In den letzten Jahren hat die Besorgnis über das Grippevirus H5N1 zugenommen. Es wurde vor drei Jahrzehnten erstmals bei Vögeln nachgewiesen und gelangt nun allmählich auf den Menschen. H5N1 ist ein Grippevirusstamm, der die Oberflächenproteine Hämagglutinin Typ 5 (H5) und Neuraminidase Typ 1 (N1) trägt, die das Eindringen des Virus bzw. seine Ausbreitung begünstigen.
Forscher unter der Leitung von Kesavardhana Sannula, Assistenzprofessor in der Abteilung für Biochemie am Indian Institute of Science (IISc), haben nun entdeckt, dass die derzeit zirkulierende Klade 2.3.4.4b von H5N1 spezifische Mutationen in ihrem Genom aufweist, die ihr Anpassungspotenzial an den Menschen erhöhen. Die Klade stellt eine Gruppe von Organismen mit einem gemeinsamen Vorfahren dar.
„Die Klade 2.3.4.4b hat viele Säugetierarten infiziert und passt sich nun an [nicht-menschliche] Säugetiere an, was Anlass zur Sorge hinsichtlich der Anpassung des Menschen gibt“, sagt Kesavardhana. „Die Klade ist panzootisch und verursacht eine beispiellose Sterblichkeit bei Vögeln und Säugetieren sowie mehrere sporadische Infektionen beim Menschen.“
Wenn das Grippevirus in einen neuen Organismus eindringt, kann es genetische Mutationen entwickeln. Dies hilft dem Virus, sich an den neuen Wirt anzupassen. Die Forscher versuchten zu entschlüsseln, ob sich die Klade 2.3.4.4b so weiterentwickelt, dass entscheidende Anpassungen in ihren Proteinen entstehen, die es dem Virus ermöglichen, Menschen zu infizieren. Sie wollten auch herausfinden, welche Wirtstiere diese Anpassung möglicherweise beschleunigen und dem Virus so einen Vorteil beim Aufstieg auf der Evolutionsleiter verschaffen können.
Kesavardhanas Team wählte einen rechnergestützten Ansatz und analysierte 7.000 Proteinsequenzen von 2.3.4.4b H5N1 aus Vögeln, 820 Sequenzen aus Säugetieren und 35.000 menschliche H1N1- und H3N2-Sequenzen, um herauszufinden, welche Aminosäuren einem Selektionsdruck unterliegen – und sich schnell verändern. Sie nutzten die multiple Sequenzalignment-Methode (ein Verfahren zur Identifizierung ähnlicher Regionen in mehreren Proteinen), erstellten phylogenetische Bäume (die darstellen, wie sich Arten im Laufe der Zeit von ihrem gemeinsamen Vorfahren abgespalten haben) und kommentierten spezifische Variationen in allen Proteinen von H5N1, das Säugetiere und Menschen infiziert.
Das Team fand eine erhöhte Anzahl von Mutationen insbesondere im viralen Polymerasekomplex (PA, PB2), in Nukleoproteinen und Hämagglutinin (HA). Nach der Identifizierung dieser Mutationen klassifizierte das Team sie danach, ob sie die Ausbreitung des Virus von Säugetieren auf den Menschen fördern (adaptiv) oder ob sie lediglich das Überleben im Wirt ermöglichen (Barriere). Schließlich entwickelten sie einen einfachen mathematischen Ansatz und schätzten das menschliche Anpassungspotenzial für die Klade 2.3.4.4b.
Das Team konnte außerdem Tiere identifizieren, die wahrscheinlich Virenstämme mit dem höchsten Anpassungspotenzial für den Menschen beherbergen. Interessanterweise schienen Viren, die sich an Füchse anpassen können, ein höheres Anpassungspotenzial zu haben als an Rinder angepasste Stämme. „Das ist sehr überraschend“, sagt Kesavardhana.
Auf Grundlage ihrer Erkenntnisse schlagen die Forscher vor, dass verstärkte und proaktive Überwachungsmaßnahmen ergriffen werden müssen.
„Dieser Stamm erwirbt dieselben Schlüsselmutationen wie pandemische Grippestämme beim Menschen, was ein wachsendes Risiko darstellen könnte“, sagt Ranjana Nataraj, Projektmitarbeiterin am Institut für Biochemie und Erstautorin der Studie.
