Retroviren
Medizinische Expertise: Dr. med. NonnenmacherQualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer. nat. Frank Meyer
Letzte Aktualisierung am: 1. September 2026Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.
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Retroviren haben das menschliche Erbgut seit Jahrmillionen beeinflusst. Aber auch bedeutende Infektionskrankheiten sind auf Retroviren zurückzuführen.
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Was sind Retroviren?
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Ein Virus ist ein nicht zur selbständigen Vermehrung fähiges, infektiöses Partikel. Viren verfügen auch nicht über einen eigenen Stoffwechsel. Daher werden Viren nicht zu den Lebewesen gezählt, obwohl sie einzelne Merkmale des Lebens aufweisen.
Ein Retrovirus trägt in seinem Partikel keine DNA (Desoxyribonukleinsäure) — jenes bei allen Lebewesen und bei einigen Viren vorkommende Molekül aus zwei umeinander gewundenen Strängen, das die Erbinformationen enthält —, sondern lässt sie erst in der Wirtszelle entstehen.
Das Erbgut (Genom) der einen Durchmesser von ungefähr 100 nm aufweisenden Retroviren enthält hingegen lediglich einen Strang RNA (Ribonukleinsäure), die von einer aus Proteinen (Eiweißen) bestehenden Verpackung („Kapsid“) umgeben ist. Von diesem Einzelstrang enthält jedes Viruspartikel zwei identische Kopien. Die äußere Hülle der Retroviren wird von weitgehend wasserunlöslichen Molekülen (aus „Lipid“-Stoffen) gebildet, in die Virusproteine eingelagert sind.
Bedeutung & Funktion
Forschungen ergaben, dass ungefähr 9 Prozent des menschlichen Erbguts aus retroviralen Erbgutabschnitten besteht. Der überwiegende Anteil dieser Abschnitte kam vor geschätzten 40 bis 70 Millionen Jahren in das Genom unserer Vorfahren. Noch im menschlichen Genom erkennbare Teilbausteine von Retroviren wurden vor 100 Millionen Jahren zum Bestandteil des Erbguts. Den Genomen einiger endogener Retroviren kommt sogar eine Schutzfunktion für das Leben zu: Menschliche Schwangerschaften sind beispielsweise nur deshalb möglich, weil ein von einem uralten Retrovirus stammendes Gen an der Bildung des Mutterkuchens beteiligt ist.
„Exogene Retroviren“ („XRV“) dringen dagegen durch Infektion in den Wirtsorganismus ein. Retroviren, die insbesondere Wirbeltiere infizieren, befallen bestimmte tierische Körperzellen, auf die sie spezialisiert sind. Innerhalb der von ihnen infizierten Zelle bauen sie ihr Erbgut in das Wirtszellenerbgut ein. Nach der Reproduktion von Retroviren innerhalb der Wirtszelle werden die Viren in den Blutkreislauf abgegeben und können somit weitere Zellen befallen. Die DNA einer Zelle sorgt für die Herstellung von RNA, die als „Boten-RNA“ (mRNA, messenger RNA) Informationen übermittelt, die für die Bildung von Eiweißen (Proteinen) notwendig sind.
Die Bezeichnung „Retrovirus“ resultiert daraus, dass diese Virusform das Ausgangsverfahren bei der RNA-Bildung innerhalb einer Zelle umkehrt: Nicht die ursprüngliche DNA der Wirtszelle löst nunmehr die Anweisungen zur RNA-Bildung aus. Vielmehr verändert der Retrovirus die DNA der Wirtszelle, die nach einer Infektion Anweisungen zur Produktion neuer Retroviren gibt. Die sogenannte „Reverse Transkriptase“ (RT), ein spezielles „Enzym“ des Retrovirus, schreibt die Retrovirus-RNA in DNA um, die anschließend in die DNA der Wirtszelle eingebaut wird. Den Einbau selbst übernimmt ein weiteres viruseigenes Enzym, die „Integrase“. Enzyme sind Stoffe, die bestimmte biochemische Reaktionen auslösen können.
