Viren sind Milliarden Jahre alte, eigenständige, nichtzellige und infektiöse Partikel, die die Evolutionsgeschichte maßgeblich vorangetrieben haben. Bis hin zum heutigen Menschen. Bereits vor der Coronakrise hatten Viren – Virus (lat.) bedeutet Gift oder Schleim – ein unglaublich schlechtes Image. Sie sind uns insbesondere als Auslöser für Krankheiten wie Pocken, Aids, Grippe oder Ebola bekannt, um nur einige zu nennen. Für viele von uns stellen sie eine enorme Bedrohung und eine Belastung dar, haben wir sie uns erst einmal „eingefangen“. Doch was hat es nun wirklich damit auf sich?

Viren und die Evolutionsbiologie

Vor etwa 4,5 Milliarden Jahren entstand unser blauer Planet. In den ersten 1,5 Milliarden Jahren nach seiner Entstehung gab es offensichtlich nur Bakterien und Archaeen (kleine einzellige Mikroorganismen), die das Leben noch mehr als eine weitere Milliarde Jahre dominieren sollten. Bakterien und Archaeen sind beide sehr klein und nur in Ausnahmefällen mit dem bloßen Auge zu erkennen. Jedoch kommen sie in riesigen Mengen vor und können sich enorm schnell vermehren. In dem Zeitraum, in dem sie das Leben auf der Erde alleine bestimmten, konnten Bakterien und Archaeen ungezählte Möglichkeiten biochemischer Reaktionen „ausprobieren“. Vermutlich bereits mit den ersten Bakterien und Archaeen entwickelten sich auch Viren, die hundertfach kleiner sind als Bakterien. Die meisten Molekularbiologen nehmen an, Viren seien sehr früh entstanden, indem sich Teile der zellulären Erbmoleküle von Lebewesen freisetzten und selbständig machten. Sie sind sozusagen außer Kontrolle geratene Schnipsel von Nukleinsäuren, den eigentlichen Trägern von Erbinformationen.

Einige Biologen nehmen an, dass Viren älter sind als alle anderen Lebewesen. Die Winzlinge seien Überbleibsel aus einer Welt, in der es noch keine Zellen gab, wie wir sie heute kennen. Die Viren könnten sogar die DNA „erfunden“ haben – jenes Erbmolekül, das heute die Gene, den Bauplan eines Lebewesens, speichert und weitervererbt. Und womöglich haben sie auch dazu beigetragen, dass sich der Zellkern jener komplexer gebauten Zellen (Eukaryoten) entwickelte, aus denen alle heutigen, größeren Lebewesen bestehen. Eine weitere These lässt verlauten, dass die erste existierende Zelle in der Erdgeschichte bereits mit Viren infiziert gewesen sei und diese demnach alle Evolutionsschritte bis hin zum Menschen begleitet haben. Charles Darwin stellte die Hyptothese auf, dass man den Anfang des Lebens unter den heutigen Bedingungen nicht mehr nachvollziehen könne. Doch werden all diese diversen Hypothesen von den heutigen Wissenschaftlern nur bedingt geteilt.

Viren und der Mensch

Was wir jedoch für uns annehmen dürfen, ist, dass Viren und die Evolution auf eine besondere Weise zusammengehören. Eine uralte Wechselbeziehung verbindet die Viren auch mit uns, dem Homo sapiens, und sämtlichen uns vorausgegangenen evolutiven Daseinsformen. Diese Wechselbeziehung hat bis heute wichtige genetische Spuren in uns hinterlassen. Das menschliche Erbgut enthält laut Wissenschaft mehrere Prozent Viren-DNA. Im Jahr 2003 haben Molekulargenetiker erstmals die Buchstabenfolge des kompletten menschlichen Genoms entziffert. Sie begannen, die Erbsubstanz genauer zu analysieren und gerieten dabei ins Staunen: Mehr als 8 % der Erbsubstanz stammt offensichtlich von Viren ab. Noch verblüffender ist das Ergebnis einer von Forschern aus dem englischen Cambridge im Jahr 2015 veröffentlichten Studie. Demnach waren etwa 145 Gene des Menschen (von etwa 25.000 Genen insgesamt) ursprünglich in ganz anderen Organismen beheimatet: in Pflanzen, Bakterien, Archaeen, Protisten (Einzeller mit Zellkern) oder Pilzen.

