Wie Viren in Mikroorganismen eindringen

Die Biologin Dr. Tessa Quax von der Universität Freiburg hat bei der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) eine Förderung von 1,7 Millionen Euro für eine Emmy-Noether-Nachwuchsgruppe eingeworben. Unter ihrer Leitung wird die Gruppe in den kommenden fünf Jahren erforschen, wie es Viren gelingt, Archaeen – einzellige Mikroorganismen ohne Zellkern – zu infizieren. Das Projekt startet am 1. Juni 2019.

Archaeen bilden neben Bakterien und Eukaryoten – Lebewesen, deren Zellen einen Zellkern sowie Organellen besitzen – eine der drei Domänen des Lebens. Anzutreffen sind sie in den verschiedensten Lebensräumen, beispielsweise in der Tiefsee oder im Verdauungstrakt des Menschen. Wie die meisten lebenden Zellen können Archaeen von Viren infiziert werden. Die molekularen Mechanismen, die diesem Vorgang zugrunde liegen, wurden bislang aber noch nicht untersucht.

Verglichen mit bakteriellen und eukaryotischen Viren, ist die Vielfalt der bisher studierten archaealen Viren hinsichtlich ihrer äußeren Gestalt und ihrer Gene besonders groß. Bakterielle Viren nutzen fadenartige Oberflächenstrukturen der Wirtszellen, um an diese zu binden und sie zu infizieren. Ein Beispiel für eine solche Struktur ist das Flagellum, eine Geißel, mit deren Hilfe sich das Bakterium bewegt. Ein weiteres sind die Pili, winzige Zellfortsätze, die es dem Bakterium ermöglichen, an Oberflächen anzuhaften. Es gibt Hinweise darauf, dass archaeale Viren für den Eintritt in Archeen ebenfalls fadenartige Strukturen an deren Oberfläche nutzen. Einige dieser Strukturen der Archaeen, etwa Pili, sind vergleichbar mit denen der Bakterien. Dagegen sind die Zusammensetzung und die strukturelle Organisation des archaealen Fortbewegungsorgans, des Archaellums, grundlegend verschieden vom bakteriellen Flagellum.

Tessa Quax möchte mit ihrer Forschungsgruppe herausfinden, ob und wie archaeale Viren die Oberflächenstrukturen der Archaeen für deren Infektion nutzen. Hierfür benutzen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zum einen Haloferax volcanii als Modellsystem, da dieses Archaeon genetisch manipulierbar ist. Mit dessen Hilfe wollen sie genauer herausfinden, wie die archaealen Oberflächenstrukturen beschaffen sind und wie es folglich zu einer Virusinfektion kommen kann. Zum anderen wollen sie archaeale Viren untersuchen, um auch auf diesem Wege neue Erkenntnisse über deren Infektionsstrategien zu gewinnen.

„Das Ziel des Projekts besteht darin, das Verständnis der immer noch relativ unerforschten archaealen Viren und insbesondere deren Interaktion mit den zellulären Oberflächenstrukturen zu erweitern“, fasst Quax zusammen. „Diese Informationen können helfen, die virale Diversität und Evolution besser zu verstehen. Darüber hinaus befasst es sich mit grundlegenden Fragen über die Zellbiologie der Archaeen und deren Interaktion mit der Umwelt, welche wichtig für die Besiedlung neuer Lebensräume ist.“