Ein bisschen Erbgut in einer Fetthülle. Ist das Leben? Für viele Biolog:innen nicht, denn ohne Wirtszelle und deren Stoffwechsel können sich Viren nicht vermehren. Doch besitzen die infektiösen Partikel ein Hauptmerkmal der Lebewesen: Sie sind Meister der Evolution, regelrechte Anpassungskünstler.

Dies wird uns aktuell durch Sars-CoV-2 vor Augen geführt: Das neue Coronavirus ändert sich so schnell, dass unsere Immunabwehr nicht mithalten kann. Immer wieder wird sie von neuen Varianten teilweise ausgetrickst, und wir werden aufs Neue angesteckt.

«Jede Infektion ist ein Wechselspiel zwischen Wirt und Pathogen», sagt Beatrice Lüthi. Sie ist Infektiologin und Hausärztin. Vor der Coronapandemie war das Wartezimmer ihrer Praxis in Solothurn zu dieser Jahreszeit voller Patient:innen mit Erkältung oder Grippe. Und jetzt natürlich mit Coronaerkrankten. Was diesbezüglich noch alles auf uns zukommt, weiss niemand genau, und das Wettrüsten unseres Immunsystems gegen das neuartige Virus hält uns auf Trab. Bisweilen bringen Viren tödliche Zerstörung. Aber sie hinterlassen auch Spuren, ohne die wir heute nicht wären, wer wir sind – dank einer Jahrmillionen alten Wechselbeziehung.

So verdanken wir den Viren beispielsweise Proteine, die in der Plazenta eine zentrale Rolle spielen. Sie werden in unserem Körper dank eines aus Viren stammenden Bauplans hergestellt. Die so entstandenen Syncytin-Proteine verknüpfen die Membranen von aneinander liegenden Zellen. Dadurch entsteht gewissermassen eine Barriere gegen aussen oder angrenzendes Gewebe. Forschende haben herausgefunden, dass diese dichten Zellverbindungen bei der Entwicklung des Fötus eine zentrale Rolle spielen: Einerseits müssen Nähr- und Abfallstoffe zwischen der Mutter und dem ungeborenen Kind kontrolliert durch diese Barrikade ausgetauscht werden können. Andererseits muss um jeden Preis verhindert werden, dass mütterliche Immunzellen ins Gewebe des Embryos eindringen können, weil dies eine verheerende Immunreaktion gegen das Kind auslösen würde. Während die Syncytine dem Virus ursprünglich halfen, mit der Wirtszelle zu verschmelzen und sie zu infizieren, übernehmen die Moleküle in unserem Körper heute eine neue Aufgabe.

Blinde Passagiere im Erbgut

Mittlerweile gehen Forschende davon aus, dass etwa acht Prozent des menschlichen Genoms Relikte von Viren sind. Oft sind es nur Bruchstücke viraler Gene, und solche kommen in allen Lebewesen vor. Auch wenn sie durch Mutationen ihre ursprüngliche Funktion verloren haben, bestimmen sie die Entwicklung des Wirts mit: Seine eigenen Gene können durch das Aufnehmen viraler Sequenzen zerstört, verändert oder aktiviert werden. Ein Viren-Gen-Schnipsel etwa, das ins Erbgut unserer Vorfahr:innen integriert wurde, führt dazu, dass im Speichel mehr vom Enzym Amylase abgesondert wird. Amylase zerlegt Stärke, einen wichtigen Reservestoff in Getreide oder Kartoffeln. Dass Amylase plötzlich verstärkt gebildet wurde, assoziieren Evolutionsbiolog:innen mit veränderten Nahrungsgewohnheiten, die später die Entstehung der Landwirtschaft begünstigt haben könnten.

Haben wir die Entwicklung des Ackerbaus also womöglich den Viren zu verdanken? Solche Evolutionstheorien sind nicht abschliessend zu belegen. Aber wie gelangte Viren-DNA überhaupt in unser Erbgut? Zu einem grossen Teil muss dies durch die Virenfamilie der Retroviren passiert sein. Das Erbgut dieser Viren liegt als Ribonukleinsäure (RNA) vor. Nachdem sie eine Wirtszelle infiziert haben, wird diese RNA durch ein mitgebrachtes Enzym in DNA übersetzt und verdoppelt. So liegt das Virenerbgut plötzlich in der gleichen Form vor wie das des Wirts. Mit einem weiteren Enzym wird nun die Wirts-DNA getrennt und das Virenerbgut an der Schnittstelle eingefügt. Dieser Vorgang hinterlässt bestimmte Sequenzen, anhand deren die viralen Überreste manchmal selbst nach Jahrmillionen noch erkannt werden können.

