Alveolarmakrophagen und die Komplexität der HCMV Population

Eine große Anzahl unterschiedlicher humaner Zytomegalievirusstämme (HCMV Stämme) zirkuliert in der menschlichen Bevölkerung. Auch Personen mit einem gesunden Immunsystem können mit mehr als einem HCMV Stamm infiziert sein, und alle erworbenen HCMV Stämme verbleiben in einem Latenzstadium im Menschen. Deshalb kann eine Latenz-Reaktivierung zu einer aktiven HCMV Mischinfektion führen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sich mehrere HCMV Stämme gleichzeitig vermehren. Eine aktive HCMV Infektion bleibt bei immunkompetenten Personen meist asymptomatisch, kann jedoch bei Personen mit sehr geschwächtem Immunsystem, wie bei Transplantationspatienten, schwere Erkrankungen wie Fieber und Leukopenie oder im schlimmsten Fall sogar eine Lungenentzündung hervorrufen. Gerade Patienten nach einer Lungentransplantation leiden häufig an HCMV Mischinfektionen und es scheint, dass die Erkrankung bei einer Mischinfektionen stärker verläuft als bei Einzelinfektionen. Erste Studien haben bereits gezeigt, dass sich die Zusammensetzungen einer Mischinfektion von Patient zu Patient unterscheiden können. Interessanterweise kann sich eine HCMV-Mischpopulation sogar innerhalb eines Patienten von einer Infektionsepisode zu einer anderen stark verändern. Mit Hilfe bisheriger Nachweismethoden konnten HCMV Mischinfektionen nur teilweise charakterisiert werden, und deshalb weiß man auch noch nicht, wie Mischinfektionen das pathogene Verhalten von HCMV beeinflussen können. In Patienten nach Lungentransplantation ist gerade die Lunge eine sehr kritische Stelle, wo es zu einer unkontrollierten HCMV Vermehrung kommen kann. Ein besonderer Zelltyp, die Alveolarmakrophagen (AM), die in den Alveolarräumen der Lunge vorkommen, setzen sich nach der Transplantation sowohl aus Spender- als auch aus Empfängerzellen zusammen. Kürzlich konnte gezeigt werden, dass AM sogar in gesunden Menschen nicht nur sogenannte Träger des HCMV sind, sondern diese Zellen sind auch in der Lage, das Virus zu vermehren. Wir haben nun die Vermutung aufgestellt, dass die Alveolarmakrophagen, die mit HCMV infiziert sind, das Ausmaß von HCMV Mischinfektionen stark beeinflussen können. Deshalb ist das Ziel unseres Forschungsvorhabens, eine Vielzahl von bronchoalveolären Flüssigkeiten und Blutproben, die während einer Routineuntersuchung von den Lungentransplantatpatienten gewonnen werden, auf die vorhandenen HCMV Populationen und auf die HCMV-infizierten AM zu untersuchen. Dazu werden neue, hochsensitive Sequenziermethoden angewendet, und es werden die HCMV Stämme, die in den Patientenproben vorkommen, umfassend charakterisiert. Wir erwarten von den Ergebnissen dieses Projekts, dass wir die Entstehung und das Ausmaß von HCMV Mischinfektionen viel umfassender als bisher aufklären können und dadurch besser verstehen, wie Mischinfektionen zum pathogenen Verhalten von HCMV beitragen. Für zukünftige Studien kann dieses Wissen genützt werden, um einerseits die HCMV Stamm-spezifische Immunantwort genau zu untersuchen und andererseits um verbesserte Behandlungsmöglichkeiten zu entwickeln.

Alveolarmakrophagen und die Komplexität der HCMV Population Das humane Zytomegalievirus (HCMV), das zur Familie der Herpesviren gehört, besteht aus einer Vielzahl genetisch unterschiedlicher Stämme. In 50 - 70% der Erwachsenen Mitteleuropas können HCMV-spezifische Antikörper im Blut nachgewiesen werden. In diesen HCMV-seropositiven Personen bleibt das Virus in einem Teil der Monozyten ohne Virusvermehrung lebenslang bestehen (Latenz). Die Erstinfektion sowie sporadische Virusvermehrungen (Reaktivierung), die von HCMV-infizierten Monozyten ausgehen, verlaufen meist asymptomatisch, da sie durch das Immunsystem kontrolliert werden. Eine Infektion mit einem anderen HCMV Stamm (Re-Infektion) wird durch die spezifische Immunantwort jedoch nicht verhindert, folglich können HCMV-seropositive Personen mehrere Stämmen in sich tragen. Es war bisher unklar, wieviele Stämme vorhanden sein können und inwieweit sich diese in ihrem Infektionsverhalten unterscheiden. Nach Organtransplantation unter immunsuppressiver Therapie können wiederholt auftretende Virusvermehrungen zu schweren Organschädigungen und zu einer chronischen Organabstoßung führen. Die antivirale Prophylaxe und Therapie, um die Virusvermehrung zu hemmen, kann jedoch zu einer Nierenschädigung führen. Es wird vermutet, dass bei Lungentransplantatempfängern HCMV-infizierte Monozyten, die in der Lunge zu Alveolarmakrophagen differenzieren, bei der Virusverbreitung eine wichtige Rolle spielen. Aus früheren Studien weiss man, dass HCMV über das Spenderorgan auf einen HCMV-seronegativen Empfänger übertragen wird, einhergehend mit einem hohen Erkrankungsrisiko. Weitgehend unklar war, inwieweit HCMV Stämme vom Spender auf einen HCMV-seropositiven Empfänger übertragen werden, ob beide Quellen zur Virusvermehrung beitragen, und wie sich die Virusgenome über die Zeit verändern. Ziel dieser Arbeit war es, die Stammzusammensetzung und deren Vermehrungsverhalten nach Transplantation genau zu bestimmen, den Ursprung der HCMV Stämme zurückzuverfolgen, und den Beitrag der Alveolarmakrophagen zu verstehen. Wir konnten erstmals direkt zeigen, dass im Transplantat mehrere HCMV Stämme enthalten sein können, die auch übertragen werden, unabhängig davon ob der Empfänger bereits mit HCMV infiziert war oder nicht. Die HCMV Population nach Transplantation kann sich aus Spender- und Empfängerstämmen zusammensetzen, wobei sich alle Stämme ähnlich gut vermehren und deren Genomsequenzen über die Zeit unverändert bleiben. Spenderstämme können bereits in der ersten Woche nach Transplantation im Blut zirkulieren und HCMV-infizierte Monozyten und Alveolarmakrophagen des Empfängers besiedeln das Spenderorgan im ersten Jahr nach Transplantation. Unsere Daten zeigen, wie wichtig es ist, verbesserte Strategien zu entwickeln, damit sowohl die HCMV Übertragung mit dem Spenderorgan als auch die Reaktivierungen der Empfängerstämme reduziert wird. Obwohl in der gesamten Studienpopulation eine enorme Stammvielfalt zu beobachten war, kommen in einer Person nicht mehr als drei HCMV Stämme vor. Diese Daten implizieren, dass Re-Infektionen mit genetisch unterschiedlichen Stämmen zwar wahrscheinlich sind, aber dass nach wenigen Infektionszyklen ein Schutz vor weiteren Infektionen besteht. Diese Erkenntnisse sind die Grundlage für effektivere Impfstrategien.