Eine höhere Viruslast während einer HIV-Infektion kann die Virusentwicklung beeinflussen

Ein neues Papier da Molekularbiologie und Evolution stellt fest, dass HIV-Populationen bei Menschen mit höherer Viruslast auch höhere Raten viraler Rekombination aufweisen. Tatsächlich gilt: Je mehr HIV im Blut vorhanden ist, desto leichter kann sich das Virus vermehren.

Einer der Gründe dafür, dass HIV in der Vergangenheit so schwer zu bekämpfen war, ist die außergewöhnlich hohe Rekombinationsrate des Virus. Die Rekombination ermöglicht den Austausch genetischer Informationen zwischen Virusstämmen und treibt die Entwicklung von HIV im Menschen voran. Dieser genetische Austausch hilft dem Virus, dem Immunsystem zu entgehen und gegen viele Medikamente zur Behandlung von HIV resistent zu werden.

Generell ist die Rekombination ein wichtiger evolutionärer Treiber, der es Organismen ermöglicht, destruktive Mutationen zu beseitigen und nützliche Mutationen zu kombinieren. Trotz seiner Bedeutung verstehen Wissenschaftler noch nicht, wie die Rekombinationsrate von HIV während einer Infektion oder zwischen verschiedenen Menschen variiert. Das Verständnis der Faktoren, die die Rekombinationsrate in einem gut untersuchten System wie HIV beeinflussen, kann dabei helfen, einige der Auswirkungen der Rekombination auf die Evolution im weiteren Sinne aufzudecken.

Ein wichtiger, aber noch wenig erforschter Schritt bei der HIV-Rekombination ist die Koinfektion, bei der zwei verschiedene Viruspartikel dieselbe Zelle infizieren. Trotz des langjährigen Interesses an der HIV-Rekombination wissen wir noch nicht, ob eine Variation der Koinfektionsrate zu einer Variation der Rekombinationsrate führen könnte. Während Studien zu HIV in Zellkulturen und Mäusen gezeigt haben, dass eine erhöhte Koinfektion mit einem Anstieg rekombinanter Viren verbunden ist, ist nicht bekannt, ob dieser Effekt bei Menschen mit HIV auftritt.

Die an der neuen Studie beteiligten Forscher stellten die Hypothese auf, dass bei Menschen mit höherer Viruslast (mehr HIV im Blut) mehr Zellen koinfiziert würden, was zu höheren Rekombinationsraten des Virus führen würde. Um diese Hypothese zu untersuchen, entwickelten sie einen neuen Ansatz namens Recombination Analysis via Time Series Linkage Decay (RATS-LD), um die Rekombination anhand genetischer Assoziationen zwischen Mutationen im Zeitverlauf zu quantifizieren.

Diese Untersuchung ergab, dass HIV-Populationen mit Viruslasten im untersten Drittel des Datensatzes Rekombinationsraten aufweisen, die mit früheren Schätzungen übereinstimmen, während Populationen mit Viruslasten im oberen Drittel eine mittlere Rekombinationsrate aufweisen, die fast sechsmal höher ist. Darüber hinaus beobachten die Forscher Muster, dass die Viruslast und die effektive Rekombinationsrate bei einzelnen Individuen gleichzeitig ansteigen.

Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die HIV-Rekombinationsraten sogar noch extremer sein können, als Forscher bisher angenommen haben. Abgesehen von HIV müssen sich viele Organismen wie Bakterien und Pflanzen nicht neu verbinden, um sich zu vermehren, können aber davon profitieren. Um genetisches Material auszutauschen, sind diese Organismen außerdem darauf angewiesen, dass zwei verschiedene Genome am selben Ort und zur gleichen Zeit aufeinandertreffen. Aus diesem Grund deuten die Ergebnisse der Forscher auch darauf hin, dass die Populationsdichte die effektive Rekombinationsrate über mehrere Umgebungen hinweg beeinflussen könnte.

„Eine Explosion von Sequenzierungsdaten in den letzten Jahrzehnten hat Genetikern ein tieferes Verständnis dafür vermittelt, dass Rekombinationsraten kontextabhängig sein können und von vielen verschiedenen molekularen Faktoren beeinflusst werden“, sagte Elena V. Romero, eine der Autoren des Artikels. „Hier zeigen wir, dass die Bevölkerungsdichte möglicherweise einer der bisher unterschätzten Faktoren für Viren ist.“