Gefahren, Störungen, Risiken & Krankheiten
Lymphozyten gehören zu den weißen Blutkörperchen („Leukozyten“). T-Helfer-Zellen stellen eine Untergruppe der „T-Zellen“ dar. Die Bezeichnung „T-Zelle“ bezieht sich auf den „Thymus“, der Bestandteil des sogenannten „lymphatischen Systems“ und damit des Immunsystems ist. Der Thymus ist ein aus zwei Lappen zusammengesetztes Organ, das sich bei Menschen oberhalb des Herzens befindet. Die im Knochenmark erzeugten und von dort zum Thymus wandernden „T-Zellen“ („T-Lymphozyten“) sind nach ihrer Ausreifung im Thymus für die Immunabwehr verantwortlich.
Weltweit lebten Anfang der 2010er Jahre rund 34 Millionen Menschen mit dem HI-Virus. Nach Schätzungen von UNAIDS sind es inzwischen etwa 40 Millionen. SIV (simianes Immundefizienz-Virus) ist eine Virengruppe, aus der sich vermutlich das HIV entwickelt hat. „Simian“ bedeutet „affenartig“ und weist auf die Träger des SIV hin. Auch das HTLV-1-Virus (humanes T-lymphotropes Virus 1), das bei Menschen und verwandten Primaten ebenfalls die CD4-T-Lymphozyten befällt, zählt zu den Retroviren. Eine kleine Zahl infizierter Menschen erkrankt an einer neurologischen Krankheit, der „Tropischen Spastischen Paraparese“, oder an einer „T-Zell-Leukämie“.
Die Symptome der Tropischen Spastischen Paraparese ähneln der Multiplen Sklerose. T-Zell-Leukämie führt zu bösartigen („malignen“) Tumoren, die von den Lymphozyten ausgehen. Die Infektionsrate mit dem HTLV-1-Virus ist in Europa gering: In Westeuropa sind vermutlich 6.000 Personen infiziert, von denen etwa ein Prozent an der Tropischen Spastischen Paraparese erkranken. Weltweit wurden allerdings schätzungsweise bis zu 20 Millionen Menschen vom HTLV-1 befallen.
Die Schwächung des Immunsystems durch Verminderung der Anzahl der T-Zellen führt zu einer erhöhten Anfälligkeit für Infektionen. Die Bekämpfung der HIV-Infektion wird durch eine hohe Mutationsrate erschwert: Bei jedem tausendsten bis zehntausendsten Baustein, den die Reverse Transkriptase einbaut, kommt es zu einem Fehler und damit zu einer Retrovirus-Mutation. Die Entwicklung von Medikamenten zur Therapie von Retrovirus-Erkrankungen zielt vor allem auch auf die Beeinflussung der Reversen Transkriptase.
Systematik und Verwandtschaft
Die Retroviren bilden eine eigene Virusfamilie, die Retroviridae. Innerhalb dieser Familie werden zwei große Unterfamilien unterschieden: die Orthoretroviren, zu denen die weitaus meisten bekannten Vertreter gehören, und die Spumaretroviren, die auch als Schaumviren bezeichnet werden. Ihren Namen verdanken die Schaumviren dem schaumig aussehenden Bild, das befallene Zellen in der Zellkultur bieten. Sie kommen bei Affen, Rindern, Pferden und Katzen vor und können auf Menschen übertragen werden, die beruflich engen Kontakt zu Affen haben; eine Erkrankung ist bei ihnen bisher nicht beobachtet worden.
Die Orthoretroviren werden weiter in mehrere Gattungen aufgeteilt. Die für den Menschen wichtigsten sind die Lentiviren und die Deltaretroviren. Der Name „Lentivirus“ leitet sich vom lateinischen „lentus“ für „langsam“ ab und beschreibt den schleichenden Verlauf der von ihnen ausgelösten Erkrankungen: Zwischen der Infektion und den ersten Krankheitszeichen können Jahre vergehen. Zu den Lentiviren zählen das HI-Virus und das SIV der Affen, aber auch Erreger, die bei Schafen, Ziegen, Pferden und Katzen langsam fortschreitende Erkrankungen hervorrufen. Die Deltaretroviren umfassen unter anderem das HTLV-1 sowie verwandte Viren des Rindes. Weitere Gattungen enthalten überwiegend tierische Erreger, darunter zahlreiche Viren, die bei Hühnern, Mäusen und Katzen Tumoren oder Leukämien auslösen; sie werden traditionell als Onkoviren zusammengefasst, weil sie Krebserkrankungen verursachen können.
