Wird das Virus, das „nur der Stärkste überlebt“, letztendlich zum König werden?

David Quammen, ein amerikanischer Wissenschaftsautor und begabter Geschichtenerzähler, veröffentlichte 2012 das Buch „Spillover: Animal Infections and the Next Human Pandemic“. Darin blickt er auf die verschiedenen Infektionskrankheiten zurück, mit denen die Menschheit in der Vergangenheit konfrontiert war, und untersucht und reflektiert die Beziehung zwischen Mensch, Wildtieren und Natur. Er sagte voraus, dass es sich bei der nächsten Pandemie immer noch um ein Virus handeln würde, und nun hat sich seine Vorhersage leider bewahrheitet. Dieser Artikel darf ausschließlich aus Kapitel 6 „Virus-Überlebensstrategien“ der chinesischen Übersetzung des Buches („Fatal Contact“, CITIC Press, 2020.6, 2. Auflage) entnommen werden, in dem die beiden Hauptmerkmale von Viren – Infektiosität und Toxizität – erläutert werden. Aus der Perspektive des Virusüberlebens wird die Bedeutung verschiedener Infektionsarten und der Toxizität von Viren erläutert. Am Beispiel Australiens, wo Viren eingeführt wurden, um Kaninchen zu töten, wird deutlich, dass sich das Virus, das nach dem Prinzip „Überleben des Stärkeren“ arbeitet, letztendlich durchsetzen wird. Dieser Artikel wurde leicht bearbeitet.

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Von David Quammen

Übersetzt von Liu Ying

Korrekturlesen | Zhang Jinshuo, Xu Hengmin

Der nächste Virusausbruch, ein Konzept, das ich zu Beginn dieses Buches erwähnt habe, ist eines, auf das sich Wissenschaftler auf der ganzen Welt häufig beziehen. Sie haben sich viele Gedanken darüber gemacht, intensiv darüber diskutiert und sind es bereits gewohnt, entsprechende Fragen gestellt zu bekommen. Doch das Rätsel ist bislang nicht gelöst. Doch der Gedanke an den nächsten Virusausbruch beschäftigt sie ständig.

AIDS ist heute die häufigste Infektionskrankheit. Bisher lässt sich seine endgültige Stärke (Schadensreichweite und Kontaktfläche) noch nicht einmal vorhersagen. Derzeit sind etwa 30 Millionen Menschen an AIDS gestorben und etwa 34 Millionen Menschen infiziert. Diese Infektion hält immer noch an und ein Ende ist nicht in Sicht. Polio war ebenfalls eine ernstzunehmende Krankheit, zumindest in den USA. Dort erlangte sie berüchtigte Berühmtheit, weil ein Mann, der sich mit Polio infizierte, später US-Präsident wurde. (Anmerkung des Herausgebers: Spätere Studien zeigten, dass das Guillain-Barré-Syndrom die Ursache für Franklin Roosevelts Lähmung der unteren Gliedmaßen war.) Während der schlimmsten Jahre der Polio-Infektion litten Tausende von Kindern an der Krankheit, und viele Kinder wurden leider gelähmt oder starben sogar. Angesichts einer derart grassierenden Krankheit ist die Öffentlichkeit sprachlos und hilflos wie ein Reh im grellen Scheinwerferlicht. Die Ausbreitung der Kinderlähmung führte jedoch zu dramatischen Veränderungen in der Finanzierung und Verwaltung groß angelegter medizinischer Forschung.

Die größte Infektionskrankheit des 20. Jahrhunderts war die Grippepandemie von 1918–1919. Zuvor war die Pockenkrankheit auch für die Bevölkerung des nordamerikanischen Kontinents ein erhebliches Problem. Es wurde um 1520 mit der Expeditionsstreitmacht aus Spanien eingeführt und half Cortés, Mexiko zu erobern. Wenn man auf Europa vor zwei Jahrhunderten zurückblickt, war der Schwarze Tod damals wahrscheinlich eine Art Seuche. Unabhängig davon, ob es sich bei den Bakterien, die die Pest verursachten, um Bazillus oder um mysteriösere Bakterien handelte (viele Historiker haben diese Frage in jüngster Zeit diskutiert), besteht kein Zweifel daran, dass der Schwarze Tod eine äußerst bedrohliche Krankheit war, die damals den Tod der Menschen forderte. Zwischen 1347 und 1352 starben mindestens 30 % der Europäer an dieser Infektionskrankheit.

Zusammenfassend lässt sich sagen: Wenn eine Bevölkerung dynamisch ist, eine hohe Bevölkerungsdichte aufweist und es unter ihr zu einer neuen Infektionskrankheit kommt, ist eine Ansteckung nur eine Frage der Zeit.

Möglicherweise stellen Sie fest, dass es sich bei den meisten dieser Krankheitserreger nicht um Viren handelt, aber nicht bei allen. Da Antibiotika mittlerweile weit verbreitet sind und die Sterblichkeitsrate bei bakteriellen Infektionen deutlich sinkt, können wir davon ausgehen, dass es sich beim nächsten großen Ausbruch immer noch um ein Virus handeln wird.

Um zu verstehen, warum manche Virusausbrüche so schwerwiegende Folgen haben, manche sogar schwere Katastrophen verursachen, während andere nur vorübergehend sind oder still und leise verschwinden, ohne Schaden anzurichten, wollen wir zwei Aspekte von Viren betrachten: Infektiosität und Virulenz.