Eine Grundmatrix, die sich offensichtlich in allen Lebewesen widerspiegelt, was ich persönlich als sehr faszinierend empfinde. Offenbar sind es Viren, die ihr eigenes Erbgut, zuweilen auch genetisches Material fremder Organismen, in ihre Wirte einschleusen. 

Der Aufbau eines Virus (und seine Wirkweisen in den Wirtszellen)

Viren sind sehr einfach gebaute biologische Strukturen und können – neben den Bakterien – Auslöser von Infektionskrankheiten sein. Der Begriff Viren geht auf den französischen Chemiker und Biologen Louis Pasteur (1822 – 1895) zurück. Er bezeichnete damit infektiöse Einheiten, die keine Zellstrukturen besitzen – im Unterschied zu Bakterien und Pilzen. Streng genommen werden nur jene, die sich im Inneren einer Wirtszelle befinden, als „Viren“ bezeichnet, außerhalb einer Wirtszelle nennt man sie „Virionen“. Viren selbst werden nicht als Lebewesen bezeichnet. Viele Biologen nehmen sie an der Grenze zwischen belebter Materie und unbelebten chemischen Verbindungen wahr. Viren haben einen sehr einfachen strukturellen Aufbau. Sie bestehen aus einem Stück Erbsubstanz, das von einer Eiweißhülle umgeben ist. Es gibt unbehüllte Viren, auch nackte Viren genannt, die nur aus ihrem Erbgut (DNA oder RNA) und einem Kapsid bestehen, welches das Erbgut verpackt. Behüllte Viren besitzen zusätzlich noch eine äußere Hülle, auch Membran oder Lipiddoppelschicht genannt.

Bestandteile dieser äußeren Virushülle können spezielle Rezeptorproteine, uns auch bekannt als „Spikes“, sein. Beispiele für behüllte Viren sind Grippe-Viren und HI-Viren. Zu den „nackten“ Viren – also Viren ohne Hülle – zählen unter anderem Adenoviren (häufige Erkältungserreger) und Humane Papillomviren (HPV). Viren sind sehr winzig und können nur unter einem Elektronenmikroskos sichtbar gemacht werden. Ihr Durchmesser beträgt etwa 20-300 Nanometer (Nanometer = Millionstel Millimeter). Ohne fremde Hilfe können sich die Viren nicht vermehren. Da alles im Leben einer evolutionären Gesetzmäßigkeit folgt, benötigen sie einen „Partner“, auch bekannt als Wirt, durch den sie sich weiterentwickeln können. Sie müssen also für ihren Fortbestand und ihre Weiterentwicklung immer wieder Wirte finden. Hierfür dringen sie in die Zelle eines anderen Lebewesens ein und manipulieren diese, um die eigene Vermehrung zu garantieren.

Dieser Vorgang lässt sich in folgende Schritte unterteilen:
1. Anheften an eine Wirtszelle
2. Eindringen in die Wirtszelle
3. Freisetzung des Viren-Genoms
4. Vermehrung der Viren
5. Zusammenbau der neuen Viren
6. Freisetzung der neuen Viren

Hat ein Virus einen passenden Zelltyp gefunden und konnte beispielsweise über ein Schlüssel-Schloss-Prinzip andocken, verschmilzt die Virushülle mit der Membran der Wirtszelle und das Kapsid mit dem darin enthaltenen viralen Erbgut (Kapsid = Proteinstruktur und Verpackung des Virusgenoms) wird in die Zelle geschleust. Wird das Viruserbgut in das Erbgut der Wirtszelle eingebaut ohne dabei die Zelle zu zerstören, spricht man vom lysogenen Zyklus. Bei jeder weiteren Zellteilung wird nun das Erbgut der Wirtszelle UND das Viruserbgut verdoppelt. So wird das Virus unbemerkt vermehrt, ohne jedoch der Wirtszelle zu schaden.

