Tollwut ist eine Viruserkrankung, die für ihre Fähigkeit bekannt ist, das Verhalten infizierter Wirte zu verändern, indem sie sie aggressiv macht. Die zugrundeliegenden biologischen Mechanismen sind unsicher, aber die Wissenschaftler beginnen nun zu erklären, wie das Virus auf molekularer Ebene funktioniert.
Das Tollwutvirus greift das zentrale Nervensystem des Wirtes an, und beim Menschen kann es eine Reihe von schwächenden Symptomen verursachen – einschließlich Angstzuständen und Verwirrung, partieller Lähmung, Agitiertheit, Halluzinationen und, in seinen letzten Phasen, ein Symptom namens " Hydrophobie "oder eine Angst vor Wasser.
Durch Hydrophobie gerät der Betroffene beim Anblick von Wasser in Panik und verweigert sich zu trinken. Auf diese schweren Symptome folgt meist der Tod.
Obwohl Tollwut durch Impfung vermeidbar ist, verfügen ärmere Bevölkerungen in Afrika und Asien oft nicht über die notwendigen Ressourcen, um dieses Virus in Schach zu halten. In der Tat sagen die Weltgesundheitsorganisation (WHO), dass Fälle von Tollwut in diesen Kontinenten für 95 Prozent der weltweiten Todesfälle aufgrund dieser Krankheit verantwortlich sind.
Obwohl Tollwut seit dem frühen 19. Jahrhundert intensiv erforscht wurde, sind die Mechanismen, durch die dieses Virus das Gehirn "entführt" und den infizierten Wirt oft in einen Zustand rasender Aggression stürzt, weitgehend unklar.
Jetzt hat ein Team von Forschern der Universität von Alaska Fairbanks gezeigt, wie das Virus auf molekularer Ebene wirkt, um das Verhalten des Wirts zu modifizieren.
"Viele Infektionserreger verändern das Verhalten in ihrem Wirt, aber wir verstehen nicht, wie sie das tun", erklärt Dr. Karsten Hueffer, Leiter der Studie. "Unsere Studie liefert zum ersten Mal einen detaillierten molekularen Mechanismus dafür, wie ein infektiöses Agens spezifisches Verhalten induziert."
Dr. Hüffer und Kollegen veröffentlichten die Ergebnisse ihrer Forschung in der Zeitschrift.
Virus interagiert mit Muskelrezeptoren
Die Wissenschaftler erklären, dass ein Grund, warum Tollwut so faszinierend ist, dass es, obwohl es eine relativ einfache genetische Ausstattung hat, Schocktiere mit unendlich komplexeren Systemen wie Hunden umhüllen kann.
Dr. Hueffer erklärt, dass das "Tollwut-Virus nur fünf Gene und sehr wenig Informationen hat. Hunde haben mehr als 20.000 Gene mit ausgeklügelten Immun- und Zentralnervensystemen."
"Doch dieser Virus kann das Verhalten eines Hundes neu programmieren, so dass es Angst verliert, aggressiv wird und bissig wird, was es dem Virus ermöglicht, sich durch den Speichel des Hundes auszubreiten."
Dr. Karsten Hüffer
Er weist jedoch auch darauf hin, dass "das Verhalten einfacher zu untersuchen ist als das Virus selbst", da Tollwut das Gehirn nur auf subtile Weise beeinflusst.
In ihrer Studie untersuchten die Forscher auch frühere Befunde aus den 1980er und 1990er Jahren, die zeigen, wie Moleküle dieses Virus an nikotinische Acetylcholin-Rezeptoren – oder an Proteine, die auf den Neurotransmitter Acetylcholin reagieren – binden und so die Muskelkontrolle beeinflussen.
Diese Forschung zeigte, wie Glykoproteinmoleküle des Virus an Acetylcholinrezeptormoleküle binden, was zusätzlich zur Beeinflussung des Signalweges, der die Muskelsteuerung diktiert, bedeutet, dass sie auch das Gehirn replizieren und infizieren können.
Neuere Forschungen haben auch gezeigt, dass das Glykoproteinmolekül bei Tollwut eine Sequenz von Aminosäuren enthält, die einer Aminosäuresequenz, die in Schlangengift gefunden wird, sehr ähnlich ist.
Diese Aminosäuren wirken als Inhibitoren für die nikotinischen Acetylcholinrezeptoren.
Tollwut hemmt Rezeptoren im Gehirn
Dr. Hueffer und sein Kollege Dr. Marvin Schulte – der auf Nikotinrezeptoren spezialisiert ist – verbanden die Punkte zwischen diesen bestehenden Befunden und stellten fest, dass die Eigenschaften von Aminosäuren im Tollwutglykoprotein eine Schlüsselrolle bei der Beeinflussung des hektischen Verhaltens des Wirts nach einer Infektion mit dem Virus spielen könnten .
"Wir wussten, dass nikotinische Acetylcholinrezeptoren, die an das Virus in Muskeln binden, auch im Gehirn vorkommen, und wir vermuteten, dass das Virus auch an solche Rezeptoren binden kann", sagt Dr. Hueffer.
"Wenn Schlangengift eine ähnliche Struktur wie Teile des Virus hat und diese Rezeptoren hemmt", fährt er fort, "dachten wir vielleicht, dass das Virus diese Rezeptoren im Gehirn ebenfalls hemmen könnte. Außerdem dachten wir, dass diese Interaktion das Verhalten beeinflussen könnte."
Nachdem diese mögliche Verbindung festgestellt wurde, führten Dr. Hueffer und ein anderer Kollege, Dr. Michael Harris, eine Reihe von Experimenten an Mäusen durch, um ihre Hypothese zu testen.
"Die Viren sammeln sich im frühen Stadium der Infektion in den Räumen zwischen den Gehirnzellen. In diesen Räumen kommunizieren die Gehirnzellen", erklärt Dr. Harris.
"Wir dachten," fügt er hinzu, "wenn Viren an Rezeptoren in diesen Räumen binden könnten und die Kommunikation zwischen den Gehirnzellen verändern könnten, könnte das Virus das Verhalten des infizierten Tieres verändern."
Einer der Tests beinhaltete die Injektion von Tollwut-Glykoprotein in die Gehirne der Mäuse, um zu sehen, welche Wirkung dies hätte. Die Forscher stellten fest, dass die Tiere nach der Injektion deutlich mehr bewegt wurden.
Dr. Harris erklärt: "Als wir dieses kleine Stück des Virus-Glykoproteins in das Gehirn von Mäusen injizierten, begannen die Mäuse viel mehr herumzurennen als Mäuse, die eine Kontrollinjektion erhielten. Ein solches Verhalten kann bei Tollwut-infizierten Tieren beobachtet werden Gut."
Laut Dr. Hueffer und seinem Team ist dies das erste Mal, dass experimentelle Beweise präsentiert wurden, um zu zeigen, wie Tollwut mit anderen Zellen im Nervensystem interagiert, um ein verändertes Verhalten zu induzieren, das infizierte Wirte zur Verbreitung des Virus bestimmt.