Dies sind zwei sehr wichtige Parameter, die ebenso wie Geschwindigkeit und Masse in der Physik eine entscheidende Rolle spielen. Diese beiden Faktoren bestimmen zusammen mit mehreren anderen Faktoren weitgehend das Gesamtausmaß des Ausbruchs. Keines von beiden ist konstant und die Beziehung zwischen den beiden ist relativ. Sie spiegeln die Verbindung zwischen dem Virus und seinem Wirt sowie dem Virus und der Außenwelt wider und spiegeln die äußere Umgebung wider, nicht nur die Mikroorganismen selbst. Infektiosität und Virulenz sind das Yin und Yang der viralen Ökologie.

Verschiedene Übertragungsstrategien haben ihre eigenen Vor- und Nachteile. Die einfachste Beschreibung der Infektiosität lautet, dass Viren sich replizieren und verbreiten müssen, um zu überleben. Solche Aussagen haben Sie sicher schon einmal gehört. Viren können sich aus den bereits genannten Gründen nur in Wirtszellen replizieren. Unter Übertragung versteht man die Übertragung eines Virus von einem Wirt auf den nächsten, und unter Ansteckung versteht man eine Reihe von Eigenschaften, die die Verbreitung eines Virus ermöglichen.

Könnten sich Viruspartikel im Rachen oder in den Atemwegen des Wirts ansammeln und diesen zum Husten oder Niesen veranlassen, wodurch sich das Virus mit dieser Kraft verbreiten könnte? Können die Viren, wenn sie erst einmal in die äußere Umgebung gelangen, der Belastung durch Austrocknung und ultraviolette Strahlung auch nur für ein paar Minuten standhalten? Können sie beim Eindringen in ein neues Individuum auf einer anderen Art von Schleimhaut (Nase, Rachen, Augen) landen, sich daran festsetzen und dann in die Zelle eindringen, um eine weitere Replikationsrunde zu starten? Wenn diese Reihe von Schritten erfolgreich abgeschlossen ist, ist das Virus hoch ansteckend und kann durch die Luft von einem Wirt auf einen anderen übertragen werden.

Glücklicherweise können nicht alle Viren über die Luft verbreitet werden. Wenn HIV-1 über die Luft übertragen werden könnte, wären Sie und ich wahrscheinlich schon lange tot. Wenn Tollwut durch die Luft übertragen werden könnte, wäre sie der furchterregendste Krankheitserreger der Welt.

Die Grippe wird vor allem über die Luft übertragen, weshalb sich neue Stämme innerhalb weniger Tage weltweit verbreiten können. Auch das SARS-Virus wird über diesen Weg bzw. durch Tröpfchen beim Niesen und Husten übertragen. Es kann in den Fluren eines Hotels schweben oder sich frei in der Kabine eines Flugzeugs bewegen. Eine Umgebung mit solch großer Kapazität und eine Sterblichkeitsrate von fast 10 % waren der Grund dafür, dass viele Menschen, die das Virus kannten, im Jahr 2003 erschraken. Andere Viren nehmen jedoch andere Übertragungswege, und jeder davon hat seine eigenen Vor- und Nachteile.

Der fäkal-orale Übertragungsweg klingt eklig, kommt aber sehr häufig vor. Dieser Übertragungsweg ist für einige Viren wirksam, da die Wirtsorganismen (einschließlich des Menschen) oft hilflos sind, insbesondere wenn sie in Gruppen mit hoher Dichte leben und das von ihnen aufgenommene Wasser oder die Nahrung wahrscheinlich durch die Ausscheidungen anderer Mitglieder verunreinigt ist. Dies ist einer der Gründe, warum Kinder in Flüchtlingslagern bei Regen an Dehydrierung sterben. Das Virus gelangt über den Mund in den Wirt und vermehrt sich im Bauchraum oder Darm des Wirts, was zu Magen-Darm-Erkrankungen und schwerem Durchfall führt. Natürlich kann sich das Virus auch auf andere Körperteile ausbreiten.

Durchfall ist Teil einer effektiven Übertragungsstrategie für dieses Virus. Viren, die sich auf diese Weise verbreiten, hätten in der Außenwelt große Schwierigkeiten, da sie ein oder zwei Tage in der Nähe des Abwasserbrunnens bleiben müssten, bis jemand Durstiges und Hungriges käme, um das Wasser zu trinken. Es gibt eine ganze Klasse von Viren, die auf diese Weise übertragen werden – die Enteroviren, eine Gruppe von etwa 70 Viren, zu denen auch Polio gehört. Sie alle greifen den menschlichen Darm an, die meisten infizieren nur den Menschen und verursachen keine Zoonosen. Offensichtlich besteht für sie keine Notwendigkeit mehr, Tiere zu infizieren, da die dicht besiedelte menschliche Welt für ihr Überleben ausreicht.

