In diesem Artikel wird das Thema Virophagen aus einer multidisziplinären Perspektive behandelt und seine Auswirkungen auf verschiedene Bereiche des täglichen Lebens untersucht. Es werden die Auswirkungen analysiert, die Virophagen auf die Gesellschaft hatte, sowie die möglichen Auswirkungen, die es in der Zukunft haben könnte. Durch eine umfassende Durchsicht der Fachliteratur werden wir versuchen, eine umfassende und aktuelle Sicht auf dieses Thema zu vermitteln, um zum Nachdenken und zur Debatte darüber anzuregen. Es werden verschiedene Ansätze und Expertenmeinungen vorgestellt, sowie konkrete Beispiele, die die Relevanz und Reichweite von Virophagen heute verdeutlichen. Ziel dieses Artikels ist es, einen vollständigen und bereichernden Überblick über Virophagen zu geben und den Lesern die notwendigen Werkzeuge an die Hand zu geben, um es vollständig zu verstehen.
Als Virophagen[A. 1] klassifiziert man nicht-taxonomisch einen speziellen Typ vergleichsweise großer Satellitenviren aus dem PhylumPreplasmiviricota, die sich nur in Co-Infektion mit Riesenviren des Phylums Nucleocytoviricota (NCLDVs) als Helferviren in eukaryotischenWirtszellen replizieren können.
Virophagen replizieren (anders als die Begriffliche Anlehnung an Bakteriophagen nahelegen könnte) nicht „in“ anderen Viren, sondern nutzen als Satellitenviren den Syntheseapparat der Helferviren – und treten dabei in eine Konkurrenz zu ihnen.
Dabei werden Genprodukte des Helfervirus genutzt, die sonst nur bei eukaryotischen Zellen (Eucyten) die Proteinsynthese ermöglichen, daher werden die Helferviren der Virophagen auch Mamaviren[A. 2] genannt.
In der Regel wird die Proteinsynthese des Mamavirus wird dabei mehr oder weniger beeinträchtigt.
Virophagen sind daher (bzgl. der Mamaviren) parasitäre Satellitenviren. Daher werden die Helfer- oder Mamaviren auch als „virale Wirte“, die co-infizierten Eucyten zur Abgrenzung dann auch als „zelluläre Wirte“ bezeichnet.
Virophagen sind sowohl bzgl. ihrer Kapsidgröße als auch bzgl. ihres Genoms viel kleiner als ihre Riesenviren-Wirte, aber andererseits viel größer als gewöhnliche Satellitenviren, deren Helferviren ja ebenfalls kleiner als die Riesenviren der NCLDV sind.
Es gibt jedoch – meist aus der Metagenomik – viele weitere Hinweise und Vorschläge zu Virophagen der Lavidaviridae; einen Überblick über die Virophagen geben beispielsweise Zhou et al. (2013), Gong et al. (2016), und Chen et al. (2018):
Der Replikationszyklus der Virophagen[A. 11] unterscheidet sich grundlegend von dem gewöhnlicher Satellitenviren.
Normalerweise initiieren Satellitenviren die Expression und Replikation ihres Genoms im Zellkern der Wirtszelle mit Hilfe ihrer dortigen Maschinerie und geht dann in das Zytoplasma. Dort findet es die Morphogenese-Maschinerie seines Helfervirus, mit der dieses seine Virionen (Virusteilchen) zusammenbaut (Assembly). Diese wird vom Satellitenvirus gekapert, um seine eigenen Nachkommen zu produzieren.
Bei den Virophagen der Familie Lavidaviridae wird angenommen, dass die Replikation der Virophagen vollständig in der Virusfabrik des Riesenvirus-Wirts stattfindet und daher vom Expressions- und Replikationskomplex des Riesenvirus abhängt. Wenn die Wirtszelle nur vom Riesenvirus infiziert wird, baut dieses eine im Zytoplasma eine Virusfabrik (VF) auf, um sich zu replizieren und neue Virionen zu erzeugen. Die Wirtszelle wird am Ende seines Replikationszyklus gewöhnlich lysiert, d. h. unter Freisetzung der Virus-Nachkommenschaft zum Platzen gebracht und so zerstört.
Wenn die Wirtszelle mit einem Riesenvirus und einem Virophagen koinfiziert ist, parasitiert letzterer in der dieser Virusfabrik des Riesenvirus. Die Anwesenheit von Virophagen kann die Infektiosität des Riesenvirus daher ernsthaft beeinträchtigen, indem sie seine Replikationseffizienz verringert und damit indirekt das Überleben der Wirtszelle erhöht.
Die Virophagen der Riesenviren sind im Vergleich zu Satellitenviren anderer Helferviren ebenfalls vergleichsweise riesig und haben auch ein komplexeres Genom.