Von den Retroviren abzugrenzen sind Viren, die zwar ebenfalls eine Reverse Transkriptase besitzen, aber nicht zu dieser Familie gehören. Das Hepatitis-B-Virus etwa trägt ein DNA-Genom in seinem Partikel und schreibt im Verlauf seiner Vermehrung ein RNA-Zwischenprodukt wieder in DNA um – gewissermaßen der umgekehrte Weg. Es baut sein Erbgut zudem nicht regelhaft in das Erbgut der Wirtszelle ein. Auch im Erbgut vieler Lebewesen finden sich sogenannte Retrotransposons, bewegliche Erbgutabschnitte, die sich über ein RNA-Zwischenprodukt vermehren und mit den Retroviren einen gemeinsamen Ursprung haben dürften; anders als diese bilden sie jedoch keine Viruspartikel, die die Zelle verlassen können.
Aufbau des Viruspartikels
Das Erbgut eines Retrovirus ist trotz seiner geringen Größe erstaunlich sparsam organisiert. Drei Abschnitte finden sich bei allen Vertretern der Familie und werden nach alter Übereinkunft mit den Kürzeln gag, pol und env bezeichnet. Der gag-Abschnitt enthält die Bauanleitung für die inneren Strukturproteine, also für das Proteingerüst des Kapsids, für die Matrixschicht, die innen an der Virushülle anliegt, und für die Eiweiße, die das Erbgut umkleiden. Der pol-Abschnitt liefert die Enzyme: die Reverse Transkriptase, die Integrase und eine Protease, die die zunächst als lange Ketten hergestellten Virusproteine an den richtigen Stellen zerschneidet. Der env-Abschnitt schließlich enthält die Anleitung für die Hüllproteine, die als Fortsätze aus der äußeren Lipidhülle herausragen und die Anheftung an die Wirtszelle vermitteln.
An beiden Enden des Erbguts liegen gleichlautende Wiederholungssequenzen, die als lange terminale Wiederholungen (englisch „long terminal repeats“, kurz LTR) bezeichnet werden. Sie tragen selbst keine Bauanleitung für Eiweiße, sondern wirken als Schalter: Sie legen fest, wo das Ablesen des eingebauten Virusgenoms beginnt und endet, und bestimmen mit, wie stark es abgelesen wird. Bei den komplexer gebauten Retroviren wie dem HI-Virus und dem HTLV-1 kommen weitere kleine Erbgutabschnitte hinzu, deren Produkte die Ablesung regeln und in den Stoffwechsel der befallenen Zelle eingreifen.
Der Vermehrungszyklus
Am Anfang steht die Anheftung. Die Hüllproteine des Virus binden an ein bestimmtes Eiweiß auf der Oberfläche der Wirtszelle, den Rezeptor. Weil jedes Retrovirus nur an ganz bestimmte Rezeptoren passt, ist damit festgelegt, welche Zellen es überhaupt befallen kann. Beim HI-Virus ist dies das CD4-Molekül der T-Helfer-Zellen, zu dem noch ein zweiter Bindungspartner auf der Zelloberfläche treten muss, damit der Eintritt gelingt. Anschließend verschmilzt die Lipidhülle des Virus mit der Zellmembran, und der Kern des Partikels gelangt in das Zytoplasma.