Für den Organismus schädliche Überbleibsel von Retroviren werden im Lauf der Jahrhunderte durch die Evolution ausselektioniert. Auf kurze Sicht können sie aber verheerend sein. So wurde bei der Entdeckung der Retroviren das erste Virus gefunden, das Krebs auslösen kann. Nur wusste das damals niemand, und Elektronenmikroskope, mit denen die winzigen Partikel hätten sichtbar gemacht werden können, gab es damals noch nicht.

Es war im Jahr 1911, als der Pathologe Peyton Rous gesunden Hühnern einen «infektiösen Schleim» aus Hühnertumoren in den Muskel spritzte. Dabei stellte er fest, dass an der Einstichstelle neue Tumore entstanden. Den Schleim hatte er vorher durch ein sehr feines Sieb gefiltert. Es war also klar, dass nicht Tumorzellen oder Bakterien in der injizierten Flüssigkeit das Geschwür auslösen konnten, sondern dass da noch etwas anderes im Extrakt mitschwimmen musste.

Einige Jahrzehnte später war klar, dass es sich dabei um Retroviren gehandelt hatte – und für Rous gabs den Nobelpreis: Er hatte mit seinem Versuch das erste Onkogen gefunden, das nach einem viralen Infekt in die Wirtszellen eingebaut wird und diese zu Tumorzellen mutieren lässt.

Die Vermehrung blockieren

«Nur wenige der Viren, die menschliche Zellen befallen, sind Retroviren, die sich in unser Erbgut einschleusen», sagt Beatrice Lüthi. Ein prominenter Vertreter dieser eigentlich seltenen Gruppe ist das HI-Virus (HIV), der Erreger von Aids. Lüthi hat sowohl in Südafrika als auch in der Schweiz HIV-Betroffene behandelt. Viele Menschen mit frischer HIV-Infektion seien krank aufgrund einer ersten Abwehrreaktion des Körpers inklusive Entzündung. Danach befallen die Viren Zellen des Immunsystems. «Weil sie sich dort eher langsam vermehren, kann man dann mit Medikamenten effizient eingreifen.» Mit sogenannten Virostatika nämlich, die die Vermehrung der Viren und deren Integration ins Wirtsgenom blockieren. Bei vielen behandelten HIV-Patient:innen, die auf die Therapie ansprechen, sind somit keine infektiösen Partikel im Blut mehr feststellbar. Doch sogar wenn HI-Viren noch aktiv sind und bereits in die Wirts-DNA integriert wurden: Vererbt werden sie nicht. Das Virus befällt zwar Immunzellen, nicht aber Eizellen oder Spermien.

Seit Beginn der Coronapandemie hoffte man, mit Medikamenten, die ähnlich funktionieren sollten, die Vermehrung von Sars-CoV-2 zu stoppen. Paxlovid ist ein solches Medikament, es wurde Anfang Jahr von der EU zugelassen. Ärzt:innen befürchten aber, dass das Virus den Wettstreit gegen die Medizin in vielen Fällen gewinnen wird, denn das Zeitfenster für eine erfolgreiche Behandlung ist kurz: Zum Zeitpunkt einer gesicherten Diagnose könnte sich Sars-CoV-2 im Körper bereits so stark vermehrt haben, dass ein Vermehrungsblocker schlicht nichts mehr bringt.

Tatsächlich werden die wenigsten akuten viralen Infekte mit Virostatika behandelt. Bekämpft werden meist nur Symptome: «Bei eher milden Infekten, wovon wir in der Schweiz viele haben, geben wir den Patient:innen Schmerzmittel und, wenn nötig, etwas Fiebersenkendes», sagt Lüthi. Sie spricht vor allem von respiratorischen Infekten der oberen Atemwege, typischen Erkältungen also. Häufig ist unklar, welche Viren diese milden Infekte auslösen.

Bei chronischen Entzündungen wie einer HIV-Infektion oder bei Hepatitis B hingegen kommen die Virenhemmer zum Zug. Gewissen Leuten verschreibt Lüthi sie auch mal prophylaktisch: «Zum Beispiel, wenn jemand immer wieder Herpesausbrüche hat.» So zielt auch die Anwendung von Paxlovid bei Covid-19 in diese Richtung: Leute mit hohem Risiko für einen schweren Verlauf könnten es nach einer möglichen Ansteckung prophylaktisch frühzeitig einnehmen.

Wenn das Virus gewinnt

Wenn das Virus nicht von einem Medikament oder dem körpereigenen Immunsystem gestoppt werden kann, entwickeln sich unterschiedlichste Erkrankungen. Bei schweren Verläufen mit Sars-CoV-2 sind vor allem die Lungenschäden bekannt, höchstwahrscheinlich bedingt durch eine überschiessende Immunreaktion als Antwort auf das unbekannte Virus. Umgekehrt wird das Immunsystem bei Aidskranken immer schwächer, weil die HI-Viren Immunzellen befallen und diese abtöten. Im fortgeschrittenen Stadium einer Aidserkrankung können deshalb simple Infektionen lebensbedrohlich werden oder Tumore entstehen.

