Transcriptional responses of white-tailed deer to SARS-CoV-2 challenge

Viren sind Meister der Anpassung und springen oft von einer Spezies auf eine andere über, wenn sich die richtige biologische Tür öffnet. Für das Virus, das COVID-19 verursacht, ist diese Tür ein spezifischer Rezeptor auf der Oberfläche von Zellen – ein Protein, das wie ein Schloss wirkt, auf das ein viraler Schlüssel wartet. Während Menschen die Ersten waren, die diesem Schlüssel zum Opfer fielen, entdeckten Wissenschaftler, dass dasselbe Schloss auch auf den Zellen vieler anderer Tiere existiert. Unter ihnen sticht der Weißwedelhirsch hervor. Diese Tiere sind nicht nur anfällig für das Virus; sie sind äußerst effizient darin, es einzufangen, es an andere Hirsche weiterzugeben und es weiterzutragen, lange nachdem es aus den menschlichen Populationen verschwunden ist. Dies macht sie zu einem potenziellen Reservoir, einem Ort, an dem sich das Virus verstecken und entwickeln kann, was das Risiko birgt, wieder auf Menschen überzuspringen. Um zu verstehen, wie dies geschieht, mussten Forscher in den Körper des Hirsches zum Zeitpunkt der Infektion blicken und speziell untersuchen, wie das Immunsystem des Hirsches auf molekularer Ebene reagiert.

Ein Team von Wissenschaftlern am National Animal Disease Center setzte sich zum Ziel, diese Reaktion abzubilden. Sie nahmen eine Gruppe junger Weißwedelhirsche und setzten sie unter kontrollierten Bedingungen dem Virus aus, um die Art und Weise nachzuahmen, wie eine Infektion in der Wildnis ablaufen könnte. Die Forscher sammelten anschließend in spezifischen Intervallen Blutproben von diesen Tieren: vor der Infektion sowie zwei, fünf und sieben Tage später. Durch das Lesen der genetischen Anweisungen in den Blutzellen konnten sie sehen, welche Gene der Hirsch ein- oder ausschaltete, während sein Körper gegen den Eindringling kämpfte. Dieser Ansatz ermöglichte es ihnen, die Immunreaktion nicht als ein einzelnes Ereignis, sondern als einen Zeitstrahl sich verändernder Abwehrmechanismen zu betrachten.

Die Geschichte, die die Daten erzählten, war eine von schneller Mobilisierung gefolgt von einem sorgfältigen Rückzug. Nur zwei Tage nach der Exposition gegenüber dem Virus schrillten in den Körpern der Hirsche die Alarmglocken. Die genetische Aktivität in ihrem Blut schoss in die Höhe, wobei hunderte von Genen aktiviert wurden, um das Virus zu bekämpfen. Dies waren die Gene, die für die angeborene Immunantwort verantwortlich sind, die erste Verteidigungslinie des Körpers. Sie produzierten Proteine, die wie antivirale Soldaten wirken, indem sie das Virus daran hindern, sich zu replizieren, und andere Zellen signalisieren, sich auf den Kampf vorzubereiten. Das System des Hirsches erkannte die Bedrohung sofort und startete einen umfassenden Gegenangriff, indem es Signalwege aktivierte, die bekanntermaßen Coronaviren bekämpfen.

Bis zum fünften Tag hatte der Kampf seine höchste Intensität erreicht, doch die Art des Kampfes hatte sich gewandelt. Die Anzahl der aktiven Gene explodierte in die Tausende, was auf einen massiven Umbau der Biologie des Hirsches hindeutete. Während die anfänglichen antiviralen Abwehrmechanismen noch aktiv waren, begann der Körper, seine spezialisierteren Kräfte einzusetzen – die Zellen, die für die langfristige Immunität verantwortlich sind. Die genetischen Signale zeigten, dass die Hirsche begannen, Antikörper zu produzieren und T-Zellen zu mobilisieren, jene Truppen, die infizierte Zellen aufspüren. Entscheidend war auch, dass der Körper begann, den gefährlichsten Teil der Immunreaktion zu drosseln. Die Signale, die einen „Zytokinsturm“ antreiben – eine chaotische und oft tödliche Überreaktion des Immunsystems, die in schweren menschlichen Fällen Lunge und Organe schädigt –, begannen abzuklingen. Die Hirsche bewältigten die Infektion mit einer kontrollierten, regulierten Reaktion und vermieden so die selbstzerstörerische Entzündung, die tödlich sein kann.

Bis zum siebten Tag war der Sturm weitgehend abgeklungen. Die genetische Aktivität kehrte auf ein nahezu normales Niveau zurück, wobei nur eine geringe Anzahl von Genen noch Anzeichen von Veränderungen zeigte. Das Immunsystem des Hirsches war von einem Zustand des Notfalls in einen Zustand der Genesung übergegangen und konzentrierte sich darauf, das verbleibende Virus zu beseitigen und den Körper zu reparieren. Das genetische Profil deutet darauf an, dass die Hirsche die Infektion erfolgreich eindämmten, ohne die schweren Gewebeschäden zu erleiden, die in den schlimmsten menschlichen Fällen beobachtet werden.

Um zu verstehen, ob diese Reaktion einzigartig für Hirsche war oder mit anderen Tieren geteilt wurde, verglichen die Wissenschaftler ihre Ergebnisse mit ähnlichen Studien, die an Wapitis und Bisons durchgeführt worden waren. Obwohl alle drei Arten verwandt sind und das Virus einfangen können, unterschieden sich ihre genetischen Reaktionen überraschenderweise. Am zweiten Tag teilten alle drei Arten einen kleinen Satz von Genen, die aktiviert wurden, um das Virus zu bekämpfen – ein gemeinsamer Abwehrmechanismus. Doch im weiteren Verlauf divergierten die Wege. Der Weißwedelhirsch zeigte wesentlich intensivere und spezifischere genetische Veränderungen als der Wapiti oder der Bison. Beispielsweise waren die Hirsche die einzigen, die bestimmte Gene aktivierten, die dem Virus helfen, in Zellen einzudringen – ein Detail, das erklären könnte, warum sie weitaus anfälliger für Infektionen sind als ihre Verwandten. Die Wapitis und Bisons zeigten unterschiedliche Muster der Genaktivität, was darauf hindeutet, dass ihre Körper das Virus auf eine andere Weise handhaben, vielleicht mit weniger Intensität oder einer anderen zeitlichen Abfolge.

Die Studie ergab, dass der Weißwedelhirsch über ein ausgeklügeltes und hochaktives Immunsystem verfügt, das schnell auf das Virus reagiert, aber dennoch schafft, die katastrophale Überreaktion zu vermeiden, die tödlich sein kann. Dieses Gleichgewicht ermöglicht es den Hirschen, die Infektion zu überleben und dennoch das Virus in sich zu tragen und auszuscheiden, was erklärt, warum sie in der Wildnis zu solch weit verbreiteten Reservoiren geworden sind. Die Forschung liefert ein klares Bild der molekularen Maschinerie, die am Werk ist, und zeigt genau auf, wie diese Tiere das Virus erkennen, bekämpfen und schließlich ihr Immunsystem wieder zur Normalität zurückführen. Sie verdeutlicht, dass die Hirsche zwar hochgradig anfällig sind, ihre Körper jedoch nicht hilflos sind; sie befinden sich in einem komplexen, regulierten Kampf, der sie am Leben erhält, aber gleichzeitig erlaubt, dass das Virus in der Umgebung fortbesteht.