Dort beginnt die Reverse Transkriptase mit ihrer Arbeit und stellt aus dem RNA-Erbgut eine doppelsträngige DNA-Kopie her. Diese wird in den Zellkern gebracht, wo die Integrase sie in das Erbgut der Wirtszelle einfügt. Der Ort des Einbaus ist nicht beliebig, aber auch nicht genau festgelegt; verschiedene Retroviren bevorzugen unterschiedliche Bereiche des Wirtsgenoms. Von diesem Augenblick an ist das Virus ein fester Bestandteil der Zelle und wird bei jeder Zellteilung an beide Tochterzellen weitergegeben. Diese Eigenschaft erklärt, warum eine Retrovirus-Infektion mit den heute verfügbaren Mitteln nicht mehr aus dem Körper zu entfernen ist: Auch wenn im Blut keine Viren mehr nachweisbar sind, bleibt das eingebaute Erbgut in langlebigen Zellen erhalten und kann wieder abgelesen werden.
Für die Bildung neuer Viren nutzt das Provirus die Maschinerie der Zelle. Die zelleigene RNA-Polymerase liest das eingebaute Virusgenom ab, ein Teil der entstehenden RNA dient als Bauanleitung für die Virusproteine, ein anderer Teil wird unverändert als Erbgut in die neuen Partikel verpackt. Der Zusammenbau findet an der Innenseite der Zellmembran statt. Die fertigen Partikel schnüren sich von der Zelle ab und nehmen dabei ein Stück ihrer Membran als Hülle mit – ein Vorgang, der als Knospung bezeichnet wird. Erst danach zerschneidet die virale Protease die Vorläuferproteine, und das Partikel nimmt seine endgültige, infektiöse Gestalt an. Anders als viele andere Viren töten Retroviren die befallene Zelle bei diesem Vorgang nicht zwangsläufig ab; eine infizierte Zelle kann über längere Zeit hinweg fortlaufend neue Viren abgeben. Die meisten Retroviren können ihr Erbgut nur dann einbauen, wenn sich die Zelle gerade teilt und die Hülle des Zellkerns aufgelöst ist. Lentiviren beherrschen auch den Weg in den ruhenden Zellkern und befallen deshalb ebenso Zellen, die sich nicht mehr teilen.
Nachweis und Diagnostik
Der Nachweis einer Retrovirus-Infektion beim Menschen stützt sich auf zwei grundsätzlich verschiedene Wege. Der indirekte Weg sucht nach Antikörpern, die der Körper gegen das Virus gebildet hat. Solche Suchtests sind einfach durchzuführen und werden deshalb an den Anfang gestellt. Sie haben allerdings eine Schwäche: In den ersten Wochen nach der Ansteckung sind noch keine oder zu wenige Antikörper vorhanden, sodass das Ergebnis negativ ausfällt, obwohl eine Infektion vorliegt. Dieser Zeitraum wird als diagnostisches Fenster bezeichnet. Moderne Suchtests auf HIV erfassen deshalb zusätzlich ein Eiweiß aus dem Kapsid des Virus, das früher im Blut erscheint als die Antikörper, und verkürzen das Fenster damit erheblich.
Der direkte Weg weist Bestandteile des Virus selbst nach. Mit der Polymerase-Kettenreaktion lässt sich das Erbgut des Virus im Blut aufspüren und seine Menge bestimmen. Diese Viruslast ist der wichtigste Messwert für die Beurteilung einer laufenden Behandlung. Mit demselben Verfahren lässt sich auch das in das Erbgut der Zellen eingebaute Provirus nachweisen, was etwa bei Neugeborenen infizierter Mütter wichtig ist: Diese tragen die Antikörper der Mutter noch monatelang in sich, ohne selbst infiziert sein zu müssen, sodass ein Antikörpertest hier nicht weiterhilft. Ein reaktiver Suchtest wird grundsätzlich durch ein zweites, andersartiges Verfahren bestätigt, bevor das Ergebnis mitgeteilt wird. Historisch spielte außerdem der Nachweis der Aktivität der Reversen Transkriptase in Zellkulturen eine Rolle; er gilt heute als überholt.