Welche Symptome ein viraler Infekt auslöst, hängt davon ab, welcher Zelltyp infiziert wird, ob dieses Gewebe geschädigt wird und wie das Immunsystem auf den Eindringling reagiert. Die Folgen werden manchmal erst Monate oder gar Jahre nach dem eigentlichen Infekt sichtbar – wenn das Virus gar nicht mehr im Körper zirkuliert. Autoimmunerkrankungen zum Beispiel, also Entzündungsreaktionen gegen den eigenen Körper, werden mit vergangenen viralen Infekten in Verbindung gebracht.

Warum genau sich das Immunsystem selbst attackiert, ist nicht vollständig geklärt. Eine These ist, dass die Oberflächenstrukturen der Erreger Molekülen in unserem Körper ähneln. Wenn das Immunsystem nun Antikörper gegen den Eindringling bildet, könnten diese nach erfolgreicher Bekämpfung des Virus weiterhin gegen die zu ähnlichen Körperzellen aktiv sein. Anfang des Jahres haben neue Forschungsergebnisse den Verdacht erhärtet, dass Menschen mit schwerer Epstein-Barr-Virus-Infektion ein erhöhtes Risiko für Multiple Sklerose haben. Doch ist das Virus auch der Auslöser?

«Häufig ist es extrem schwierig, einen direkten Zusammenhang herzustellen zwischen einem Infekt und dem, was viel später kommt», sagt auch Beatrice Lüthi. So frage sie sich oft bei Patient:innen mit Arthritis, ob deren Gelenkentzündungen mit einem vergangenen schweren Infekt zu tun haben. Meist wisse sie keine abschliessende Antwort. «Ich hatte vor kurzem eine Reiserückkehrerin aus Brasilien, die über Monate Gelenkbeschwerden hatte», erzählt Lüthi. Als Auslöser vermutete sie eine vergangene Infektion mit dem Chikungunya-Virus. Dieses Virus breitet sich in Lateinamerika, Asien, Afrika und zunehmend über den ganzen Globus aus und verursacht grösstenteils eine relativ milde Fiebererkrankung – und eben Gelenkschmerzen. «Es ist auch möglich, dass nach dem Infekt kleine Partikel der Viren in den Gelenken übrig geblieben sind und dass diese dann die chronischen Immunreaktionen ausgelöst haben», sagt Lüthi. Die Suche nach der exakten Ursache der Krankheit bleibt ein Rätsel.

Anders zum Beispiel bei Gebärmutterhalskrebs, dem dritthäufigsten Krebs bei Frauen. Hier ist in den meisten Fällen klar, dass das humane Papillomavirus die Krankheit auslöst. Übertragen durch Geschlechtsverkehr, kann das Virus in infizierten Zellen unkontrolliertes Wachstum auslösen, woraus nach Jahren ein bösartiger Tumor entstehen kann. Auch für diese Entdeckung eines Virus als Auslöser für Krebs gab es einen Nobelpreis, und sie führte dazu, dass man eine Impfung gegen das Krebsleiden entwickeln konnte.

Viren als medizinische Taxis

Doch Viren lösen nicht nur Krankheiten aus. Heute versucht man auch, Krankheiten mithilfe von Viren zu bekämpfen. Mit der sogenannten somatischen Gentherapie etwa sollen Viren synthetisch hergestellte, gesunde Gene in kranke Zellen schleusen. Theoretisch eine gute Idee, hat es bei Versuchen mit solchen «Gentaxis» in der Klinik aber herbe Rückschläge gegeben. 1999 starb ein Teenager an einer überschiessenden Immunreaktion auf eine Gentherapie, was zum Stopp aller damaligen Versuche in den USA führte. Etwa zeitgleich hatten in Frankreich Kinder nach einer Gentherapie Blutkrebs entwickelt, weil die genetisch veränderten Zellen sich unkontrolliert vermehrt hatten.

Inzwischen wurden solche Behandlungen zwar optimiert und sicherer gemacht, aber immer noch sind weltweit erst wenige Gentherapien zugelassen – meist für die Behandlung seltener Krankheiten, die durch ein einziges fehlerhaftes Gen ausgelöst werden. Mindestens ein grosses ethisches Fragezeichen bleibt aber: Gentherapien sind exorbitant teuer. So kostet ein in der EU 2020 zugelassenes Mittel von Novartis 2,1 Millionen Franken, mehr als jedes andere Medikament.

