Neuen Forschungsergebnissen zufolge forderte AIDS vor dem Aufkommen wirksamer Medikamente gegen HIV in einer Region Südafrikas einen so hohen Tribut, dass es in etwas mehr als einem Jahrzehnt seine Spuren im menschlichen Genom hinterließ und die Häufigkeit von Immun-Genvarianten veränderte. Als vor zwei Jahrzehnten der Zugang zu Medikamenten erleichtert wurde, haben diese evolutionären Kräfte nachgelassen und die genetischen Veränderungen haben sich verlangsamt.
Die Studie bietet einen faszinierenden Einblick in den Prozess der menschlichen Evolution. "Es ist fantastisch, es zeigt deutlich, wie die natürliche Selektion funktioniert und wie sie dann durch einen medikamentösen Eingriff gestoppt wird", sagt Michael Worobey, ein Evolutionsbiologe an der Universität von Arizona, der nicht an der Arbeit beteiligt war.
Die Forscher untersuchten die Genvariation in der Bevölkerung der Provinz KwaZulu-Natal, der am stärksten von der Epidemie betroffenen Provinz Südafrikas, in der 20 % der weltweit schätzungsweise 40,8 Millionen Menschen mit HIV leben. Für die Studie wurden Blutproben von 1600 HIV-infizierten und nicht infizierten Müttern in KwaZulu-Natal und von mehr als 400 ihrer Babys zwischen 1998 und 2025 untersucht.
Bevor antiretrovirale Medikamente 2005 in KwaZulu-Natal auf breiter Basis zur Verfügung standen, entwickelte sich eine Art perfekter Sturm, der durch eine Kombination mehrerer ungewöhnlicher Faktoren ausgelöst wurde, sagt Philip Goulder, Immunologe an der Universität Oxford und Leiter der Studie. HIV war in Südafrika bis Anfang der 1990er Jahre kaum verbreitet, als eine Epidemie unter der heterosexuellen Bevölkerung ausbrach und etwa 40 % der schwangeren Frauen in KwaZulu-Natal infizierte. (Diese erschreckend hohe Prävalenz besteht auch heute noch.) Eine Kombination aus genetischer Veranlagung, eingeschränkter medizinischer Versorgung und wahrscheinlich einem sehr aggressiven Subtyp des zirkulierenden Virus führte dazu, dass die Infizierten extrem schnell AIDS entwickelten - d. h. eine Zerstörung des Immunsystems, die das Überleben bedrohte - und zwar innerhalb von etwa 4,5 Jahren, verglichen mit 10 Jahren in Nordamerika und Europa.
Andere Studien haben bereits gezeigt, wie Infektionskrankheiten, einschließlich Malaria und Tuberkulose, das menschliche Genom verändert haben. Aber diese Veränderungen fanden über Tausende von Jahren statt. "Das ist das wirklich Spannende daran: Wir können sehen, wie schnell die Evolution funktionieren kann", sagt Goulder. Ähnliche evolutionäre Kräfte könnten auch in Nordamerika und Europa am Werk gewesen sein, aber sie sind schwieriger zu erkennen - und es ist weniger wahrscheinlich, dass sie sich auf künftige Generationen auswirken werden. Die HIV-Prävalenz liegt in diesen Regionen unter 1 %, und die Mehrheit der betroffenen Bevölkerung sind homosexuelle Männer, die sich nicht oft fortpflanzen, erklärt Worobey.
Anhand von DNA-Sequenzdaten aus Blutproben aus KwaZulu-Natal verfolgten Goulder und Kollegen Veränderungen in einem der ausgeklügeltsten und wirksamsten Antiinfektionsmechanismen des Immunsystems. Wenn Zellen von einem Virus wie HIV infiziert werden, transportieren HLA-Moleküle (Humanes Leukozyten-Antigen) Virusfragmente an die Zelloberfläche, wo sie sie wie Hände "greifen" und sichtbar machen. Die Scharfschützen des Immunsystems, die so genannten zytotoxischen T-Lymphozyten (CTLs), erkennen sie als Nerven und zerstören die infizierten Zellen. Die Forschung hat sich auf Variationen oder Allele in den Genen konzentriert, die für die HLA-Moleküle kodieren.
Bei einer HIV-infizierten Person entwickelt das Virus rasch eine Reihe verschiedener Mutanten. Einige HLA-Moleküle sind effizienter als andere, weil sie gemeinsame HIV-Fragmente aus allen Varianten auf der Oberfläche halten, während andere Fragmente aus häufig variierenden Teilen des Virus bevorzugen, was den CTL-Schutz schwächt. Die Forscher verfolgten die Prävalenz von drei HLA-Allelen, die sie als "schützend" bezeichneten, und drei, die sie als "anfällig" bezeichneten.
Anhand des Modells, das sie auf der Grundlage ihrer Daten erstellt haben, stellten sie fest, dass der Anteil der Bevölkerung, der ein anfälliges Allel trägt, von 28 % im Jahr 1990 auf 25 % im Jahr 2004 gesunken ist: "Wenn ein großer Teil der Bevölkerung stirbt, sind sie nicht mehr da, um diese Gene an ihre Nachkommen weiterzugeben", erklärt Worobey. Im gleichen Zeitraum stieg der Anteil der Träger eines schützenden Allels von 23 % auf 27 %, was bedeutet, dass ein größerer Anteil der überlebenden Bevölkerung für starke CTL-Antworten gerüstet war. Die Veränderungen waren bescheiden, aber deutlich, sagt Mary Carrington, eine Immunologin am Frederick National Cancer Laboratory, Mitautorin der Studie , die die Ergebnisse veröffentlicht.
Die Einführung von ARV-Medikamenten, die heute von etwa 80 % der mit HIV lebenden Südafrikaner eingenommen werden, hat diesen Entwicklungstrend zwar nicht gestoppt, aber drastisch verlangsamt. Die Forscher sagen voraus, dass im Jahr 2035 nur noch 22 % der Bevölkerung ein gefährdetes Allel und 32 % ein schützendes Allel haben werden. Hätte die Bevölkerung von KwaZulu-Natal nie Zugang zu ARV gehabt, so würde der Studie zufolge die Prävalenz der gefährdeten Allele bis 2035 gegenüber 1990 um 10 % sinken und die Prävalenz der schützenden Allele um 19 % auf 42 % ansteigen.
