A Selenium-Deficient Mouse Model of Mouse-Adapted SARS-CoV-2 Demonstrates Variant Emergence Observed in SARS-CoV-2 Pandemic Variants

Viren sind Meister der Veränderung. Sie tragen ihre genetischen Anweisungen auf RNA-Strängen, einem Material, das dazu neigt, kleine Fehler zu machen, während das Virus sich selbst kopiert. Diese Fehler oder Mutationen sind das Rohmaterial für die Evolution. Manchmal hilft ein Fehler dem Virus, besser zu überleben, was es ihm ermöglicht, sich leichter auszubreiten oder das Immunsystem zu umgehen. Wissenschaftler wissen schon lange, dass die Umgebung, in der ein Virus lebt, beeinflussen kann, wie oft diese Fehler auftreten. Ein Faktor, der von Bedeutung sein könnte, ist die Ernährung des Wirts Tieres. Selen ist ein Spurenelement, das Tiere in kleinen Mengen benötigen, um ihre Zellen gesund zu halten und Stress zu bewältigen. Wenn einem Tier Selen fehlt, hat sein Körper Schwierigkeiten, mit dem Stress einer Infektion umzugehen, und dieser interne Stress könnte das Verhalten des Virus verändern. Zu verstehen, ob ein einfacher Mangel an einem Nährstoff ein Virus dazu bringen kann, vielfältiger zu werden, ist wichtig, da dies helfen könnte zu erklären, wie neue, gefährliche Versionen von Viren in der Natur erscheinen.

Forscher gingen vor, um diese Idee mit einer spezifischen Version des Virus, das COVID-11 verursacht und an Mäuse angepasst wurde, zu testen. Sie teilten Gruppen von Mäusen in zwei Sätze auf: Eine Gruppe erhielt eine normale, gesunde Ernährung, während die andere Gruppe eine Ernährung erhielt, der Selen vollständig fehlte. Die Wissenschaftler führten daraufhin das Virus in diese Mäuse ein und ließen es in einer Serie von Runden von einer Maus zur nächsten wandern. Indem sie die Ernährung für jede Gruppe konsistent hielten, konnten sie sehen, ob der Mangel an Selen das Virus veränderte, während es sich durch die Population bewegte. Nach mehreren Infektionsrunden untersuchte das Team den genetischen Code der gesammelten Viren genau. Sie fanden heraus, dass sich die Viren aus den selenarmen Mäusen viel stärker verändert hatten als die aus den gut ernährten Mäusen. Der Mangel an Selen verursachte, dass das Virus eine größere Vielfalt an genetischen Fehlern erzeugte, was eine diversere Population von Virusstämmen innerhalb der Tiere schuf.

Unter den vielen gefundenen Veränderungen identifizierten die Forscher achtzehn spezifische Mutationen, die nur in der selenarmen Gruppe auftauchten. Einige dieser Veränderungen waren identisch mit Mutationen, die in menschlichen Populationen während der eigentlichen Pandemie beobachtet wurden. Dies deutet darauf hin, dass der Stress schlechter Ernährung ein Virus dazu treiben kann, genetische Pfade zu erkunden, die es in der realen Welt schließlich einschlagen könnte. Die Mutationen übernahmen nicht alle gleichzeitig die gesamte Viruspopulation; stattdessen existierten sie als eine Mischung aus verschiedenen Versionen und schufen ein Reservoir an potenziellen Veränderungen, aus dem das Virus später schöpfen konnte. Um zu sehen, ob diese genetischen Veränderungen das Virus gefährlicher machten, infizierten die Wissenschaftler neue Mäuse, die eine normale Ernährung erhielten, mit den Viren aus beiden Gruppen. Sie beobachteten genau, ob die Mäuse kränker wurden oder mehr Gewicht verloren. Die Ergebnisse zeigten, dass sich die Mäuse in Bezug auf Überlebensrate oder Gewichtsverlust nicht wesentlich unterschieden, unabhängig davon, welches Virus sie erhielten. Die Mäuse, die jedoch mit dem Virus aus der selenarmen Gruppe infiziert worden waren, zeigten eine viel stärkere Reaktion ihres Immunsystems und produzierten höhere Mengen an Signalen, die eine Immunantwort herbeirufen.

Die Studie zeigt, dass ein Mangel an Selen im Wirt als ein Treiber für die virale Diversität wirken kann, indem er den Bereich der genetischen Variationen erweitert, die ein Virus produzieren kann. Während die unmittelbare Krankheit, die durch das Virus verursacht wurde, in diesem speziellen Experiment nicht dramatisch verändert war, deutet der veränderte genetische Mix darauf hin, dass Ernährungsstress einem Virus helfen kann, eine Bibliothek potenzieller Anpassungen aufzubauen. Die Ergebnisse weisen auf die Idee hin, dass die Gesundheit des Wirts, bis hin zur Ebene der Spurenelemente, eine Rolle bei der Gestaltung dessen spielt, wie ein Virus evolviert. Diese Verbindung zwischen Ernährung und viraler Veränderung bietet eine neue Perspektsetzung darauf, wie neue Varianten entstehen könnten, und legt nahe, dass die Bedingungen innerhalb eines infizierten Tieres den zukünftigen Weg eines Virus ebenso sehr beeinflussen können wie die eigene interne Maschinerie des Virus selbst.