Die Übertragungswege von durch Blut übertragbaren Viren sind relativ komplex. Im Allgemeinen muss dieser Kommunikationskanal auf einen Dritten angewiesen sein – das Kommunikationsmedium. Das Virus repliziert sich vollständig im Blut des Wirtes und verursacht eine schwere Virämie (Blut voller Viruspartikel). Der Vektor (ein blutsaugendes Insekt oder ein anderer Arthropode) muss sich am Wirt gütlich tun, das Blut des Wirtes zusammen mit dem Virusblut saugen und es dann wegbringen. Der Vektor selbst muss ein gastfreundlicher Wirt sein, damit sich das Virus in seinem Körper replizieren und eine stärkere Virämie erzeugen kann. Das virale Blut muss die Mundhöhle des Überträgers erreichen und jederzeit zur Freisetzung bereitstehen. Wenn der Vektor dann den Wirt beißt, löst er eine Virorrhoe aus (genau wie beim Ausspucken von gerinnungshemmendem Speichel). Das Gelbfiebervirus, das West-Nil-Virus und das Dengue-Virus werden alle auf diesem Weg verbreitet. Diese Art der Kommunikation hat Vor- und Nachteile.

Der Nachteil besteht darin, dass die Vektorübertragung eine Anpassung an zwei sehr unterschiedliche Umgebungen erfordert: den Blutkreislauf der Wirbeltiere und die Bauchhöhle der Arthropoden. Ein Virus kann in einer Umgebung gut wachsen, in einer anderen jedoch möglicherweise überhaupt nicht überleben. Daher muss das Virus zwei Sätze genetischer Gene vorbereiten. Der Vorteil dieses Übertragungswegs besteht darin, dass durch Blut übertragbare Viren über einen Träger verfügen, der das Virus unermüdlich und begierig auf der Suche nach einem neuen Wirt weitertragen kann. Die Lufttröpfchen eines Niesers müssen mit dem Wind einigermaßen unkontrolliert transportiert werden, Mücken können jedoch gegen den Wind zu ihren Opfern fliegen. Aus diesem Grund ist die Medienkommunikation ein so wirksames Kommunikationsmittel.

Durch Blut übertragbare Viren können auch durch subkutane Injektionen und Bluttransfusionen auf neue Wirte übertragen werden. Solche Übertragungsmöglichkeiten sind jedoch moderner und zufälliger Natur und stellen lediglich eine zufällige Ergänzung der traditionellen, durch die Evolution entstandenen Übertragungswege dar. Ebola und HIV sind zwei völlig unterschiedliche Viren mit sehr unterschiedlichen Strategien zur Anpassung an die Umwelt, aber beide können gut durch Nadeln übertragen werden, ebenso wie Hepatitis C.

Das Ebola-Virus wird ebenfalls durch engen Blutkontakt von Mensch zu Mensch übertragen, beispielsweise wenn sich eine Person um eine andere kümmert. In einer Klinik im Kongo gab es eine Krankenschwester, deren Hände rissig waren und kleine Schnitte aufwiesen. Sie brauchte nur wenige Minuten, um die blutigen Ruhrexkremente auf dem Boden ihrer kleinen Klinik aufzuwischen, doch das genügte, um sie mit dem Ebola-Virus zu infizieren. Dies ist ein besonderer Übertragungsweg und die Art und Weise der Verbreitung des Virus hängt von ihm selbst ab. Normalerweise verbreitet sich das Ebola-Virus zwischen Menschen mithilfe eines bestimmten (bislang noch unbekannten) Übertragungsmediums als Reservoirwirt.

Für die Verbreitung des Ebola-Virus reichen gewöhnliche Übertragungswege aus. Durch spezielle Verbreitungsmethoden können sie einen Replikationsrausch auslösen und werden dadurch äußerst berüchtigt, doch schon bald werden sie selbst eine Katastrophe herbeiführen. In kleinen Kliniken in ganz Afrika wird Ebola über blutige Lappen und wiederverwendete Nadeln von Mensch zu Mensch übertragen. Dies ist keine langfristige Strategie für sein Überleben; Es handelt sich lediglich um einen gelegentlichen Übertragungsweg und hat in der umfassenderen Evolutionsgeschichte des Ebola-Virus (zumindest bisher) kaum Bedeutung. Dies könnte sich natürlich ändern.

Die sexuelle Übertragung ist eine gute Übertragungsstrategie für Viren, die nur eine geringe Resistenz gegenüber der äußeren Umgebung aufweisen. Dieser Übertragungsweg erfordert keinen Kontakt mit der äußeren Umgebung und keine Einwirkung von Licht und trockener Luft. Während der Paarung kommen die Zellen an den Genitalien und Schleimhautoberflächen des Wirtes in direkten und engen Kontakt und Viruspartikel können direkt von einem Individuum auf ein anderes übertragen werden. Eine Infektion kann allein durch Reibung erfolgen (kein Druck erforderlich).

Die sexuelle Übertragung ist eine konservative Strategie, die das Risiko einer Virusübertragung verringert und die Notwendigkeit für das Virus, Abwehrkräfte gegen Trockenheit und Sonnenlicht zu entwickeln, überflüssig macht. Doch diese Übertragungsmethode hat auch Nachteile – offensichtlich sind die Möglichkeiten für diese Art der Übertragung relativ selten. Selbst die lustvollsten Menschen haben nicht so oft Sex, wie sie behaupten. Daher sind Viren, die durch Geschlechtsverkehr übertragen werden, im Allgemeinen geduldiger. Sie durchlaufen eine lange Inkubationszeit mit gelegentlichen Rückfällen (wie Herpesviren) und langsamer Replikation (wie HIV-1 und das Hepatitis-B-Virus) und brechen erst wieder aus, wenn sie sich bis zu einem gewissen Grad repliziert haben. Diese Geduld des Virus im Wirt verschafft ihm mehr Zeit. Sie nutzen diese Zeit, um mehr Sexualpartner kennenzulernen und sich weiter zu verbreiten.