Gezel-14T
Wie Roitman et al. im Januar 2023 berichteten, wird Phaeocystis-globosa-Virus PgV-14 (PgV-14T, offiziell Tethysvirus hollandense) parasitiert von „Preplasmiviricota sp. Gezel-14T“ (PLV ‘Gezel-14T), einem nahen Verwandten oder Alias von „Phaeocystis globosa virus-virophage“ (PgVV). Gezel-14T ist jedoch kein Mitglied der Preplasmiviricota-Familie Lavidaviridae, zu der alle bis dato bekannten Virophagen gehörten. Die Koinfektion mit Gezel-14T verringert wie für Virophagen üblich die Fitness des viralen Wirts, indem sie die Menge der erzeugten PgV-14T-Virionen zum Zeitpunkt der Freisetzung reduziert – jedoch nicht so stark, dass die Population der Wirtszelluläre Wirtspopulation völlig verschont bleibt. Die Ergebnisse zeigen, dass Gezel-14T-ähnliche PLVs (Polinton-artige Viren, alias Preplasmiviricota) sich ins Phaeocystis-Genome integrierten, was auch beim Virophagen Mavirus beobachtet wurde. Dies legt nahe, dass diese weit verbreiteten Viren zur Integration in zelluläre Wirtsgenome fähig sind.
Provirophagen
Ein Sonderfall ist, wenn sich der Virophage als „Provirophage“ in das Genom des Mamavirus integriert. Sowohl die Virophagen (als Mitglieder der Preplasmiviricota), als auch die Mamaviren (als Riesenviren Mitglieder der Nucleocytoviricota) sind dsDNA-Viren. Der Provirophage wird während der Replikation des Riesenvirus exprimiert. Der Virophage wird dann in der Virusfabrik des Riesenvirus produziert und hemmt die Replikation des Riesenvirus, wodurch wieder das Überleben der Wirtszelle erhöht wird – Abbildung oben, Teil (C). Ein Beispiel ist Sputnik 2, der sich in das Genom seines viralen Wirts, einem Mimivirus, integrieren kann.
Defektive interferierende Viren
In der Funktionsweise ähnlich sind DIVs („Defektive interferierende Viren“, englischdefective interfering viruses, auch defective interfering particles, DIPs). Dies sind natürlich entstandene oder künstlich erzeugte defektive Abarten eines Virus-Wildtyps, die den Wildtyp als Helfervirus benötigen und wie Parasiten dessen Replikation stören können.
Transpovirons
Eine weitere verwandte Klasse mobiler genetischer Elemente sind die Transpovirons, zuerst entdeckt im Genom des „Lentille-Virus“ („Mimivirus lentille“, auch „Acanthamoeba polyphaga lentillevirus“).
Christelle Desnues, Bernard La Scola, Natalya Yutin, Ghislain Fournous, Catherine Robert, Saïd Azza, Priscilla Jardot, Sonia Monteil, Angélique Campocasso, Eugene V. Koonin, Didier Raoult: Provirophages and transpovirons as the diverse mobilome of giant viruses. In: PNAS. Band 109, Nr. 44, 30. Oktober 2012, S. 18078–18083; doi:10.1073/pnas.1208835109 (englisch).
Graziele Oliveira, Bernard La Scola, Jônatas Abrahão: Giant virus vs amoeba: fight for supremacy. In: Virology Journal. Band 16, Nr. 1, Artikel 126, veröffentlicht: 4. November 2019; doi:10.1186/s12985-019-1244-3 (Volltext, PDF auf: researchgate.net, englisch).
David Paez-Espino, Jinglie Zhou, Simon Roux, et al.: Diversity, evolution, and classification of virophages uncovered through global metagenomics. In: Microbiome. Band 7, Nr. 157, 10. Dezember 2019; doi:10.1186/s40168-019-0768-5 (englisch).
Anmerkungen
↑Singular: Virophage, der; von lat.virus, -i, n. „Gift, Saft, Schleim“ und altgriechischφαγεῖνphageín, „fressen“, Virophage bedeutst also „Viren-Esser“
↑Die DSL-Virophagen parasitieren offenbar Phycodnaviridae (Dishui Lake phycodnaviruses, DSLPVs) und Mimiviridae (sic!, Dishui Lake large alga viruses, DSLLAVs, daher ist Mimiwiridae wohl s. l. zu verstehen und es handelt sich vermutlich um Algen-infizierende Imitervirales), Fundort Dishui Lake
↑Die YSLVs sind zu unterscheiden von ihren mutmaßlichen Wirten „Yellowstone Lake Phycodnavirus“ (YSLPV) alias „Yellowstone Lake Mimivirus“ oder „Yellowstone Lake Giant Virus“ (YSLGV), Fundort: Yellowstone Lake
↑
Ulrich Kuhnt: Sind Viren Lebewesen?. Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie: Archiv Biologie. Memento im Webarchiv vom 21. Januar 2018.
↑ ab
La Scola et al.: The virophage as a unique parasite of the giant mimivirus. In: Nature. Band 455, 4. September 2008, S. 100–105; doi:10.1038/nature07218 (englisch).
