HIV

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Einleitung

HIV (Human Immunodeficiency Virus: humanes Immunschwächevirus), zur Unterfamilie Lentiviren der Familie Retroviren zählendes Virus, welches das erworbene Immunschwächesyndrom AIDS verursacht.

HI-Viren werden durch Sperma, Scheidensekrete, Blut und Muttermilch übertragen. Die Viren infizieren Leukozyten, Blutzellen des Immunsystems. Bis zum Ausbruch von AIDS können nach der Infektion bis zu 15 Jahre vergehen (siehe Latenzzeit). Wie alle Retroviren müssen HI-Viren ihr gesamtes Erbgut, das sich auf der RNA (Ribonucleinsäure) befindet, nach dem Eindringen in eine Wirtszelle in DNA (Desoxyribonucleinsäure) umschreiben. Dieser Vorgang wird als reverse Transkription bezeichnet. Zu diesem Zweck besitzen die Viren ein bestimmtes Enzym, die Reverse Transkriptase.

Die Entdeckung des HIV im Zusammenhang mit AIDS wird drei Gruppen von Wissenschaftlern zugeschrieben: 1983 gelang dies Luc Montagnier und seinen Kollegen am Pasteur-Institut in Paris, gefolgt von dem Forscherteam um Robert Gallo vom amerikanischen National Cancer Institute und schließlich der Forschungsgruppe unter Leitung von Jay Levy an der University of California in San Francisco.

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Virustypen

Man unterscheidet die beiden Virustypen HIV 1 und HIV 2; ersterer wird in die drei Hauptgruppen M (main), O (outlier) und N (new) unterteilt. Die weltweite Epidemie wird durch die Hauptgruppe M verursacht, die wiederum in neun Subtypen von A bis I untergliedert wird. In Nordamerika und Europa ist vor allem Subtyp B verbreitet, in Deutschland wurden mehrere weitere Subtypen nachgewiesen. Die 1991 entdeckte Hauptgruppe O ist nur aus Kamerun, Gabun und Guinea bekannt. Die Hauptgruppe N wurde 1998 erstmals (in Westafrika) nachgewiesen.

Der am weitesten zurückreichende Beleg einer HIV-Infektion beim Menschen betrifft den Nachweis von RNA-Fragmenten des Virustyps HIV-1 in einer Blutprobe, die 1959 einem Schwarzafrikaner aus Léopoldville (heute Kinshasa, Demokratische Republik Kongo) entnommen wurde. Die erste Übertragung von HIV-1-Viren erfolgte jedoch vermutlich bereits im frühen 20. Jahrhundert, und zwar in Kamerun, von Schimpansen der Unterart Pan troglodytes troglodytes auf den Menschen (Science, 2000). Die Viren gelangten wahrscheinlich beim Zerlegen des Fleisches getöteter Schimpansen in den menschlichen Organismus. Mit dem selteneren HIV-2-Stamm infizierte sich der Mensch vermutlich Anfang der vierziger Jahre des 20. Jahrhunderts in Guinea-Bissau an Meerkatzen (Proceedings of the National Academy of Sciences, 2003).

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Aufbau des Virus und Infektionsweg

Die äußere Oberfläche des HIV besteht aus einer Lipidhülle, die von der Membran einer infizierten Zelle stammt. Aus dieser Oberfläche ragen das virale Transmembranglykoprotein (gp41) und das Hüllprotein (gp120) hervor, die es dem Virus ermöglichen, sich an die Zielzelle anzulagern und mit ihrer Membran zu verschmelzen. Innerhalb dieser Hülle bildet das virale Kernprotein p17 die Matrix des infektiösen Viruspartikels (Virion). Das Kernprotein p24 bildet ein inneres, zylindrisches Nucleoid (Kernäquivalent, das für die Virenvermehrung verantwortlich ist). Dieses Nucleoid enthält zwei RNA-Stränge (das Erbgut des Virus) und das Enzym Reverse Transkriptase.

HIV infiziert Zellen, die auf ihrer Oberfläche das CD4-Molekül tragen (ein normales Immunprotein, das dem Virus als Rezeptor dient). Das Hüllprotein gp120 erkennt den CD4-Rezeptor und bindet sich daran. Auf diese Weise vereinigt sich das Virus mit der Zellmembran. Diese ermöglicht dem Nucleoid, in die Zelle einzudringen. Das Virus bewegt sich nach einer Infektion offensichtlich an den Mikrotubuli der Zelle entlang zum Zellkern, es diffundiert also nicht frei durch das Zytoplasma (das stark wasserhaltige Zellinnere). In der Zelle findet die reverse Transkription statt, bei der die Virus-RNA in einen DNA-Doppelstrang umgeschrieben wird. Die Virus-DNA wird dann zum Zellkern transportiert und in die normale Zell-DNA eingegliedert. Wenn die geeigneten Aktivierungssignale gegeben werden, beginnt die neue Virionenbildung.