Bei der vertikalen Übertragung handelt es sich um eine Übertragung von der Mutter auf das Kind, eine weitere langsame und vorsichtige Übertragungsart. Auf diese Weise kann das Virus verbreitet werden, wenn ein Tier trächtig ist, Junge zur Welt bringt oder (bei Säugetieren) seine Jungen säugt. Beispielsweise kann HIV-1 von der Mutter über die Plazenta auf den Fötus, über den Geburtskanal auf das Neugeborene oder durch das Stillen auf das Baby übertragen werden. Diese Übertragungen sind jedoch vermeidbar, und durch die rechtzeitige Einnahme von Medikamenten kann die Möglichkeit einer Übertragung von der Mutter auf das Kind verringert werden. Röteln (oft als eine Form der Röteln angesehen) werden durch ein Virus verursacht, das sich vertikal und durch die Luft verbreiten kann und zum Tod des Fötus oder zu sehr schweren Schäden führen kann, darunter Herzfrequenzstörungen und Blindheit oder Taubheit. Aus diesem Grund wurde jungen Mädchen vor der Einführung der Rötelnimpfung geraten, sich mit dem Rötelnvirus zu infizieren und vor Erreichen des gebärfähigen Alters einen leichten Verlauf zu überstehen, wonach sie dauerhaft immun seien. Aus einer streng evolutionären Perspektive ist die vertikale Übertragung allein jedoch keine Strategie für das langfristige Überleben des Rötelnvirus. Das Ende einer Rötelnepidemie kann ebenso wahrscheinlich ein fehlgeborener Fötus oder ein blindes Kind mit einer Herzerkrankung sein wie eine kongolesische Krankenschwester, die mit Ebola infiziert ist.

Unabhängig davon, wie sich ein Virus verbreitet – durch die Luft, fäkal-oral, durch Blut, sexuell, vertikal oder einfach durch den Speichel von Säugetieren wie bei Tollwut – gibt es eine universelle Wahrheit: Die Übertragung allein kann ein Virus nicht verbreiten, und seine Rolle ist nur eine Seite des ökologischen Yin und Yang.

Toxizität: Je stärker, desto besser. Toxizität ist ein weiterer Aspekt der Virenökologie und ihre Bedeutung ist komplexer. Tatsächlich ist das Wort Toxizität zu ausgefallen und ein relativer Begriff. Manche Experten verwenden dieses Wort nicht gern und bevorzugen den Begriff „Pathogenität“. Diese beiden Wörter sind fast synonym, es gibt jedoch einen kleinen Unterschied zwischen ihnen. Unter Pathogenität versteht man die Fähigkeit eines Mikroorganismus, Krankheiten hervorzurufen, während sich Virulenz auf die Schwere der Krankheit bezieht, insbesondere im Vergleich zu Krankheiten, die durch andere Krankheitserreger ähnlicher Arten verursacht werden. Zu sagen, dass ein Virus virulent ist, mag wie eine Tautologie klingen; Schließlich stammen das Substantiv und das Adjektiv von derselben Wurzel. Wenn man das Wort „Virus“ jedoch wieder auf seine ursprüngliche Bezeichnung „giftiger Schleim“ zurücksetzt, dann fragt man sich bei dem Wort „Pathogenität“: „Wie giftig ist es?“

Was wird Ihnen die Toxizität sagen? Dies ist der komplizierteste Teil. Wenn es um Toxizität geht, kennen die meisten von uns die alte Geschichte: Die erste Regel für erfolgreichen Parasitismus besteht darin, den Wirt nicht zu töten. Ein Medizinhistoriker führt diese Idee auf Louis Pasteur zurück, der feststellte, dass die effizientesten Parasiten diejenigen seien, die „harmonisch mit ihren Wirten koexistieren“, sodass eine asymptomatische Infektion „der Idealzustand des Parasitentums“ sein sollte. Zinsser vertritt in „Rats, Lice, and History“ denselben Standpunkt. Durch die Langzeitbeobachtung eines Parasiten und seines Wirtes entdeckte er, dass sich beide im Laufe der Evolution immer weiter anpassten und schließlich „der Eindringling und der Befallene einen Zustand gegenseitiger Toleranz erreichten“. Macfarlane Burnett stimmt zu:

Kurz gesagt: Wenn zwischen zwei Organismen eine Wirt-Parasit-Beziehung entsteht, kann der Parasit nur überleben, weil der Wirt ihm die besten Dienste leistet. Anstatt vom Wirt zerstört zu werden, entwickelt der Parasit eine ausgewogene und harmonische Beziehung zum Wirt. Die Substanzen im Körper des Wirtes reichen aus, um die Energie für das Wachstum und die Vermehrung des Parasiten bereitzustellen, und die verbrauchte Energie reicht nicht aus, um den Tod des Wirtes herbeizuführen.

