Kriegsführende Armeen wenden eine Vielzahl von Taktiken an, um die Oberhand zu gewinnen. Einer ihrer Tricks besteht darin, mit einer Lockvogeltruppe anzugreifen, die die Verteidiger besetzt, während eine unsichtbare Streitmacht einen separaten Angriff startet, den die Verteidiger nicht bemerken.
Eine Anfang dieses Monats in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlichte Studie deutet darauf hin, dass das Hepatitis-C-Virus (HCV) ähnliche Taktiken anwenden könnte, um die natürlichen Abwehrkräfte des Körpers abzulenken. Nach der Infektion von Patienten entwickelt Hepatitis C viele Varianten, darunter eine " altruistische" Gruppe von Viruspartikeln, die sich selbst zu opfern scheinen, um andere Mutanten vor dem körpereigenen Immunsystem zu schützen.
Die Ergebnisse, die von Forschern des Georgia Institute of Technology und der Centers for Disease Control and Prevention (CDC) gemeldet wurden, könnten bei der Entwicklung zukünftiger Impfstoffe und Behandlungen für das Virus helfen, von dem schätzungsweise 170 Millionen Menschen betroffen sind die Welt. Hepatitis C entwickelt sich langsam über viele Jahre und oft ohne Symptome und kann schwere Leberschäden und Krebs verursachen. Derzeit gibt es keine Impfstoffe gegen die Krankheit.
"Die Mitglieder der viralen Populationen bei Hepatitis C verh alten sich nicht wie separate Einheiten; die verschiedenen Varianten arbeiten fast wie ein Team zusammen", sagte Leonid Bunimovich, Regent's Professor an der Georgia Tech School of Mathematics. „Es gibt eine klare Trennung der Verantwortlichkeiten, einschließlich Varianten, die wir ‚ altruistisch‘nennen, weil sie sich für das Wohl der gesamten Viruspopulation opfern. Diese Varianten scheinen den Angriff des Immunsystems auf sich selbst zu ziehen.“
Die Ergebnisse resultieren aus einer mathematischen Modellierung der Wissenschaftler, die zunächst ein Modell dafür entwickelten, wie die Virusvarianten und die Antikörper des Immunsystems interagieren. Anschließend verwendeten sie das Modell, um Daten zu analysieren und zu erklären, die von einer Gruppe von mit Hepatitis C infizierten Patienten gesammelt wurden, von denen einige über 20 Jahre lang beobachtet wurden.
Das Virus entwickelt sich bei jedem Menschen anders und produziert im Laufe der Zeit eine Mischung aus genetisch verwandten Varianten, bemerkte Bunimovich. Letztendlich bilden die Virusvarianten und die Antikörper ein komplexes Netzwerk, in dem ein Antikörper einer Variante auf eine andere Variante reagieren kann – ein Phänomen, das als Kreuzimmunreaktivität bekannt ist.
Aber wie erzeugen Viren, denen es an Gehirn oder gar Nervenzellen mangelt, ein Teamwork, das für Menschen oft schwer zu erreichen ist?
"Die Virusvarianten kommunizieren nicht direkt miteinander, aber in diesem System aus Viren und Antikörpern interagieren sie über die Antikörper", erklärte Bunimovich. „Wenn eine antikörperproduzierende Zelle auf eine Variante und dann auf eine andere reagiert, ist das eine Form der Interaktion, die beide Varianten betrifft. Eine indirekte Interaktion tritt auf, wenn die Virusvarianten mit demselben Antikörper im Netzwerk interagieren."
Im Gegensatz zu HIV - mit dem es oft verglichen wird - unterdrückt das Hepatitis-C-Virus das körpereigene Immunsystem nicht. Viele Wissenschaftler glauben, dass sich die Virusinfektion wie ein „Wettrüsten“entwickelt, bei dem das Virus mutiert, um dem körpereigenen Immunsystem immer einen Schritt voraus zu sein. Unter Verwendung von Gensequenzierungsdaten der nächsten Generation analysierte das Forschungsteam – zu dem auch sein Stammkollege Pavel Skums und der Mikrobiologe Yury Khudyakov von der CDC-Abteilung für Virushepatitis gehörten – Viruspopulationen im Detail. Die Wissenschaftler untersuchten die genetische Zusammensetzung der Populationen und sahen sogar die Evolution in Blutproben, die im Laufe der Zeit von denselben Personen entnommen wurden.
Die Populationen der Varianten stiegen und fielen, einige blieben in geringer Zahl und andere tauchten wieder auf, nachdem sie scheinbar vom Immunsystem ausgelöscht worden waren. In späten Stadien der anh altenden Infektionsentwicklung hörte die Entwicklung neuer Variationen fast auf, obwohl das Immunsystem stark blieb. Die Theorie des „Wettrüstens“erkläre diese Beobachtungen nicht, sagte Bunimovich.
Anhand ihres Modells zur Verfolgung von Varianten und Antikörpern stellten die Forscher fest, dass bestimmte Varianten die Reaktion des Immunsystems auf sich ziehen, um andere zu schützen. Sie nannten dieses neu beobachtete Phänomen „antigene Kooperation“. Die Antikörper unterdrückten nur die altruistischen Varianten und ließen andere virale Mitglieder des Netzwerks unversehrt.
"Die altruistischen Varianten erlauben es den Antikörpern, sie anzugreifen, wodurch sie sich selbst opfern, damit andere Varianten überleben können", sagte Skums, der Erstautor der Studie. "Die altruistischen Varianten täuschen das Immunsystem und machen die Reaktion des Immunsystems auf andere Varianten unwirksam. Im Wesentlichen verwenden die überlebenden Varianten die altruistischen (opfernden) Varianten als Regenschirm, um sich selbst zu schützen."
Die Forscher waren überrascht von dem ausgeklügelten Verh alten, das auftritt, weil die viralen Varianten Teil eines komplexen, miteinander verbundenen Netzwerks sind – eines sozialen Netzwerks, das denen in Umgebungen wie Facebook nicht unähnlich ist.
"Selbst so einfache Organismen wie Viren können sich in einem Netzwerk organisieren", erklärte Skums. "Weil sie Teil eines Netzwerks sind, können sie diese Art von komplexem Verh alten entwickeln und das Immunsystem durch Teamarbeit bekämpfen."
Die Ergebnisse könnten, wenn sie durch zusätzliche Forschung gestützt werden, die Strategie zur Entwicklung von Impfstoffen gegen Hepatitis C verändern. Sowohl Impfstoffe als auch die Behandlung müssten berücksichtigen, wie sich das Virus bei Individuen unterschiedlich entwickelt. Die Forscher hoffen auch, die Aktivität anderer Viren zu untersuchen, um zu sehen, ob diese komplexe Interaktion auch in anderen viralen Netzwerken zu finden ist, sagte Bunimovich.
Die Mathematik ermöglichte es den Forschern, Muster zu erkennen, die sonst möglicherweise in den komplexen Patientendaten verborgen geblieben wären.
"Jetzt, wo wir das anhand des mathematischen Modells sehen, macht alles Sinn", sagte Skums. „Wenn man sich das mathematisch anschaut, sieht man das ganze Bild.“