Etwas anders verhalten sich die Viren, die zur Replikation die Wirtszellmembran zerstören (und somit auch den Wirt). Dies wird als lytischer Zyklus bezeichnet. Der lytische Zyklus ist eine Form der Virusreplikation, bei der die Wirtszelle lysiert = aufgelöst wird, nachdem neue Viren gebildet wurden. Dadurch kommt es zum Tod der Wirtszelle, auch zytopathischer Effekt genannt. Unzählige Tochterviren werden in die nahe Umgebung entlassen, welche weitere Zellen „infizieren“ und einen Schneeballeffekt in Gang setzen.

Neue Gene im Menschen durch Viren

Seinen Wirt zu schwächen oder zu zerstören, ist für Viren jedoch eine schlechte Idee und vermutlich nicht einmal primäres Ziel, benötigen sie doch ihren Wirt für ihr eigenes „Überleben“. Nicht nur, weil es ihre eigene Lebensgrundlage zerstören würde, sondern auch, weil sich die ins Genom integrierte Viren-DNA umso erfolgreicher verbreiten kann, je gesünder der Wirt ist. Anstelle von zerstörerischen Infektionsgeschehen können Gene mit neuen Funktionen im Wirt geboren werden. Dass so etwas tatsächlich geschehen ist, konnten Forscher nachweisen.

So gibt es zwei Gene, die in der menschlichen Plazenta aktiv sind und ursprünglich von Viren stammen. Sie stellen zwei Eiweiße her, die Syncytin-1 und Syncytin-2 heißen. Ursprünglich halfen sie dem Virus-Partikel, seine Hüllmembran mit der Zellmembran der Wirtszelle zu verbinden und so in die Zelle einzudringen. Heute verbinden diese Proteine Zellen in der Plazenta. Konkret sieht das so aus, dass sich die Plazenta, ein vom Embryo gebildetes Gewebe, das auch Mutterkuchen genannt wird, mit der Gebärmutterwand verbindet. Die Plazenta stellt sicher, dass das heranwachsende Kind mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgt, vom umliegenden Milieu abgeschirmt wird und geschützt ist. Sie enthält Blutgefäße des Ungeborenen und der Mutter. Ohne sie könnte kein neues menschliches Leben entstehen. Dass dies möglich wurde, ist nach heutigem Kenntnisstand dem Erbgut von Viren zu verdanken.

Andere virale Gene sorgen dafür, dass wir mit einer „angeborenen Immunantwort“ bereits zur Welt kommen. Oder sie verbessern die Leistung des menschlichen Gehirns. Ein weiteres virales Element hilft beispielsweise bei der Herstellung eines Bestandteiles des menschlichen Blutfarbstoffs Hämoglobin. Auch können Viren gelegentlich genetisches Material von einer Art auf eine andere übertragen; mit ihrer Hilfe können Gene also Artgrenzen überwinden. Aus evolutionsbiologischer Sicht sind diese winzigen Partikel weitaus mehr als „nur“ krankheitsauslösende Erreger. Diese winzigen Teilchen sind, wie weiter oben bereits erwähnt, in sämtlichen Lebewesen wiederzufinden: in Tieren, Pflanzen, Pilzen, Algen, in Einzellern mit Zellkern, Bakterien und Archaeen. All das löst in mir eine tiefe Faszination für die Evolution des Lebens aus und lässt mich staunen, wie vernetzt alles Leben offensichtlich miteinander ist.

Viren – evolutionäre Helden

Würde man den Erfolg eines Wesens daran bemessen, wie viele Exemplare es von ihm gibt, wären Viren siegreiche Helden in der Evolutionsgeschichte. Wissenschaftler vermuten etwa 100 Millionen unterschiedliche Typen, die überall auf der Erde vorkommen, wo es auch Leben gibt. Wären einzelne Viruspartikel in etwa so groß wie ein Sandkorn, dann würde allein ihre Menge die gesamte Erdoberfläche mit einer 15 Kilometer dicken Schicht bedecken.

