Auf einer Landesmesse in Maryland im Jahre 2017 sahen die preisgekrönten Schweine nicht gerade rosig aus. Die Landwirte berichteten von fiebernden Schweinen mit entzündeten Augen und laufenden Schnauzen. Während sich die Messebeamten um die Schweine sorgten, war das Gesundheitsministerium um kranke Messebesucher besorgt. Einige hatten die Schweine gestreichelt, während andere sich in der Nähe ihrer Ställe aufhielten. Doch bald wurde bei 40 dieser Besucher die Schweinegrippe diagnostiziert. In den meisten Fällen infizieren kranke Tiere keine Menschen. Aber wenn sie es doch tun, haben artenübergreifende Infektionen oder virale Wirtssprünge das Potenzial, tödliche Epidemien auszulösen. Wie können also Krankheitserreger einer Spezies eine andere infizieren, und was macht Wirtssprünge so gefährlich?
At a Maryland country fair in 2017, the prize pigs were not looking their best. Farmers reported feverish hogs with inflamed eyes and running snouts. But while fair officials worried about the pigs, the Maryland department of health was concerned about a group of sick fairgoers. Some had pet the pigs, while others had merely been near their barns; but soon, 40 of these attendees would be diagnosed with swine flu. More often than not, sick animals don’t infect humans. But when they do, these cross-species infections, or viral host jumps, have the potential to produce deadly epidemics. So how can pathogens from one species infect another, and what makes host jumps so dangerous?
Viren sind eine Art organische Parasiten, die fast alle Lebensformen infizieren. Um zu überleben und sich fortzupflanzen, müssen sie drei Stadien durchlaufen: Kontakt mit einem anfälligen Wirt, Infektion und Replikation sowie Übertragung auf andere Individuen. Nehmen wir als Beispiel die menschliche Grippe. Zunächst trifft das Grippevirus auf einen neuen Wirt und bahnt sich seinen Weg in die Atemwege. Das ist nicht so schwierig, aber um in diesem neuen Körper zu überleben, muss das Virus eine erfolgreiche Infektion anrichten, bevor es abgefangen und durch eine Immunantwort abgebaut wird. Um diese Aufgabe zu bewältigen,
Viruses are a type of organic parasite infecting nearly all forms of life. To survive and reproduce, they must move through three stages: contact with a susceptible host, infection and replication, and transmission to other individuals. As an example, let’s look at human influenza. First, the flu virus encounters a new host and makes its way into their respiratory tract. This isn’t so difficult, but to survive in this new body, the virus must mount a successful infection before it’s caught and broken down by an immune response. To accomplish this task,
haben Viren spezifische Interaktionen mit ihrer Wirtsart entwickelt. Menschliche Grippeviren sind von angepassten Proteinen umhüllt, so dass sie an entsprechende Rezeptoren menschlicher Atmungszellen binden. Einmal in einer Zelle angekommen, nutzt das Virus zusätzliche Anpassungen, um die Reproduktionsmaschinerie der Wirtszelle zu kapern und sein eigenes genetisches Material zu reproduzieren. Das Virus unterdrückt oder umgeht das Immunsystem des Wirts so lange, bis es sich ausreichend vermehren und weitere Zellen infizieren kann. Zu diesem Zeitpunkt kann die Grippe über infizierte Körperflüssigkeit auf ihr nächstes Opfer übertragen werden.
viruses have evolved specific interactions with their host species. Human flu viruses are covered in proteins adapted to bind with matching receptors on human respiratory cells. Once inside a cell, the virus employs additional adaptations to hijack the host cell’s reproductive machinery and replicate its own genetic material. Now the virus only needs to suppress or evade the host’s immune system long enough to replicate to sufficient levels and infect more cells. At this point, the flu can be passed on to its next victim via any transmission of infected bodily fluid.
