Mutationen des Affenpockenvirus führen zu einer raschen Ausbreitung des Virus, das sich Medikamenten und Impfstoffen entzieht

Forscher zeigen, wie Affenpocken-Mutationen die Replikation und Ausbreitung des Virus beschleunigen.

07.11.2022 - USA

Das Affenpockenvirus hat weltweit mehr als 77 000 Menschen in über 100 Ländern infiziert. Ähnlich wie bei COVID-19 haben Mutationen dem Virus ermöglicht, stärker und schlauer zu werden und sich antiviralen Medikamenten und Impfstoffen zu entziehen, um mehr Menschen zu infizieren.

Nun hat ein Forscherteam der Universität von Missouri die spezifischen Mutationen im Affenpockenvirus identifiziert, die zu seiner anhaltenden Ansteckungsfähigkeit beitragen. Die Erkenntnisse könnten zu mehreren Ergebnissen führen: zu modifizierten Versionen bestehender Medikamente zur Behandlung von Menschen, die an Affenpocken leiden, oder zur Entwicklung neuer Medikamente, die die aktuellen Mutationen berücksichtigen, um ihre Wirksamkeit bei der Verringerung der Symptome und der Ausbreitung des Virus zu erhöhen.

Kamlendra Singh, Professor am MU College of Veterinary Medicine und Leiter des Christopher S. Bond Life Sciences Center, arbeitete mit Shrikesh Sachdev, Shree Lekha Kandasamy und dem Hickman High School Schüler Saathvik Kannan zusammen, um die DNA-Sequenzen von mehr als 200 Stämmen des Affenpockenvirus zu analysieren, die sich über mehrere Jahrzehnte erstrecken, von 1965, als sich das Virus zum ersten Mal ausbreitete, bis zu Ausbrüchen in den frühen 2000er Jahren und erneut im Jahr 2022.

"Durch eine zeitliche Analyse konnten wir sehen, wie sich das Virus im Laufe der Zeit entwickelt hat, und eine wichtige Erkenntnis war, dass das Virus jetzt Mutationen genau dort anhäuft, wo Medikamente und Antikörper aus Impfstoffen binden sollen", sagte Sachdev. "Das Virus wird also immer schlauer, es ist in der Lage, sich den Medikamenten oder Antikörpern der körpereigenen Immunabwehr zu entziehen und sich weiter zu verbreiten.

Nadeln im Heuhaufen

Singh befasst sich seit fast 30 Jahren mit Virologie und DNA-Genomreplikation. Er sagte, dass die Homologie bzw. die Struktur des Affenpockenvirus dem Vaccinia-Virus sehr ähnlich ist, das als Impfstoff zur Behandlung der Pocken verwendet wurde. So konnten Singh und seine Mitarbeiter ein genaues 3D-Computermodell der Proteine des Affenpockenvirus erstellen und feststellen, wo sich die spezifischen Mutationen befinden und welche Funktionen sie haben, die dazu beitragen, dass das Virus in letzter Zeit so ansteckend geworden ist.

"Wir konzentrieren uns auf die spezifischen Gene, die am Kopieren des Virusgenoms beteiligt sind, und Affenpocken sind ein riesiges Virus mit etwa 200.000 DNA-Basen im Genom", sagte Singh. "Das DNA-Genom des Affenpockenvirus wird in fast 200 Proteine umgewandelt, so dass es über die gesamte 'Rüstung' verfügt, die es braucht, um sich zu vermehren, zu teilen und andere zu infizieren. Die Viren machen Milliarden von Kopien von sich selbst, und nur die Stärksten werden überleben, da die Mutationen ihnen helfen, sich anzupassen und sich weiter zu verbreiten."

Kannan und Kandasamy untersuchten bei der Analyse der Affenpockenvirusstämme fünf spezifische Proteine: DNA-Polymerase, DNA-Helikase, Brückenprotein A22R, DNA-Glykosylase und G9R.

"Als sie mir die Daten schickten, sah ich, dass die Mutationen an kritischen Punkten auftraten, die sich auf die Bindung des DNA-Genoms auswirken, sowie an Stellen, an denen Medikamente und impfstoffinduzierte Antikörper binden sollen", sagte Singh. "Diese Faktoren tragen sicherlich zur erhöhten Infektiosität des Virus bei. Diese Arbeit ist wichtig, weil der erste Schritt zur Lösung eines Problems darin besteht, herauszufinden, wo das Problem überhaupt auftritt, und das ist eine Teamleistung."

Die Evolution der Viren

Die Forscher stellen sich weiterhin die Frage, wie sich das Affenpockenvirus im Laufe der Zeit entwickelt hat. Die Wirksamkeit der derzeit von der CDC zugelassenen Medikamente zur Behandlung von Affenpocken war suboptimal, was wahrscheinlich daran liegt, dass sie ursprünglich zur Behandlung von HIV und Herpes entwickelt wurden, inzwischen aber eine Notfallzulassung erhalten haben, um den jüngsten Affenpockenausbruch zu bekämpfen.

"Eine Hypothese besagt, dass Patienten, die mit diesen Medikamenten gegen HIV und Herpes behandelt wurden, möglicherweise auch mit Affenpocken infiziert wurden, ohne es zu wissen, und dass das Affenpockenvirus schlauer wurde und mutierte, um den Medikamenten zu entgehen", so Singh. "Eine andere Hypothese besagt, dass das Affenpockenvirus möglicherweise Proteine in unserem Körper entführt und nutzt, um infektiöser und pathogener zu werden.

Singh und Kannan arbeiten seit Beginn der COVID-19-Pandemie im Jahr 2020 zusammen und haben die spezifischen Mutationen identifiziert, die die COVID-19-Varianten verursachen, darunter Delta und Omicron. Kannan wurde kürzlich von den Vereinten Nationen für die Unterstützung ihrer "Nachhaltigen Entwicklungsziele" ausgezeichnet, die dazu beitragen, die größten Herausforderungen der Welt zu bewältigen.

"Ich hätte diese Forschung nicht ohne meine Teammitglieder durchführen können, und unsere Bemühungen haben Wissenschaftlern und Medikamentenentwicklern geholfen, diese Virusausbrüche zu bekämpfen, daher ist es lohnend, daran beteiligt zu sein", sagte Singh.

"Mutationen im Replikationskomplex des Affenpockenvirus: Potential contributing factors to the 2022 outbreak" wurde kürzlich im Journal of Autoimmunity veröffentlicht. Zu den Koautoren der Studie gehören Shrikesh Sachdev, Athreya Reddy, Shree Lekha Kandasamy, Siddappa Byrareddy, Saathvik Kannan und Christian Lorson.

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