In jedem Kubikzentimeter Meerwasser befinden sich etwa zehn Millionen Viren. Ihre Gesamtzahl in den Ozeanen wird auf 10 hoch 31 geschätzt. Das ist eine Eins mit 31 Nullen – was eine unvorstellbar große Zahl darstellt. Und es heißt, sie existieren weitaus häufiger als Bakterien. Die Viren selbst sind unfassbar winzig, sodass sie nur unter einem Mikroskop zu erkennen sind. Sie messen ein Hundertstel der Größe eines Bakteriums. Der Erreger der Grippe etwa kommt auf 0,12 tausendstel Millimeter. Erstaunlich, welch enorme Kraft von solch einem winzigen Wesen ausgeht und wie es den gesamten Erdball seit über einem Jahr in Aufruhr versetzt.

Selektionsdruck durch Viren

Ja – Viren können ihre Wirte schädigen und sie krank machen. Sie üben einen gewissen Selektionsdruck auf andere Organismen aus, da sie als „Selektionsfaktor“ auf die Population anderer Lebewesen einwirken und die Evolution nach bestimmten Kriterien maßregeln (Selektionsfaktoren sind Umweltfaktoren, die einen Einfluss auf das Überleben einer Population von Lebewesen haben): Wer die passende genetische Ausstattung hat, wird besser mit dem Erreger fertig und überlebt.

Die sexuelle Fortpflanzung wiederum bewirkt, dass sich die (viralen) Gene zweier Individuen – ein weibliches und ein männliches Exemplar – bei ihren Nachkommen neu vermischen. Die Nachkommen erhalten ein genetisches Mischmasch aus beiden Elternteilen, das wiederum eine genetische Vielfalt und eine bessere Anpassung an neue Umwelten gewährleisten kann – eine bessere Ausstattung, die zum Beispiel mit Parasiten leichter fertig wird.

Das primäre Anliegen eines Virus ist nicht, seinen Wirt umzubringen. Denn das würde gleichermaßen sein eigenes „persönliches“ Ende bedeuten. Als Krankheitserreger setzen Viren Pflanzen, Tiere, Menschen, Bakterien und andere Lebewesen unter Druck und „zwingen“ diese zu einer Anpassung an die Umwelt. Sie sind wahre Meister darin, sich für ihre individuelle Vermehrung die Gene einer Wirtszelle untertan zu machen. Auf diese Weise können sie fundamental in das Erbgut eingreifen und die molekulare Tiefenstruktur von Lebewesen verändern. Darum kommt es im Laufe der evolutiven Wechselbeziehungen zu Anpassungen, Weiterentwicklungen und wieder erneuten Anpassungen. Viren treiben die Evolution voran und kennen dabei keine Gnade.

Tiefenstrukturell verändertes Erbgut

Überlebt der Wirt eine Virusinfektion, kann er eines Tages das mögliche tiefenstrukturell veränderte Erbgut, vermischt mit dem Erbgut seines „Evolutionspartners“, an seine Nachkommen weitergeben. Ist der Wirt im Verlauf der Evolutionsgeschichte widerstandsfähiger geworden und hat eine resiliente Immunantwort entwickelt, ist er geringer angreifbar. Dann muss sich das Virus für seinen Fortbestand und seine Entwicklung andere Wirte suchen.

Manchmal steht dem Virus von Natur aus eine große Anzahl und Auswahl von Wirten zur Verfügung, wie es zum Beispiel bei der Tollwut der Fall ist, die viele Warmblüter befallen kann. Eine andere Variante ist, dass ein Virus nicht aggressiv ist und nur wenig Schaden anrichten kann, wie beispielsweise ein Schnupfenvirus. Nur im für uns Menschen schwerwiegendsten Verlauf ist das Immunsystem einem Virus nicht gewachsen und überlebt die Auseinandersetzung nicht. In einem anderen schwerwiegenden Verlauf kann das Virus auch Folgeschäden im Wirtorganismus hinterlassen.

Mit Viren assoziieren wir erfahrungsgemäß Krankheit, Leid und Tod. Und wie wir wissen, können Viren Epidemien und Pandemien verursachen, langwierige Krankheiten hervorrufen und letztlich sogar zum Tode führen. Sie haben im Verlauf der Menschheitsgeschichte bereits Millionen von Menschen das Leben gekostet.