Auf den ersten Blick scheint dies Sinn zu machen, doch manche Leute – zumindest diejenigen, die sich nicht mit der Theorie der parasitären Evolution beschäftigt haben – halten diese Ansicht für willkürlich. Allerdings gaben selbst namhafte Experten wie Zinsser und Burnett keine direkte Antwort darauf, warum sie dieser Ansicht zustimmen. Sie müssen gewusst haben, dass dieses „Gesetz“ lediglich eine Verallgemeinerung einzelner Fälle war und eine bestimmte Bedeutung hatte. Einige berüchtigte Viren töten ihre Wirte jedoch tatsächlich, wobei die Sterblichkeitsrate bis zu 99 % beträgt und sie diesen Rekord eine Zeit lang aufrechterhalten können. Das Tollwutvirus und HIV-1 sind Paradebeispiele. Die entscheidende Frage ist jedoch nicht, ob das Virus seinen Wirt tötet, sondern wann es dies tun wird.

„Ein Krankheitserreger, der seinen Wirt rasch tötet, begibt sich selbst in Überlebensgefahr, weil er dann sehr schnell und häufig neue Wirte finden muss, um sein Überleben und Fortbestehen zu sichern“, schrieb der Historiker William H. McNeill 1976 in seinem bahnbrechenden Buch „Plagues and Peoples“. McNeill hatte recht; das Schlüsselwort in diesem Satz ist „schnell“. Zeit ist Leben. Krankheitserreger töten ihre Wirte langsam, was zwar grausam und rücksichtslos ist, aber die Überlebenskrise vermeidet.

Die Infektiosität und Toxizität des Virus beeinflussen sich ständig gegenseitig und stehen in Wechselwirkung, wodurch ein dynamisches Gleichgewicht aufrechterhalten wird. Wo liegt der Gleichgewichtspunkt dieses dynamischen Gleichgewichts? Es hängt von der Situation ab. Manche Viren können sich auch dann noch lange Zeit weiter verbreiten, wenn sie alle ihre Wirte töten, da sie den nächsten Wirt finden können, bevor der vorherige Wirt stirbt. Dies ist beim Tollwutvirus der Fall, dessen Wirte normalerweise Hunde, Füchse, Stinktiere oder andere fleischfressende Säugetiere sind, die im Allgemeinen scharfe Zähne und eine Vorliebe für den Verzehr von Fleisch haben. Das Tollwutvirus infiziert das Gehirn des Wirtes, wodurch dieser plötzlich aggressiv wird und wild um sich beißt. Während dieser Zeit infiziert das Virus auch die Speicheldrüsen des Wirtes und kann so das gebissene Opfer erfolgreich infizieren. Selbst wenn der ursprüngliche Wirt irgendwann sterben oder mit dem alten Gewehr des Anwalts Atticus Finch (Anmerkung der Redaktion: eine Figur aus dem Roman „Wer die Nachtigall stört“ der amerikanischen Schriftstellerin Harper Lee) erschossen würde, wäre die Übertragung des Virus dadurch nicht beeinträchtigt.

Tollwut tritt manchmal bei Rindern und Pferden auf, man hört jedoch selten davon, wahrscheinlich weil Pflanzenfresser selten aus Wut beißen und so die Übertragung des Virus verhindert wird. Ein tollwütiger Stier heult vielleicht kläglich oder rammt seinen Kopf gegen eine Wand, aber es ist unwahrscheinlich, dass er Passanten auf einer Landstraße verfolgt und dabei wie verrückt knurrt. In Ostafrika gibt es gelegentlich Berichte über Tollwutausbrüche unter Kamelen, was bei Kamelhirten große Besorgnis auslöst, denn das Ärgerlichste an Dromedaren ist, dass sie Menschen beißen. In einer Meldung von der nordöstlichen Grenze Ugandas hieß es, ein mit Tollwut infiziertes Kamel sei verrückt geworden, „springe auf und ab, biss andere Tiere und starb schließlich.“ In einem anderen Fall aus dem Sudan wurde ein tollwütiges Kamel extrem aufgeregt, zerstörte manchmal leblose Gegenstände und biss sich manchmal in die eigenen Beine. Sich ins eigene Bein zu beißen ist keine große Sache, aber es zeigt, wie hartnäckig dieses Virus ist. Sogar mit Tollwut infizierte Menschen können andere anstecken, indem sie sie beißen, wenn sie sich im späteren Stadium der Krankheit heftig wehren. Laut der Weltgesundheitsorganisation gibt es bisher keine bestätigten Fälle dieser Art, manchmal werden jedoch Vorsichtsmaßnahmen getroffen. Vor einigen Jahren wurde ein kambodschanischer Bauer krank, nachdem er von einem tollwütigen Hund gebissen worden war. Im späteren Stadium der Krankheit begann er zu halluzinieren und litt unter schweren Krämpfen, die schließlich so schlimm wurden, dass er „wie ein Hund bellte“. „Wir haben ihn angekettet und eingesperrt“, erinnerte sich seine Frau später.

Wie bei HIV-1 und Tollwut werden fast alle Wirte ausnahmslos abgetötet. Wenn man bedenkt, welche Viren die höchste Todesrate haben, war es in den dunklen Jahrzehnten vor der Einführung der antiretroviralen Kombinationstherapie zweifellos HIV-1, und das ist es wahrscheinlich immer noch (die Zeit wird es zeigen). In mehreren Kategorien HIV-positiver Menschen ist die Zahl der Todesfälle zurückgegangen (vor allem bei denjenigen, die sich teure „Cocktails“, eine Kombination verschiedener Medikamente, leisten können), doch niemand sagt, dass die Viruserkrankung selbst milder wird.

