Wie Zika-Viren das Wachstum des Gehirns hemmen

Untersuchungen an Zellkulturen könnten erklären, warum die Föten infizierter schwangerer Frauen an Mikrozephalie erkranken
Vergleich der Kopfgrößen eines Babys mit Mikrozephalie (links) und eines gesunden Kindes.
Vergleich der Kopfgrößen eines Babys mit Mikrozephalie (links) und eines gesunden Kindes.
© US Centers for Disease Control and Prevention
Baltimore / Tallahassee (USA) - Eine Infektion mit Zika-Viren, die durch einen Mückenstich übertragen werden, ist normalerweise harmlos. Wenn allerdings Schwangere infiziert werden, könnte das gravierende Folgen haben: Es kommt möglicherweise zu einer Mikrozephalie des Fötus oder Neugeborenen - Gehirn und Kopf des Kindes erreichen nicht die normale Größe. Das Virus wurde sowohl im Fruchtwasser betroffener Frauen als auch im Hirngewebe eines erkrankten Kindes nachgewiesen. Jetzt liefern amerikanische Forscher weitere starke Indizien dafür, dass die Virusinfektion tatsächlich die Ursache der gestörten Hirnentwicklung des ungeborenen Kindes sein könnte. Sie gaben die Viren in Zellkulturen, die aus Vorstufen menschlicher Hirnzellen bestanden. Die Viren drangen in die Zellen ein und vermehrten sich stark, töteten viele Zellen ab und hemmten die Vermehrung der anderen, berichten die Wissenschaftler im Fachblatt „Cell Stem Cell”. Nun steht ein Kultursystem für eine schnelle Suche nach Medikamenten zur Verfügung.

„Aus Berichten über Zika-Virus-Infektionen ist bekannt, dass sich bestimmte Hirnregionen des Kindes normal entwickeln und hauptsächlich Strukturen der Hirnrinde fehlen“, sagt Guo-li Ming von der Johns Hopkins University in Baltimore, der zusammen mit Hongjun Song und Hengli Tang von der Florida State University in Tallahassee die Untersuchungen leitete. Die Forscher konnten mit Hilfe von Zellkulturen nachweisen, dass Zika-Viren bevorzugt Vorläuferzellen infizieren, aus denen sich später die Nervenzellen der Hirnrinde entwickeln. Möglicherweise geschieht genau das, wenn die Viren nach der Infektion einer Schwangeren in den Fötus eindringen. Einen eindeutigen Beweis dafür können allerdings nur klinische Studien erbringen.

Für ihre Versuche gingen die Forscher von induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS-Zellen) aus, die aus reprogrammierten menschlichen Hautzellen erzeugt worden waren. iPS-Zellen haben ganz ähnliche Eigenschaften wie embryonale Stammzellen. Unter speziellen Wachstumsbedingungen entwickelten sich daraus Vorläufer von Zellen der Hirnrinde. Aus solchen Nervenzellen entstehen während des Wachstums des Fötus reife Hirnzellen. Die Zugabe von Zika-Viren in Kulturen dieser Zellen bewirkte, dass in kurzer Zeit 90 Prozent der Vorläuferzellen infiziert waren. Bei anderen Zelltypen kam es zu einer viel geringeren Infektionsrate. Die Forscher stellten durch Genanalysen fest, dass die Vorläuferzellen ihre Virenabwehr nicht aktivierten. Viele Zellen starben ab, für die übrigen verzögerten sich Zellteilungsrate und weitere Reifung. Mit derartigen Zellkulturen, die eine Phase der Hirnentwicklung des Fötus simulieren, können die Wissenschaftler nun nach Wirkstoffen suchen, die der Virusinfektion Einhalt gebieten.

Eine der vielen noch offenen Fragen ist, warum eine Zika-Virus-Infektion bei Erwachsenen so mild verläuft. Schließlich gibt es auch im erwachsenen Gehirn – wenn auch nur in geringer Zahl – neurale Stammzellen, aus denen sich neue Hirnzellen entwickeln und die anfällig für die Vireninfektion sein müssten. Wenn das durch einen Mückenstich übertragene Virus eine Schwangere infiziert, vermehrt es sich zunächst in Hautzellen und gelangt dann mit Immunzellen in das Blut. Wie es danach die Plazenta durchdringt und in das Gehirn des Fötus eindringt, ist noch völlig ungeklärt. Die Immunabwehr des Erwachsenen sorgt dafür, dass eine schwangere Frau eine Zika-Virus-Infektion schnell übersteht. Das ungeborene Kind ist aber im ersten Drittel der Schwangerschaft offenbar ungeschützt. Die Viren stören die Reifung seines Gehirns und verzögern das Hirnwachstum, so dass der Kopf des Kindes nicht die normale Größe erreicht. Kinder mit Mikrozephalie sind geistig behindert. Zika-Virus-Infektionen breiten sich zurzeit in zahlreichen Regionen Lateinamerikas und der Karibik aus. Überträger sind Stechmücken der Gattung Aedes. Der Name Zika-Virus stammt daher, dass das Virus erstmals bei einem Affen aus dem Zikawald in Uganda nachgewiesen wurde.

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