↑ abcdefghij
Said Mougari, Dehia Sahmi-Bounsiar, Anthony Levasseur, Philippe Colson, Bernard La Scola: Virophages of Giant Viruses: An Update at Eleven. In: Viruses. Band11, Nr.8, 2019, ISSN1999-4915, S.733, doi:10.3390/v11080733, PMID 31398856, PMC 6723459 (freier Volltext) – (englisch).
↑
Jinglie Zhou, Weijia Zhang, Shuling Yan et al.: Diversity of Virophages in Metagenomic Data Sets. In: Journal of Virology. Band87, Nr.8, Februar 2013, S.4225–4236, doi:10.1128/JVI.03398-12, PMID 23408616 (englisch).
↑ ab
Chaowen Gong, Weijia Zhang, Xuewen Zhou, Hongming Wang et al.: Novel Virophages Discovered in a Freshwater Lake in China. In: Frontiers in Microbiology. Band7, 22. Januar 2016, ISSN1664-302X, doi:10.3389/fmicb.2016.00005, PMID 26834726 (englisch).
↑
Hao Chen, Weijia Zhang, Xiefei Li, Yingjie Pan, Shuling Yan, Yongjie Wang: The genome of a prasinoviruses-related freshwater virus reveals unusual diversity of phycodnaviruses. In: BMC Genomics. Band19, Nr.49, 15. Januar 2018, ISSN1471-2164, doi:10.1186/s12864-018-4432-4, PMID 29334892, PMC 5769502 (freier Volltext) – (englisch). – Anmerkung: OLV ist hier Abkürzung für Organic Lake Virophage, OlV für Ostreococcus lucimarinus virus (Gattung Prasinovirus).
↑
Seungdae Oh, Dongwan Yoo, Wen-Tso Liu: Metagenomics Reveals a Novel Virophage Population in a Tibetan Mountain Lake. In: Microbes and Environments. Band31, Nr.2, Juni 2016, ISSN1342-6311, S.173–177, doi:10.1264/jsme2.ME16003, PMID 27151658, PMC 4912154 (freier Volltext) – (englisch).
↑
Clara Rolland, Julien Andreani, Amina Cherif Louazani, Sarah Aherfi, Rania Francis, Rodrigo Rodrigues, Ludmila Santos Silva, Dehia Sahmi, Said Mougari, Nisrine Chelkha, Meriem Bekliz, Lorena Silva, Felipe Assis, Fábio Dornas, Jacques Yaacoub Bou Khalil, Isabelle Pagnier, Christelle Desnues, Anthony Levasseur, Philippe Colson, Jônatas Abrahão, Bernard La Scola: Discovery and Further Studies on Giant Viruses at the IHU Mediterranee Infection That Modified the Perception of the Virosphere. In: MDPI Viruses. Band11, 4 (März/April), 2019, ISSN1999-4915, S.312, doi:10.3390/v11040312, PMID 30935049, PMC 6520786 (freier Volltext).
↑
Disa Bäckström, Natalya Yutin, Steffen L. Jørgensen, Jennah Dharamshi, Felix Homa, Katarzyna Zaremba-Niedwiedzka, Anja Spang, Yuri I. Wolf, Eugene V. Koonin, Thijs J. G. Ettema: Virus Genomes from Deep Sea Sediments Expand the Ocean Megavirome and Support Independent Origins of Viral Gigantism. In: mBio. Band10, Nr.2, 2019, ISSN2150-7511, doi:10.1128/mBio.02497-18, PMID 30837339 (englisch).
↑ ab
Sheila Roitman, Andrey Rozenberg, Tali Lavy, Corina P. D. Brussaard, Oded Kleifeld, Oded Béjà: Isolation and infection cycle of a polinton-like virus virophage in an abundant marine alga. In: Nature Microbiology. Band 8, 26. Januar 2023, S. 332–346; doi:10.1038/s41564-022-01305-7 (englisch).
↑ abcd
Meriem Bekliz, Philippe Colson, Bernard La Scola: The Expanding Family of Virophages. In: MDPI Viruses. Band 8, Nr. 11 (Special Issue Viruses of Protozoa), 23. November 2016, S. 317; doi:10.3390/v8110317 (englisch).
↑ abc
Meriem Bekliz, Jonathan Verneau, Samia Benamar et al.: A New Zamilon-like Virophage Partial Genome Assembled from a Bioreactor Metagenome. In: Frontiers in Microbiology. Band6, 27. November 2015, ISSN1664-302X, doi:10.3389/fmicb.2015.01308, PMID 26640459 (englisch).
↑
Christopher M. Bellas, Ruben Sommaruga: Polinton-like viruses are abundant in aquatic ecosystems. In: BMC: Microbiome. Band 9, Nr. 13, 12. Januar 2021; doi:10.1186/s40168-020-00956-0.