen Wirts-Zellen zur Replikation

Wir erforschen wir das Virom?

Bakterielles Mikrobiom
  • Alle Zellen haben Ribosomen
    (Protein/RNA-Komplex der Proteine herstellt)
  • → universelles Marker-Gene (z.B. 16S RNA)
  • → hoch aufgelöste Stammbäume
Virom
  • Keine universellen Marker-Gene
  • Keine universelle Morphologie

Sequenz-Datenbanken statt Herbarien

>Virus_A_3223423
GGATAATTCTATTAACCATGAAGACTATCATTGCTTT...
>Virus_B_6546534
GGATAATTCTATTAACCATGAAGACTATTATTGCTTT...

Das Virom im Ozean: terra incognita

Das menschliche Virom

  • Pathogene Viren, die uns krank machen
  • Viren, die mit und in uns leben
  • Viren, die Bakterien, Pilze und Archaea
    (als Teil des Mikrobioms) infizieren
  • Reste von Viren in unserem Genom

Das Blut-Virom

  • Komplette DNA-Sequenzierung aus dem Blut gesunder Menschen
  • Viren, die menschliche Zellen infizieren
  • Viele verschiedene Herpes-Viren
  • Eppstein-Barr Virus
  • Cytomegalovirus
  • Pappilomavirus
  • etc...
The blood DNA virome in 8,000 humans , Moustafa et al, PLoS Pathogens

Das Darm-Virom

  • Komplette DNA-Sequenzierung aus dem Stuhl
  • Mehrheitlich Viren, die Bakterien infizieren
  • Die meisten Sequenzen sind völlig unbekannt!
  • Möglicherweise wichtig zur Regulation des Mikrobiom (kill-the-winner Hypothese)

Bacteriophage (adenosine, wikipedia)
De Paepe et al

Viren in unserem Genom

5-8% unseres Genoms sind endogene Retroviren
  • Viren wie z.B. HIV können in die Keimbahn gelangen
  • Ihr Genom wird dann vertikal vererbt
  • Meist ist diese DNA für nichts gut
  • Manchmal werden virale Proteine "kooptiert",
    d.h. für andere Zwecke verwendet.
Wichtige menschliche Gene haben viralen Ursprung
  • Syncytin: wichtiges Protein in der Plazenta
  • Arc: wichtige Funktion in Hirn und Gedächtnis
  • RAG1/2: Proteine um Antikörper zu bauen, Urspung in Transposons

Zusammenfassung

  • Viren infizieren jede Lebensform
  • Genau wie Bakterien, findet man sie fast immer und überall
  • Viren sind extrem divers -- und grösstenteils unerforscht
  • Viren haben wichtige Funktionen in Ökosystemen
  • Es gibt unglaublich viele Viruspartikel -- ca. 10 für jede Zelle auf der Erde
  • Viren haben unsere Evolution und unser Genom in entscheidender Weise geformt