Bedeutung in Forschung und Medizin
Gerade die Eigenschaft, die Retroviren als Krankheitserreger so gefährlich macht – der dauerhafte Einbau in das Erbgut der Wirtszelle –, hat sie zu einem der wichtigsten Werkzeuge der Gentherapie gemacht. Für diesen Zweck werden Viren im Labor so verändert, dass ihnen die Bauanleitungen für die eigenen Proteine fehlen und stattdessen ein gewünschtes menschliches Gen im Erbgut sitzt. Solche Genfähren können eine Zelle einmal befallen und ihre Fracht abliefern, sich danach aber nicht mehr vermehren. Auf diesem Weg werden Stammzellen aus dem Knochenmark mit einem funktionsfähigen Gen ausgestattet, bevor sie dem Patienten zurückgegeben werden. Auch die Herstellung von Abwehrzellen, die gezielt gegen Tumorzellen gerichtet werden, arbeitet in der Regel mit retroviralen oder lentiviralen Genfähren.
Dieser Ansatz ist nicht ohne Risiko. Weil der Einbau nicht an einer festgelegten Stelle erfolgt, kann das eingeschleuste Erbgut ein Gen der Zelle stören oder ein wachstumsförderndes Gen unbeabsichtigt anschalten. In frühen Gentherapiestudien an Kindern mit einem angeborenen schweren Immundefekt sind auf diesem Weg Leukämien entstanden. Die heute verwendeten Genfähren sind daraufhin so umgebaut worden, dass die Schaltelemente in den terminalen Wiederholungen ausgeschaltet sind und das Risiko deutlich geringer ausfällt.
Auch als reines Laborwerkzeug ist die Reverse Transkriptase aus der biologischen Forschung nicht mehr wegzudenken. Sie erlaubt es, RNA in DNA umzuschreiben und damit überhaupt erst der Untersuchung mit den üblichen Verfahren zugänglich zu machen. Jeder Test, der RNA-Viren mit der Polymerase-Kettenreaktion nachweist, beginnt mit diesem Schritt. Und die im Erbgut vieler Arten verstreuten Reste alter Retroviren dienen der Stammbaumforschung als Zeitmarken: Findet sich derselbe Rest an derselben Stelle im Erbgut zweier Arten, so muss die Einfügung vor der Trennung ihrer Entwicklungslinien geschehen sein.
Geschichte
Der erste Vertreter der Familie wurde entdeckt, lange bevor man wusste, was ein Virus überhaupt ist. Der amerikanische Pathologe Peyton Rous zeigte 1911, dass sich ein Bindegewebstumor von Hühnern durch einen zellfreien Filtrat-Extrakt auf gesunde Tiere übertragen ließ. Das später nach ihm benannte Rous-Sarkom-Virus war damit der erste Nachweis, dass ein Virus Krebs auslösen kann; Rous erhielt dafür 1966 den Nobelpreis für Medizin.
Der entscheidende Durchbruch gelang 1970, als Howard Temin und David Baltimore unabhängig voneinander die Reverse Transkriptase beschrieben. Damit war bewiesen, dass Erbinformation auch von RNA zurück in DNA fließen kann – ein Befund, der der damals herrschenden Lehrmeinung widersprach und beiden Forschern 1975 den Nobelpreis eintrug. 1980 wurde mit dem HTLV-1 das erste Retrovirus des Menschen beschrieben. Nur drei Jahre später, 1983, isolierte eine Arbeitsgruppe am Pariser Institut Pasteur um Luc Montagnier und Françoise Barré-Sinoussi das Virus, das später den Namen HIV erhielt und als Ursache von AIDS erkannt wurde. Beide erhielten dafür 2008 den Nobelpreis.
Quellen
- Suerbaum, S., Burchard, G.-D., Kaufmann, S. H. E., Schulz, T. F. (Hrsg.): Medizinische Mikrobiologie und Infektiologie.
ISBN: 9783662613849
- Modrow, S., Falke, D., Truyen, U., Schätzl, H.: Molekulare Virologie.
ISBN: 9783662617809
- Doerr, H. W., Gerlich, W. H. (Hrsg.): Medizinische Virologie.
ISBN: 9783131139627
- Kayser, F. H., Böttger, E. C., Deplazes, P., et al.: Taschenlehrbuch Medizinische Mikrobiologie.
ISBN: 9783132447936
- Darai, G., Handermann, M., Sonntag, H.-G., Zöller, L. (Hrsg.): Lexikon der Infektionskrankheiten des Menschen.
ISBN: 9783642171574