HIV ist im Wesentlichen ein sich langsam bewegender Organismus und wird daher zusammen mit anderen sich langsam bewegenden Viren wie dem Schaf-Myelin-Shedding-Virus, dem Katzen-Immunschwäche-Virus und dem Virus der Pferde-Infektiösen Anämie als langsames Virus klassifiziert. HIV-1 kann in den menschlichen Blutkreislauf gelangen und zehn Jahre oder sogar länger im Körper überleben. Während dieser Zeit vermehrt es sich allmählich und langsam, umgeht das Abwehrsystem des Körpers, führt zu starken Schwankungen der Virenzahl und zerstört Stück für Stück Zellen, die die Immunfunktion regulieren. Schließlich versetzt das reife HIV den tödlichen Schlag. Während dieses Prozesses, insbesondere in den frühen Stadien der Infektion (wenn der Virusspiegel im Blut ansteigt, aber bevor er wieder abfällt), hat das Virus ausreichend Zeit und Gelegenheit, sich von Mensch zu Mensch zu verbreiten. Als wir uns später die ursprüngliche Ausbreitung von HIV ansahen, stellten wir fest, dass das Virus mehr Zeit und Möglichkeiten zur Infektion verschaffte. Gleichzeitig lässt sich durchaus argumentieren, dass die Evolution zwar zu einer großen Bandbreite von Veränderungen bei HIV, zu einer großen Bandbreite von Anpassungen und zu einer großen Bandbreite neuer Tendenzen geführt haben mag, es jedoch keinen Grund für die Annahme gibt, dass irgendeine Klasse von Varianten weniger tödlich wäre.

Das bekannteste Beispiel für eine verringerte Virusvirulenz ist das Myxomavirus bei australischen Kaninchen. Dieses Beispiel ist zum Paradigma geworden. Myxomatose ist keine Zoonose, hat aber eine kleine, aber wichtige Rolle dabei gespielt, Wissenschaftlern zu helfen, zu verstehen, wie die Virulenz von Viren in der Evolution reguliert wird.

Welcher Virustyp überlebt am Ende? Die Geschichte spielt Mitte des 19. Jahrhunderts. Ein weißer Landbesitzer, Thomas Austin, hatte die Idee, Wildkaninchen aus Europa nach Australien einzuführen. Er war nicht der erste, der Kaninchen nach Australien brachte, aber er war der erste, der Wildkaninchen einführte. Er hält sie in Freilandhaltung auf seinem Anwesen in Victoria, dem südlichsten Bundesstaat des australischen Festlands. Diese Kaninchen sind nicht an die Zwänge eines Hauses gebunden und können in der Wildnis überleben, sodass sie sich auf natürliche Weise sehr schnell vermehren (schließlich sind es Kaninchen). Wenn er lediglich das Vergnügen der Kaninchenjagd genießen oder Kaninchen als Beute für Jagdhunde verwenden wollte, dann war die tatsächliche Situation weit von seinen Vorstellungen entfernt. In nur sechs Jahren wurden auf seinem Anwesen 20.000 Kaninchen getötet und unzählige andere entkamen aus allen Richtungen des Anwesens.

Bis 1880 hatten die Kaninchen den Murray River überquert und waren nach New South Wales gelangt, von wo aus sie sich weiter nach Norden und Westen ausbreiteten. Die Vorhut dieser Kaninchenarmee rückt mit einer beeindruckenden Geschwindigkeit von etwa 70 Meilen pro Jahr vor, einschließlich gelegentlicher Pausen zum Ausruhen, Erholen und Fortpflanzen. Im Laufe der Jahrzehnte hatte sich die Situation zweifellos verschlechtert. Im Jahr 1950 gab es in Australien schätzungsweise 600 Millionen Kaninchen, die mit der einheimischen Tierwelt und dem Viehbestand um Nahrung und Wasser konkurrierten. Die Australier konnten dies nicht länger tolerieren und beschlossen, sofortige Maßnahmen zur Eindämmung dieser Kaninchen zu ergreifen.

Im selben Jahr stimmte die australische Regierung der Einfuhr eines Kaninchenpockenvirus, einer Form von Myxom, aus Brasilien zu. Dieses Virus kann brasilianische Kaninchen infizieren, richtet aber keinen großen Schaden an. In seiner Heimat Brasilien verursacht es bei bekannten Wirten nur kleine Hautgeschwüre, die sich nicht ausbreiten und langsam heilen. Brasilianische Kaninchen gehören jedoch zur Kategorie der südamerikanischen Waldkaninchen und Experimente haben gezeigt, dass die Folgen einer Infektion europäischer Kaninchen mit diesem amerikanischen Virus äußerst schwerwiegend sein können.

Ja, das Myxom wirkte wie eine Plage und tötete etwa 99,6 % der infizierten Kaninchen. Auch bei diesen Kaninchen traten Geschwüre auf, die allerdings nicht kleinflächig waren. Stattdessen handelte es sich um großflächige Geschwüre, und zwar nicht nur auf der Haut, sondern auch an allen Organen des Körpers. Die Situation war sehr ernst und die Kaninchen starben innerhalb von zwei Wochen nach Ausbruch der Krankheit. Das Virus wird hauptsächlich durch Mücken übertragen, und Australiens Mücken sind nicht nur zahlreich und blutrünstig, sondern auch begierig darauf, neuen Arten das Blut zu saugen. Das Virus scheint eher physikalisch als biologisch übertragen zu werden. Das bedeutet, dass die Viruspartikel am Mund der Mücke haften bleiben, statt sich im Magen oder in den Speicheldrüsen der Mücke zu vermehren und dort giftige Substanzen zu produzieren. Diese physische Kommunikationsmethode ist eine relativ schwerfällige Form der Medienkommunikation, aber sie ist in manchen Situationen einfach und effektiv.