Beim einfachen Niesen kommt das Virus jedoch auch mit Haustieren, Pflanzen oder sogar mit dem Mittagessen in Kontakt. Viren stoßen ständig auf neue Arten und versuchen, diese anzustecken. Meistens scheitern sie dabei. In den meisten Fällen ist die genetische Unähnlichkeit zwischen den Wirten zu groß. Für ein Virus, das an den Menschen angepasst ist, wäre eine Salatzelle eine fremde und unwirtliche Landschaft. Aber in der Umwelt zirkuliert eine erschütternde Anzahl von Viren, die das Potenzial haben, neue Wirte zu finden. Weil sich Viren millionenfach vermehren, können Zufallsmutationen entstehen. Die meisten Mutationen haben keine Wirkung oder erweisen sich sogar als schädlich, aber ein kleiner Teil kann es dem Erreger ermöglichen, andere Arten besser zu infizieren. Die Chance, diese vernichtende Genlotterie zu gewinnen, steigt mit der Zeit oder wenn die neue Art eng mit dem üblichen Wirt des Virus verwandt ist. Für ein Virus, das an andere Säugetiere angepasst ist, kann die Infektion eines Menschen nur ein paar glückliche Mutationen erfordern. Ein Virus angepasst an Schimpansen, einen unserer engsten genetischen Verwandten, benötigt möglicherweise kaum Veränderungen.
However, this simple sneeze also brings the virus in contact with pets, plants, or even your lunch. Viruses are constantly encountering new species and attempting to infect them. More often than not, this ends in failure. In most cases, the genetic dissimilarity between the two hosts is too great. For a virus adapted to infect humans, a lettuce cell would be a foreign and inhospitable landscape. But there are a staggering number of viruses circulating in the environment, all with the potential to encounter new hosts. And because viruses rapidly reproduce by the millions, they can quickly develop random mutations. Most mutations will have no effect, or even prove detrimental; but a small proportion may enable the pathogen to better infect a new species. The odds of winning this destructive genetic lottery increase over time, or if the new species is closely related to the virus’ usual host. For a virus adapted to another mammal, infecting a human might just take a few lucky mutations. And a virus adapted to chimpanzees, one of our closest genetic relatives, might barely require any changes at all.
Es braucht mehr als Zeit und genetische Ähnlichkeit, damit ein Wirtssprung erfolgreich ist. Manche Viren sind so ausgestattet, dass sie die Zellen eines neuen Wirts leicht infizieren können, aber sie sind nicht in der Lage, sich der Immunantwort zu entziehen. Andere wiederum haben es schwer, sich auf neue Wirte zu übertragen. Sie können zum Beispiel das Blut des Wirts ansteckend machen, aber nicht seinen Speichel. Sobald jedoch ein Wirtssprung das Übertragungsstadium erreicht, wird das Virus viel gefährlicher. Da der Erreger jetzt in zwei Wirten lebt, hat er eine doppelt so hohe Chance, erfolgreich zu mutieren. Mit jedem neuen Wirt steigt die Gefahr einer ausgewachsenen Epidemie.
It takes more than time and genetic similarity for a host jump to be successful. Some viruses come equipped to easily infect a new host’s cells, but are then unable to evade an immune response. Others might have a difficult time transmitting to new hosts. For example, they might make the host’s blood contagious, but not their saliva. However, once a host jump reaches the transmission stage, the virus becomes much more dangerous. Now gestating within two hosts, the pathogen has twice the odds of mutating into a more successful virus. And each new host increases the potential for a full-blown epidemic. Virologists are constantly looking for mutations
Virologen sind ständig auf der Suche nach Mutationen, die die Gefahr von Sprüngen wie der Grippe erhöhen. Die Vorhersage der nächsten potenziellen Epidemie ist eine große Herausforderung.
that might make viruses such as influenza more likely to jump. However, predicting the next potential epidemic is a major challenge. There’s a huge diversity of viruses that we’re only just beginning to uncover.
Es gibt eine riesige Vielfalt von Viren, die wir gerade erst beginnen, zu erforschen. Forscher untersuchen unermüdlich die Biologie dieser Erreger. Indem sie die Bevölkerung überwachen, um neue Ausbrüche schnell zu erkennen, können sie Impfstoffe und Bekämpfungsprotokolle entwickeln, um diese tödlichen Krankheiten zu stoppen.
Researchers are tirelessly studying the biology of these pathogens. And by monitoring populations to quickly identify new outbreaks, they can develop vaccines and containment protocols to stop these deadly diseases.