Statt kranke Zellen mithilfe von Viren zu flicken, sollen Viren in einem anderen medizinischen Ansatz Krebszellen infizieren und abtöten. Auch bei diesen «onkolytischen Viren» sind bereits einige Arzneimittel zugelassen, etwa für die Behandlung von schwarzem Hautkrebs und Tumoren an Hals und Kopf. Es bleibt aber eine Herausforderung: Die Viren müssen einerseits sehr aggressiv und spezifisch sein, um die Krebszellen – und nur diese – abtöten zu können, dürfen andererseits aber keine überschiessende Immunreaktion auslösen.

Mit dem Erreger im Gleichgewicht

Denn das wichtigste Element im Kräftemessen mit Viren bleibt unser körpereigenes Immunsystem, das uns gegen Attacken von aussen schützt. Zum Teil sogar zu stark: Ein regelrechter Entzündungssturm kann dann lebensgefährlich werden, wie das auch bei schweren Covid-Verläufen beobachtet wird. Doch nach einem teilweise jahrhundertelangen Wechselspiel pendelt sich unsere Körperabwehr in einem Gleichgewicht mit dem Erreger ein: Das Virus zirkuliert, aber die Betroffenen werden nicht stark krank. «Eigentlich ist es nicht im Interesse des Virus, möglichst grosse Schäden anzurichten, sondern sich möglichst schnell verbreiten zu können», sagt Beatrice Lüthi.

Wenn sich also ein Erreger mit schweren Symptomen in der Bevölkerung ausbreitet, deutet das darauf hin, dass er erst kürzlich auf den Menschen übertragen wurde. Während der Ursprung von Sars-CoV-2 noch nicht restlos geklärt ist, weiss man etwa beim Ebolavirus, dass es durch Fledertiere, denen das Virus wenig ausmacht, auf den Menschen übertragen wird. Erst dort richtet es tödliche Verwüstung an. Aber nicht nur: Bei einem Ebolaausbruch im Kongo kamen auch mehrere Tausend Gorillas ums Leben. So scheinen Primat:innen generell keine natürlichen Wirte des Ebolavirus zu sein: Ihnen fehlt die durch die Evolution erworbene Fähigkeit, mit diesem Erreger zu koexistieren.

Influenzaviren hingegen sei unser Körper möglicherweise schon seit Jahrhunderten ausgesetzt, sagt Lüthi. Entsprechend habe eine gewisse Anpassung stattgefunden. Die saisonal zirkulierenden Grippeviren sind trotzdem problematisch: Sie verändern sich derart schnell, dass unser Immunsystem mit den neuen Typen – trotz Vortraining – oft überfordert ist. Deshalb wird die Grippeimpfung jährlich an die neusten Varianten angepasst. Da es seit der Coronapandemie so wenig Grippefälle gab, war zuletzt tatsächlich unklar, wie und an welche Variante man den Grippeimpfstoff aktualisieren sollte.

Prognosen bleiben ungewiss

Wie sich unser Zusammenleben mit Sars-CoV-2 entwickeln wird, kann niemand genau sagen. Einige Wissenschaftler:innen glauben, dass das Virus im neuen Wirt Mensch tatsächlich bereits dabei ist, sich abzuschwächen. Darauf deutet die Omikronvariante hin, die zwar ein erhöhtes Ansteckungspotenzial aufweist, aber mildere Verläufe auslöst. Doch auch mit solch milderen Varianten glauben Immunolog:innen, dass wir vielleicht erst in ein paar Generationen am Ziel sind: dann, wenn die Menschen bereits im Kindheitsalter mehrmals mit dem Virus in Kontakt gekommen sind und sich über die Jahre eine gute Immunität aufbauen konnten. Ältere Leute müssten bis dann ihre Immunität mit Impfungen aufrechterhalten.

Andere Fachleute hingegen glauben, dass nochmals gefährlichere Varianten von Sars-CoV-2 entstehen können – aufgrund der schieren Anzahl an Infektionen durchaus vorstellbar. Virolog:innen wie Christian Drosten befürchten zusätzlich, dass es bei gleichzeitiger Infektion mit mehreren Virusvarianten zu sogenannten Rekombinationen kommen könnte: der Vermischung von Erbgut verschiedener Virusvarianten. Im schlechtesten Fall könnte so eine neue Variante mit der hohen Übertragbarkeit von Omikron und der hohen Sterblichkeit bei Delta entstehen und unser Immunsystem erneut auf eine harte Probe stellen. Bei der Wechselwirkung unseres Körpers mit dem neuen Coronavirus bleibt das Ziel so oder so das gleiche: ihn möglichst schnell gut in Schach zu halten, dass weder der Erreger noch unser Immunsystem zu grosses Chaos anrichtet.