Nach mehreren experimentellen Freisetzungen des Virus befiel die Myxomatose die Kaninchen im Murray Valley und verursachte eine „spektakuläre Tierseuche“. Dies könnte daran liegen, dass die Geschwindigkeit und das Ausmaß der Ausbreitung der Krankheit „in der Geschichte der Infektionskrankheiten beispiellos“ seien. Dies ist auf die Brise zurückzuführen, die Mücken und Stechmücken mit sich tragen, denn sonst hätte sich das Virus nicht so schnell verbreitet. Tausende Kaninchenkadaver wurden in Victoria, New South Wales und Queensland zu Hügeln aufgetürmt. Außer für Kaninchen-Sympathisanten und diejenigen, die ihren Lebensunterhalt mit billigem Kaninchenfell verdienen, ist dieses Ergebnis einfach erfreulich. Im Laufe des Jahrzehnts geschahen zwei Dinge: Das Virus wurde weniger giftig und die überlebenden Kaninchen wurden resistenter gegen das Virus. Zweitens sank die Sterberate und die Kaninchenpopulation begann sich zu erholen. Aus einer einfachen kurzfristigen Perspektive betrachtet, ist dies der Fall und wir können eine offensichtliche Schlussfolgerung ziehen: Die Evolution kann die Toxizität von Viren verringern und Viren und Wirte neigen dazu, „gegenseitig toleranter“ zu sein.

Aber das ist nicht ganz richtig. Die Fakten wurden durch sorgfältige Experimente des australischen Mikrobiologen Frank Fenner und seiner Kollegen herausgearbeitet. Tatsächlich sank die Toxizität des Virus von einem anfänglichen Grenzwert von über 99 % rasch ab und blieb dann auf einem relativ niedrigen, aber immer noch recht hohen Niveau stabil.

Können Sie glauben, dass eine Sterblichkeitsrate von „nur“ 90 % dazu führen kann, dass sich Virus und Wirt gegenseitig tolerieren? Ich glaube es auch nicht. Die maximale Toxizität des Virus ist so hoch wie die Sterblichkeitsrate des Ebola-Virus im ländlichen Kongo. Aber Fennell stellte fest, dass dies der Fall war. Er und seine Kollegen sammelten zahlreiche Virusproben in der freien Natur, testeten sie auf Infektionen an sauberen und gesunden Kaninchen in Gefangenschaft und verglichen dann die Infektionsbedingungen jeder einzelnen Probe, um die Veränderungen der Virustoxizität zu untersuchen. Sie stellten fest, dass es eine große Vielfalt an Varianten des Virus gibt. Zu Analysezwecken unterteilten sie diese Varianten in fünf Stufen des australischen Myxoms, von hohen bis zu niedrigen Sterblichkeitsraten. Die erste Stufe ist die ursprüngliche Variante mit einer Sterblichkeitsrate von nahezu 100 %; die zweite Stufe hat eine Sterblichkeitsrate von über 95 %; die dritte Stufe liegt in der Mitte der fünf Stufen, mit einer Sterblichkeitsrate zwischen 70 % und 95 %; die vierte Stufe ist etwas milder; Die fünfte Stufe ist eine abgeschwächte Version des Virus (die verursachten Symptome sind sehr mild), es sterben nur wenige Kaninchen daran und sie eignet sich sehr gut als Impfstoff.

Welcher Anteil dieser fünf Stufen entfällt auf die infizierten Kaninchen? Durch das Sammeln von Proben aus der freien Natur, das Testen auf das Vorkommen der einzelnen Sorten und das Verfolgen der Veränderungen der proportionalen Dominanz im Laufe der Zeit hoffen Fennell und seine Kollegen, einige grundlegende Fragen zu beantworten, darunter: Wird das Virus tatsächlich weniger virulent? Entwickelt sich die gegenseitige Evolution von Kaninchen und Mikroben in Richtung dessen, was Zinsser als „bessere gegenseitige Toleranz“ bezeichnet, also in etwa so, wie diese harmlose fünfte Ebene? Lernen Myxome, ihre Wirte zu töten?

Die Antwort ist nein. Ein Jahrzehnt später stellten Fennell und seine Kollegen fest, dass Myxome tertiären Grades vorherrschend waren und bei Kaninchen immer noch eine Sterblichkeitsrate von über 70 % verursachten; mehr als die Hälfte aller gesammelten Proben entfiel auf sie. Der tödlichste Typ (Stufe 1) ist fast verschwunden und der am wenigsten schädliche Typ (Stufe 5) ist immer noch selten. Die Lage scheint sich stabilisiert zu haben.

Aber hat es sich wirklich stabilisiert? Auf der langen Reise der Evolution sind zehn Jahre nur ein Wimpernschlag, und selbst für sich schnell vermehrende Viren und Kaninchen ist es nur ein Wimpernschlag. Fennell sah weiter zu.

