Virophagen
# Virophagen

Die Einteilung der Viren in Sys­te­matiken ist kontinuier­licher Gegen­stand der For­schung. So existieren neben- und nach­einander ver­schie­dene Virus­klas­sifi­kationen sowie die offi­zielle Virus-Taxo­nomie des Inter­national Com­mit­tee on Taxo­nomy of Viruses (ICTV). Die hier be­han­delte Grup­pe ist als Taxon durch neue For­schungen ob­solet ge­wor­den oder aus an­deren Grün­den nicht Teil der offi­ziel­len Virus-Taxo­nomie.

Als Virophagen klassifiziert man nicht-taxonomisch einen speziellen Typ vergleichsweise großer Satellitenviren aus dem Phylum Preplasmiviricota, die sich nur in Co-Infektion mit Riesenviren des Phylums Nucleocytoviricota (NCLDVs) als Helferviren in eukaryotischen Wirtszellen replizieren können. Virophagen replizieren (anders als die Begriffliche Anlehnung an Bakteriophagen nahelegen könnte) nicht „in“ anderen Viren, sondern nutzen als Satellitenviren den Syntheseapparat der Helferviren – und treten dabei in eine Konkurrenz zu ihnen. Dabei werden Genprodukte des Helfervirus genutzt, die sonst nur bei eukaryotischen Zellen (Eucyten) die Proteinsynthese ermöglichen, daher werden die Helferviren der Virophagen auch Mamaviren genannt. In der Regel wird die Proteinsynthese des Mamavirus wird dabei mehr oder weniger beeinträchtigt. Virophagen sind daher (bzgl. der Mamaviren) parasitäre Satellitenviren. Daher werden die Helfer- oder Mamaviren auch als „virale Wirte“, die co-infizierten Eucyten zur Abgrenzung dann auch als „zelluläre Wirte“ bezeichnet.

Virophagen sind sowohl bzgl. ihrer Kapsidgröße als auch bzgl. ihres Genoms viel kleiner als ihre Riesenviren-Wirte, aber andererseits viel größer als gewöhnliche Satellitenviren, deren Helferviren ja ebenfalls kleiner als die Riesenviren der NCLDV sind.

## Forschungsgeschichte und prominente Beispiele

Der erste Virophage namens Sputnik wurde im Jahr 2008 von Bernard La Scola und Didier Raoult von der Université de la Méditerranée in Marseille in den Rohren eines Kühlwassersystems in Paris entdeckt. Er parasitiert das Acanthamoeba castellanii mamavirus (AcMV, ein Stamm der Spezies Mimivirus bradfordmassiliense).

Die bislang (Stand 2. Oktober 2023) vom International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV) offiziell bestätigten Virophagen gehören alle zu einer Familie, den Lavidaviridae, mit zwei Gattungen:

* Sputnikvirus mit den beiden Spezies Mimivirus-dependent virus Sputnik und Mimivirus-dependent virus Zamilon – diese parasitieren Mamaviren der Megamimivirinae (Mimiviridae-Gruppe I)
* Mavirus mit einer einzigen Spezies Cafeteriavirus-dependent mavirus – diese parasitieren Mamaviren der Aliimimivirinae (Mimiviridae der Gruppe II).

Es gibt jedoch – meist aus der Metagenomik – viele weitere Hinweise und Vorschläge zu Virophagen der Lavidaviridae; einen Überblick über die Virophagen geben beispielsweise Zhou et al. (2013), Gong et al. (2016), und Chen et al. (2018):

Einige prominente Beispiele sind:

* der „Organic-Lake-Virophage“ (engl. „Organic Lake virophage“, $OLV),^{(N,G)}$
* der „Qinghai-Lake-Virophage“, (engl. „Qinghai Lake virophage“, QLV)
* der „Guarani virophage“
* die „Dishui-Lake-Virophagen“ 1 bis 8 (DSLV1 bis DSLV8)
* die „Yellowstone-Lake-Virophagen“ 1 bis 7 (YSLV1 bis YSLV7)
* die TBE-Virophages (TBE: englisch Trout Bog epilimnion) und TBH-Virophagen (TBH: engl. Trout Bog hypolimnion)
* die Pansen-Virophages (sheep rumen virophages, RVPs) mit dem „Schafspansen-Hybrid-Virophagen“ („Sheep Rumen hybrid virophage“ (SRHV))
* Loki’s Castle virophages (LC-Virophagen)

Offenbar nicht zu den Lavidaviridae, sondern in einen anderen Zweig der Preplasmiviricota gehört der mutmaßliche Virophage

* „Preplasmiviricota sp. Gezel-14T“ (PLV ‘Gezel-14T) alias Phaeocystis globosa Virus Virophage (PgVV)

Weitere Gensequenzen von Virophagen hat man unter anderem auch an folgenden Stellen gefunden:

* Punta Cormorant, eine salzige Lagune auf Floreana (Santa María, englisch Charles, Galápagos-Inseln)
* Einem Ocean Upwelling auf Fernandina (englisch Narborough Island, ebenfalls Galápagos-Inseln)
* Delaware Bay Ästuar (New Jersey, Ostküste der USA)
* Gatúnsee (englisch Lake Gatun, ein Süßwassersee in Panama, Mittelamerika)
* Gossenköllesee (Österreich)

Eine Liste nicht-klassifizierter Virophagen findet sich in der Taonomie das National Center for Biotechnology Information (NCBI).