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Ansatzpunkte für Medikamente

HI-Viren können auch ruhende (nicht nur aktive) CD4-T-Zellen infizieren. Die Oberfläche von Zellen enthält normalerweise einen MHC 1 (siehe Histokompatibilität) genannten Proteinkomplex, der im Fall einer Virusinfektion Partikel des Virus ergreift und diese den Immunzellen präsentiert, so dass die befallenen Zellen vom Immunsystem erkannt und zerstört werden können. Das HI-Virus veranlasst allerdings, dass eine befallene Zelle MHC 1 in sich aufnimmt. Das so genannte nef-Protein wirkt als molekulare Brücke für den Transport von MHC-Proteinen ins Zellinnere. T-Helferzellen des Immunsystems erkennen deshalb nicht, dass die betreffende Zelle infiziert ist. Man hofft, Medikamente entwickeln zu können, die den Transport von MHC ins Zellinnere verhindern. Die dreidimensionale Struktur der Bindungsstelle des CD4-Proteins lässt erkennen, dass sich der Kontakt zwischen CD4 und dem HIV-Hüllprotein über einen deutlich größeren Bereich als der zwischen CD4 und MHC-Proteinen erstreckt. Dadurch wird die MHC-Bindungsstelle blockiert und nicht nur die Abwehr des HI-Virus, sondern auch die anderer Krankheitserreger beeinträchtigt.

Im Erbgut von Schimpansen gibt es nur halb so viele Genvarianten für MHC 1 wie beim Menschen. Darauf ist die Immunität von Schimpansen gegen HIV zurückzuführen. Vermutlich überlebten die Vorfahren heutiger Schimpansen vor etwa zwei Millionen Jahren eine AIDS-ähnliche Epidemie mit SI-Viren und erwarben dabei auch ihre HIV-Immunität (Proceedings of the National Academy of Sciences, 2002). Auch beim Menschen gibt es Immunität gegen HIV: Insbesondere Nordeuropäer tragen häufig eine Genvariante (CCR5), die durch die Veränderung eines Oberflächenproteins Immunität verleiht. Da HI-Viren Menschen wahrscheinlich erst seit dem 20. Jahrhundert infizieren, ist es erstaunlich, dass sich diese Mutation verbreiten konnte. Einer neuen Hypothese zufolge wurden die in vergangenen Zeiten als „Pest” beschriebenen Seuchenzüge teilweise durch Viren verursacht. Möglicherweise entstand schon im Altertum gegen diese Viren Immunität, und zwar durch dieselbe Genvariante, die heute vor HIV schützt (Journal of Medical Genetics, 2005).

Das HI-Virus verhüllt seine Andockstelle kurz vor der Infektion, um sich der Immunabwehr des Körpers zu entziehen. Zudem schützt es sich durch eine Kohlenhydrathülle gegen die Antikörper des Immunsystems: Das Virus wird vom Immunsystem nicht erkannt. Einbuchtungen auf der Oberfläche von gp120 oder gp41 können jedoch Angriffspunkte für Medikamente bieten: gp41 lässt sich durch medikamentös zu verabreichende Peptide blockieren. Bestimmte Formen des Virus greifen auch Immunzellen an, die das CD4-Protein nicht tragen. Diese als Killerzellen bezeichneten CD8-T-Zellen können jedoch nicht infiziert werden: Das Virus lagert sich lediglich an, wodurch die Killerzellen eine Selbstzerstörung auslösen.

Bei den normalen Stoffwechselvorgängen innerhalb der Wirtszelle wird die integrierte Viren-DNA auf eine Boten-RNA (messenger-RNA oder mRNA) und einen neuen Viren-RNA-Strang umgeschrieben. Die Viren-mRNA wird dann in neue Virenproteine umgesetzt. Auf diese Weise werden in der infizierten Zelle neue Virionen gebildet. Diese neuen HIV-Partikel werden freigesetzt, indem sie aus der Zelloberfläche ausknospen. Dabei bilden sie aus einem Teil der Zellmembran ihre Lipidhülle. Die HIV-Vermehrung kann T-Helferzellen, die den CD4-Rezeptor tragen, töten. Der Verlust dieser Zellen legt das Immunsystem lahm. Eine Infektion mit dem Hepatitis-G-Virus zögert den Ausbruch einer AIDS-Erkrankung hinaus, nach dem Ausbruch überleben Betroffene außerdem länger. Offensichtlich behindert das Hepatitis-Virus auf noch unbekanntem Weg die Vermehrung der HI-Viren. Hepatitis-G-Viren sind mit den gefährlichen Hepatitis-C-Viren nahe verwandt, lösen aber nur selten eine Leberentzündung aus. Neu mit dem HI-Virus Infizierte sind besonders infektiös, dennoch übertragen sie das Virus (nach einer Mitteilung des Robert-Koch-Instituts von 2003) bei einmaligem Geschlechtsverkehr nur mit einer durchschnittlichen Wahrscheinlichkeit von 0,8 Prozent. Diese Wahrscheinlichkeit summiert sich jedoch bei wiederholtem Geschlechtsverkehr: Eine Langzeitstudie in Uganda ergab, dass sich nach fünf Monaten 40 Prozent der Partner frisch Infizierter angesteckt hatten.