Microviridae

Microviridae sind eine Gruppe von Viren, die ausschließlich Bakterien befallen. Solche Bakterienviren nennt man Phagen; für Menschen sind sie harmlos. Ihr Bauplan ist in DNA gespeichert, dem Molekül, das bei allen Lebewesen die Erbinformation trägt. Anders als bei uns liegt diese DNA hier aber nur als einzelner Strang vor, nicht als Doppelstrang. Die Viren sind außerdem extrem klein und einfach gebaut: eine Kugel aus Eiweiß, darin ein Erbgut mit nur rund einem Dutzend Bauanleitungen. Der Name kommt vom lateinischen „micro“ für klein, die Endung „-viridae“ kennzeichnet in der Biologie eine Virusfamilie.

phiX174 als Messlatte der Genetik

Das bekannteste Mitglied dieser Familie heißt phiX174. Es war 1977 das erste Lebewesen überhaupt, dessen komplettes Erbgut entschlüsselt wurde. Frederick Sanger und sein Team lasen damals alle 5.386 Bausteine der Reihe nach ab. Dafür gab es einen Nobelpreis, und das Verfahren prägte die Genetik über Jahrzehnte.

Der Grund für diese Wahl war die Größe. Menschliche Erbinformation umfasst rund drei Milliarden Bausteine, phiX174 nur etwa fünftausend. Wer ein neues Verfahren testen will, beginnt sinnvollerweise mit dem einfachsten Fall. Dasselbe Argument gilt bis heute: phiX174 ist so gut vermessen, dass jede Abweichung beim Ablesen sofort als Gerätefehler auffällt.

Deshalb sind Microviridae auch technisch relevant, nicht nur biologisch. Sie sind ein Referenzmaßstab, ähnlich wie ein geprüftes Gewicht in der Waagenprüfung. Ohne solche Kontrollen könnte man den Ergebnissen moderner Sequenziergeräte kaum trauen.

Ein Erbgut, in dem sich Gene überlappen

Die Viruskugel besteht aus zwanzig dreieckigen Flächen, ähnlich einem Fußball aus Eiweißbausteinen. An den Ecken sitzen Zapfen, mit denen sich das Virus an die Oberfläche eines Bakteriums heftet. Dann schiebt es seinen DNA-Strang in die Zelle hinein. Die leere Hülle bleibt draußen zurück.

In der Zelle wird der einzelne Strang zunächst zum Doppelstrang ergänzt. Erst diese Form kann das Bakterium ablesen, denn seine Maschinerie ist auf Doppelstränge eingerichtet. Danach übernimmt das Virus die Zelle als Fabrik: Sie produziert neue Hüllen und neue Erbgutstränge. Am Ende platzt das Bakterium und setzt hunderte neue Viren frei.

Besonders ist die Sparsamkeit des Erbguts. Manche Gene überlappen sich, das heißt, derselbe DNA-Abschnitt wird für zwei verschiedene Eiweiße genutzt. Man liest ihn dabei mit einem Versatz von einem Baustein und erhält eine völlig andere Anleitung. So passen mehr Informationen in wenig Platz, als eigentlich hineinzupassen scheinen.

Vom Darmmikrobiom bis zum Sequenzierlabor

Microviridae kommen überall vor, wo Bakterien leben. Große Mengen davon finden sich im menschlichen Darm, im Meerwasser und im Boden. Studien zum Mikrobiom, also zur Gesamtheit der Kleinstlebewesen im Körper, stoßen regelmäßig auf sie. Welche Rolle sie dort genau spielen, ist noch nicht abschließend geklärt.

In Nachrichten begegnet der Begriff meist in zwei Zusammenhängen. Erstens in der Genomforschung, wo phiX174 als Kontrollprobe erwähnt wird. Zweitens in der synthetischen Biologie: 2003 baute ein Team das komplette phiX174-Erbgut künstlich im Labor zusammen. Das war ein wichtiger Schritt hin zu selbst entworfenen Organismen.

Ein häufiger Irrtum ist die Verwechslung mit Viren, die Menschen krank machen. Microviridae können menschliche Zellen nicht befallen, ihnen fehlt der passende Andockpunkt. Sie werden auch oft mit den bekannteren T4-Phagen verwechselt, die einen Kopf mit Schwanz besitzen. Microviridae haben keinen Schwanz und sind deutlich kleiner.