Zwanzig Jahre später berichtete er von einer dramatischen Veränderung: Bis 1980 machten Myxome tertiären Grades die Hälfte der gesammelten Proben aus; jetzt machten sie zwei Drittel aus. Eine hohe Sterblichkeitsrate bedeutet nicht immer den Tod. Die Tatsache, dass das Myxom des dritten Pols in der Wildnis gedeiht, ist ein Beispiel für eine erfolgreiche Evolution. Eine sehr milde Sorte, die fünfte Klasse, ist mittlerweile verschwunden. Es war nicht so, dass die Konkurrenzfähigkeit beeinträchtigt gewesen wäre, aber aus irgendeinem Grund schien es Darwins Test nicht zu bestehen: Die Untauglichen wurden eliminiert.

Wie lässt sich dieses unerwartete Ergebnis erklären? Fennell spekulierte scharfsinnig, dass die dynamische Beziehung zwischen viraler Virulenz und Übertragbarkeit all dies erklären könnte. Er testete alle Viren auf unterschiedlichen Ebenen mithilfe gefangener Kaninchen und Mücken und stellte fest, dass die Übertragungseffizienz mit der Anzahl der auf der Haut des Kaninchens vorhandenen Viren zusammenhing. Mehr Läsionen oder eine längere Dauer der Läsionen bedeuten, dass mehr Viren verfügbar sind. Je mehr Viren am Mund der Mücke haften bleiben, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit einer Übertragung. Es wird jedoch angenommen, dass das „verwendbare Virus“ von einem lebenden, noch blutenden Kaninchen stammt, was bedeutet, dass der Vektor immer noch daran interessiert ist. Ein totes, steifes Kaninchen wird nicht die Aufmerksamkeit von Mücken erregen. Fennell stellte fest, dass es ein Gleichgewicht zwischen den beiden extremen Infektionsausgängen gab, nämlich zwischen den Kaninchen, die sich erholten, und denen, die starben.

„Laborstudien haben gezeigt, dass alle Stämme, die Läsionen hervorrufen können, genügend Viren für die Übertragung bereitstellen“, schrieb er. Hochpathogene Viren (Stadium I und II) töten Kaninchen jedoch schnell, „so schnell, dass die Läsionen nur wenige Tage lang ansteckend bleiben.“ Die milderen Varianten (Grad 4 und 5) führten zu Läsionen, die schnell heilten. Die Vergeltung für die schnelle Genesung, fügte er hinzu, liege darin, dass „Kaninchen, die mit dem Virus der Stufe 3 infiziert sind, bis zu ihrem Tod hochgradig ansteckend bleiben, und diejenigen, die überleben, bleiben sogar noch länger ansteckend.“ Zu diesem Zeitpunkt war die Stufe 3 immer noch in der Lage, etwa 67 % der dem Virus ausgesetzten Kaninchen zu töten. Nach drei Jahrzehnten der Forschung entdeckte Fennell, dass die extrem tödliche Toxizität des Myxomavirus seine Übertragbarkeit maximiert. Das Virus tötet die meisten infizierten Kaninchen, sichert aber auch sein eigenes Überleben, indem es eine kontinuierliche Infektion aufrechterhält.

Handelt es sich hier um den ersten Fall, in dem sich ein Parasit erfolgreich festsetzt? Der Erfolg der Myxom-Behandlung in Australien lässt darauf schließen, dass hier etwas anders ist als die vorhin erwähnte allgemeine Überzeugung. Es geht nicht darum, Ihren Host nicht zu töten, sondern darum, keine Brücken abzubrechen.

Die Frage, wer solche Regeln geschaffen hat, ist schlicht und ergreifend eine Evolution. Später erstellten Wissenschaftler ein Epidemiedynamikmodell (SIR) und schlugen die grundlegende Reproduktionsrate infizierter Personen vor, die die optimale Strategie für die Virusentwicklung widerspiegeln kann. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit eines Virus innerhalb einer Wirtspopulation steht in direktem Zusammenhang, und es besteht eine umgekehrte und komplexe Beziehung zu seiner Pathogenität, Heilungsrate und natürlichen Sterblichkeit aufgrund anderer Ursachen. Auf spezifische Umstände der Übertragbarkeit und Toxizität müssen jedoch weiterhin erwähnt werden. Es hängt von Ökologie und Evolution ab.

RNA -Viren haben eine hohe Mutationsrate und eine große Anzahl, was dazu führt, dass das Virus adaptivere Veränderungen erzeugt. Das Virus ist bestrebt, das Immunsystem jedes Wirts zu übertreffen, die Oberhand zu gewinnen und schnell mit allem zu evakuieren, was er braucht, bevor die Verteidigung des Wirts sie abkämpft und dann auf dem Weg fortgesetzt wird.

DNA -Viren weisen jedoch die entgegengesetzten extremen Eigenschaften auf. Ihre Mutationsrate ist sehr niedrig und ihre Gesamtzahl ist nicht groß. Die Suche nach Selbsterhaltung und Unsterblichkeit ist zu ihrer Überlebensstrategie geworden, und sie tendieren dazu, den Weg eines langwierigen Krieges zu übernehmen.

Wenn Sie dieses festgefahrene Virus ohne langfristige Sicherheitsgarantien, keine Zeit zu verlieren, ohne Verlust von Wetten und nur die Fähigkeit, sich an neue Umstände anzupassen, dann, was würden Sie dann tun? Bisher hat die Forschung, die wir durchgeführt haben, die Frage, die mich am meisten interessiert: "Sie werden oft zwischen den Arten ausgewählt", sagte der Virus -Experte Edward C. Holmes.