## Genom

### Replikationszyklus

Der Replikationszyklus der Virophagen unterscheidet sich grundlegend von dem gewöhnlicher Satellitenviren.

Normalerweise initiieren Satellitenviren die Expression und Replikation ihres Genoms im Zellkern der Wirtszelle mit Hilfe ihrer dortigen Maschinerie und geht dann in das Zytoplasma. Dort findet es die Morphogenese-Maschinerie seines Helfervirus, mit der dieses seine Virionen (Virusteilchen) zusammenbaut (Assembly). Diese wird vom Satellitenvirus gekapert, um seine eigenen Nachkommen zu produzieren.

Bei den Virophagen der Familie Lavidaviridae wird angenommen, dass die Replikation der Virophagen vollständig in der Virusfabrik des Riesenvirus-Wirts stattfindet und daher vom Expressions- und Replikationskomplex des Riesenvirus abhängt. Wenn die Wirtszelle nur vom Riesenvirus infiziert wird, baut dieses eine im Zytoplasma eine Virusfabrik (VF) auf, um sich zu replizieren und neue Virionen zu erzeugen. Die Wirtszelle wird am Ende seines Replikationszyklus gewöhnlich lysiert, d. h. unter Freisetzung der Virus-Nachkommenschaft zum Platzen gebracht und so zerstört.

Wenn die Wirtszelle mit einem Riesenvirus und einem Virophagen koinfiziert ist, parasitiert letzterer in der dieser Virusfabrik des Riesenvirus. Die Anwesenheit von Virophagen kann die Infektiosität des Riesenvirus daher ernsthaft beeinträchtigen, indem sie seine Replikationseffizienz verringert und damit indirekt das Überleben der Wirtszelle erhöht.

## Lavidaviridae

Die Virophagen der Riesenviren sind im Vergleich zu Satellitenviren anderer Helferviren ebenfalls vergleichsweise riesig und haben auch ein komplexeres Genom.

## Gezel-14T

Wie Roitman et al. im Januar 2023 berichteten, wird Phaeocystis-globosa-Virus PgV-14 (PgV-14T, offiziell Tethysvirus hollandense) parasitiert von „Preplasmiviricota sp. Gezel-14T“ (PLV ‘Gezel-14T), einem nahen Verwandten oder Alias von „Phaeocystis globosa virus-virophage“ (PgVV). Gezel-14T ist jedoch kein Mitglied der Preplasmiviricota-Familie Lavidaviridae, zu der alle bis dato bekannten Virophagen gehörten. Die Koinfektion mit Gezel-14T verringert wie für Virophagen üblich die Fitness des viralen Wirts, indem sie die Menge der erzeugten PgV-14T-Virionen zum Zeitpunkt der Freisetzung reduziert – jedoch nicht so stark, dass die Population der Wirtszelluläre Wirtspopulation völlig verschont bleibt. Die Ergebnisse zeigen, dass Gezel-14T-ähnliche PLVs (Polinton-artige Viren, alias Preplasmiviricota) sich ins Phaeocystis-Genome integrierten, was auch beim Virophagen Mavirus beobachtet wurde. Dies legt nahe, dass diese weit verbreiteten Viren zur Integration in zelluläre Wirtsgenome fähig sind.

## Provirophagen

Ein Sonderfall ist, wenn sich der Virophage als „Provirophage“ in das Genom des Mamavirus integriert. Sowohl die Virophagen (als Mitglieder der Preplasmiviricota), als auch die Mamaviren (als Riesenviren Mitglieder der Nucleocytoviricota) sind dsDNA-Viren. Der Provirophage wird während der Replikation des Riesenvirus exprimiert. Der Virophage wird dann in der Virusfabrik des Riesenvirus produziert und hemmt die Replikation des Riesenvirus, wodurch wieder das Überleben der Wirtszelle erhöht wird – Abbildung oben, Teil (C). Ein Beispiel ist Sputnik 2, der sich in das Genom seines viralen Wirts, einem Mimivirus, integrieren kann.

## Defektive interferierende Viren

In der Funktionsweise ähnlich sind DIVs („Defektive interferierende Viren“, englisch defective interfering viruses, auch defective interfering particles, DIPs). Dies sind natürlich entstandene oder künstlich erzeugte defektive Abarten eines Virus-Wildtyps, die den Wildtyp als Helfervirus benötigen und wie Parasiten dessen Replikation stören können.

## Transpovirons

Eine weitere verwandte Klasse mobiler genetischer Elemente sind die Transpovirons, zuerst entdeckt im Genom des „Lentille-Virus“ („Mimivirus lentille“, auch „Acanthamoeba polyphaga lentillevirus“).

## Phylogenie

Eugene V. Koonin und Mart Krupovic schlugen 2017 auf Grundlage von Sequenzen der DNA-Polymerase für die Phylogenie Polinton-ähnlicher mobiler genetischer Elemente (MGEs) und ihrer Abkömmlinge (Viren der Preplasmiviricota) folgendes Szenario vor:

* Tectiviridae
* Polintons (Gruppe 1)
* Polintons (Gruppe 2)
* Polinton-ähnliche Viren (PLVs) und Transpovirons
* Lavidaviridae (Mavirus-ähnliche Virophagen)
* Bidnaviridae
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* Adenoviridae
* lineare zytoplasmatische Plasmide

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