Mit Kriegen und Hungersnöten zählen sie zu den am meisten gefürchteten Bedrohungen. Uns bereits bekannte Beispiele für Epidemien und Pandemien sind: die spanische Grippe, das Ebola-Fieber, die Vogelgrippe, HI-V, die Schweinegrippe, SARS-CoV und aktuell SARS-CoV-2. Es gibt Erreger, die Schleimhautzellen des Menschen oder die von Tieren befallen und beim Niesen oder Husten mit den Speicheltröpfchen weit hinausgeschleudert werden. Sie verbreiten sich über die Luft mittels Tröpfcheninfektion und können so zu ihrem neuen Wirt gelangen. Auch ist die Übertragung über kontaminierte Oberflächen durch Schmierinfektion möglich. Zu ihnen gehören die Corona- Viren ebenso wie die Erreger von Grippe, Schnupfen, Pocken, Masern, Röteln oder Herpes… . Andere Viren wiederum infizieren Darmzellen und werden mit dem Kot ausgeschieden. Manch andere Viren lassen sich von tierischen Helfern – etwa Mücken oder Zecken – zum nächsten Wirt befördern. Und dann gibt es Viren, die über Körperflüssigkeiten wie Blut oder Sperma übertragen werden können, wie beispielsweise das Aids-Virus.

In einem Artikel von Rosina Sonnenschmidt über das Wesen der Seuchen ist Folgendes zu lesen: Eine zweite Richtung, mit Infektionskrankheiten umzugehen, beschritt der Zeitgenosse von Pasteur, der Arzt und Pharmazeut Antoine Béchamp (1816-1908). Von ihm stammt die berühmte Erkenntnis „Die Mikrobe ist nichts, das Milieu ist alles“: Antoine Béchamp und Louis Pasteur waren erbitterte Gegenspieler. Letzterer setzte auf den Erreger, ersterer auf den Wirt als Hauptursache für die Entstehung von Krankheit. Es gilt nicht als gesichert, wird aber gern kolportiert, dass Pasteur auf dem Sterbebett seinem Widersacher recht gegeben haben soll.

Der Wirt und sein Immunsystem

Eine Wissenschaftlerin und Humanmedizinerin sagte mir einmal, dass sie Viren als äußerst wichtigen Bestandteil der Evolutionsgeschichte betrachtet. Wir sollten ihnen voller Respekt begegnen und ihre Kräfte nicht leichtfertig unterschätzen. Unsere diesbezügliche Lebensaufgabe bestünde in den Augen der Wissenschaftlerin darin, ein Leben lang für ein gesundes inneres (und äußeres) Milieu – sprich: für die Gesundheit sämtlicher Schleimhäute, für ein starkes Immunsystem sowie für möglichst stärkende Rahmenbedingungen zu sorgen. In einer technisierten Welt, insbesondere inmitten großer Ballungszentren, wird das Thema „Gesundheit“ und „Gesunderhaltung“ für uns Menschen immer wichtiger und notwendiger. Ich persönlich erlebe meinen Körper seit jeher als einen Spiegel sämtlicher innerer Zustände sowie auch äußerer Faktoren, die meiner Gesundheit entweder dienen – oder eben nicht. Meine Hauptaufgabe sehe ich darin, auf eine umfassende und achtsame Weise so gut für mich zu sorgen, dass ich so gestärkt wie möglich mit diversen Umweltfaktoren umgehen kann.

Mehr Infos zum Thema Gesundheit

Aufklärende Informationen und konkrete Handlungsideen rund um unser Immunsystem und unsere Immunstärkung habe ich bereits in Artikeln wie „Kraftquelle Immunsystem – Wunderwerk der Natur“„Kraftquelle Immunsystem – Wunderwerk der Natur“ (SEIN 02/03 2021) und „Immunsystem Teil 2 – unsere Darmgesundheit“„Immunsystem Teil 2 – unsere Darmgesundheit“ (SEIN 04/05 2021) aufgezeigt. Dort gebe ich Möglichkeiten an, wie wir gezielt für unsere Gesundheit sorgen können.