Wie verursacht die Tollwut Aggressionen?

Tollwut ist eine Viruserkrankung, die für ihre Fähigkeit bekannt ist, das Verhalten von infizierten Wirten zu verändern, indem sie sie aggressiv macht. Die zugrundeliegenden biologischen Mechanismen sind ungewiss, aber Wissenschaftler beginnen jetzt zu erklären, wie das Virus auf molekularer Ebene funktioniert.

Das Tollwutvirus greift das zentrale Nervensystem des Wirts an und kann beim Menschen eine Reihe von lähmenden Symptomen hervorrufen – darunter Angst- und Verwirrtheitszustände, partielle Lähmungen, Unruhe, Halluzinationen und in der Endphase ein Symptom, das als „Hydrophobie“ bezeichnet wird, also die Angst vor Wasser.

Die Hydrophobie bewirkt, dass der Betroffene beim Anblick von Wasser in Panik gerät und sich weigert, zu trinken. Auf diese schweren Symptome folgt in der Regel der Tod.

Obwohl die Tollwut durch Impfungen verhindert werden kann, verfügen ärmere Bevölkerungsschichten in Afrika und Asien oft nicht über die notwendigen Mittel, um das Virus in Schach zu halten. Laut der Weltgesundheitsorganisation (WHO) sind Fälle von Tollwut auf diesen Kontinenten für 95 Prozent der weltweiten Todesfälle durch diese Krankheit verantwortlich.

Obwohl die Tollwut bereits seit dem frühen 19. Jahrhundert intensiv erforscht wird, waren die Mechanismen, durch die dieses Virus das Gehirn „kapert“ und den infizierten Wirt oft in einen Zustand rasender Aggression stürzt, bisher weitgehend unklar.

Jetzt hat ein Forscherteam der University of Alaska Fairbanks herausgefunden, wie das Virus auf molekularer Ebene agiert, um das Verhalten des Wirts zu verändern.

„Viele Infektionserreger verändern das Verhalten ihres Wirts, aber wir verstehen nicht, wie sie das tun“, erklärt der leitende Studienautor Dr. Karsten Hueffer. „Unsere Studie liefert zum ersten Mal einen detaillierten molekularen Mechanismus dafür, wie ein infektiöser Erreger bestimmte Verhaltensweisen auslöst.“

Dr. Hueffer und Kollegen veröffentlichten die Ergebnisse ihrer Forschung in der Zeitschrift Scientific Reports.

Virus interagiert mit Muskelrezeptoren

Die Wissenschaftler erklären, dass ein Grund, warum die Tollwut so faszinierend ist, darin liegt, dass sie, obwohl sie einen relativ einfachen genetischen Aufbau hat, Tiere mit unendlich komplexeren Systemen, wie z.B. Hunde, schocken kann.

Dr. Hueffer erklärt, dass das „Tollwutvirus nur fünf Gene und sehr wenig Informationen hat. Hunde haben mehr als 20.000 Gene mit einem hochentwickelten Immun- und Zentralnervensystem.“

„Dennoch kann dieses Virus das Verhalten eines Hundes so umprogrammieren, dass er die Angst verliert, aggressiv wird und beißt, wodurch sich das Virus über den Speichel des Hundes verbreiten kann.“

Dr. Karsten Hueffer

Er weist aber auch darauf hin, dass „das Verhalten leichter zu untersuchen ist als das Virus selbst“, weil die Tollwut das Gehirn nur auf subtile Weise beeinflusst.

In ihrer Studie betrachteten die Forscher auch frühere Erkenntnisse aus den 1980er und 1990er Jahren, die zeigen, wie Moleküle dieses Virus an nikotinische Acetylcholinrezeptoren – oder Proteine, die auf den Neurotransmitter Acetylcholin reagieren – binden und damit die Muskelkontrolle beeinflussen.

Diese Forschung zeigte, wie Glykoprotein-Moleküle des Virus an Acetylcholin-Rezeptor-Moleküle binden, was neben der Beeinflussung des Signalwegs, der die Muskelkontrolle bestimmt, bedeutet, dass sie sich auch replizieren und das Gehirn infizieren können.

Neuere Forschungen haben auch gezeigt, dass das Glykoproteinmolekül in der Tollwut eine Sequenz von Aminosäuren enthält, die einer Aminosäuresequenz sehr ähnlich ist, die in Schlangengift gefunden wird.

Diese Aminosäuren wirken als Inhibitoren für die nikotinischen Acetylcholinrezeptoren.

Tollwut ‚hemmt Rezeptoren im Gehirn‘

Dr. Hueffer und sein Kollege Dr. Marvin Schulte – der sich auf Nikotinrezeptoren spezialisiert hat – verbanden die Punkte zwischen diesen bestehenden Erkenntnissen, und sie sahen, dass die Eigenschaften der Aminosäuren im Tollwut-Glykoprotein der Schlüssel sein könnten, um das rasende Verhalten des Wirts nach einer Infektion mit dem Virus zu beeinflussen.

„Wir wussten, dass nikotinische Acetylcholinrezeptoren, die in den Muskeln an das Virus binden, auch im Gehirn zu finden sind, und wir vermuteten, dass [das] Virus auch an solche Rezeptoren binden könnte“, sagt Dr. Hueffer.

„Wenn Schlangengift eine ähnliche Struktur wie Teile des Virus hat und diese Rezeptoren hemmt“, fährt er fort, „dachten wir, dass das Virus vielleicht auch diese Rezeptoren im Gehirn hemmen könnte. Außerdem dachten wir, dass diese Wechselwirkung das Verhalten beeinflussen könnte.“

Nachdem dieser mögliche Zusammenhang festgestellt wurde, führten Dr. Hueffer und ein weiterer Kollege, namens Dr. Michael Harris, eine Reihe von Experimenten an Mäusen durch, um ihre Hypothese zu testen.

„Die Viren sammeln sich in den Räumen zwischen den Gehirnzellen während der frühen Stadien der Infektion. In diesen Räumen kommunizieren die Gehirnzellen“, erklärt Dr. Harris.

„Wir dachten“, fügt er hinzu, „dass, wenn Viren an Rezeptoren in diesen Räumen binden und die Art und Weise verändern könnten, wie Gehirnzellen normalerweise kommunizieren, das Virus das Verhalten [im] infizierten Tier verändern könnte.“

Einer der Tests beinhaltete die Injektion von Tollwut-Glykoprotein in die Gehirne der Mäuse, um zu sehen, welchen Effekt dies haben würde. Die Forscher stellten fest, dass die Tiere nach der Injektion deutlich unruhiger wurden.

Dr. Harris erklärt: „Als wir dieses kleine Stück des Virus-Glykoproteins in das Gehirn der Mäuse injizierten, begannen die Mäuse viel mehr herumzulaufen als Mäuse, die eine Kontrollinjektion erhielten. Ein solches Verhalten kann auch bei tollwutinfizierten Tieren beobachtet werden.“

Laut Dr. Hueffer und seinem Team ist dies das erste Mal, dass experimentelle Beweise vorgelegt wurden, um zu zeigen, wie Tollwut mit anderen Zellen im Nervensystem interagiert, um ein verändertes Verhalten zu induzieren, das infizierte Wirte dazu bestimmt, bei der Verbreitung des Virus zu helfen.