Wieso können wir uns jedes Jahr wieder mit der Grippe infizieren, anders als mit anderen ansteckenden Krankheiten? Es liegt daran, dass Grippeviren sehr schnell mutieren, also ihr Erbgut minimal verändern, und das nach dem Zufallsprinzip. Deshalb waren die Erreger dem Menschen und seinen Medikamenten bislang immer einen Schritt voraus. Impfstoffe kann man immer erst entwickeln, wenn der Erreger bereits grassiert, also schon viele Menschen von ihm befallen sind. Könnte man dagegen die Virusvariante des nächsten Winters vorhersagen, dann wäre der Impfstoff schon da, bevor das Virus auftritt.

Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) versucht zumindest ein bisschen in die Zukunft zu blicken: Welcher Impfstoff gegen Grippe für die nächste Saison produziert wird, beschließt sie anhand der Rückmeldungen ihrer Labors über die besonders verbreiteten Grippevirenstämme der aktuellen Saison. Letztlich wird da aufgrund von Erfahrungswerten über den Daumen gepeilt.

Bisher scheiterte jeder Versuch, diese auf Zufall basierende Evolution mit mathematischen Methoden vorherzusagen, an der schieren Menge der möglichen Mutationen. Die Biologin Marta Luksza von der Columbia University und der Physiker Michael Lässig wollen das nun geschafft haben – sie nutzen den Blick in die Vergangenheit als Umweg, um in die Zukunft zu sehen. Ihre Prognosen beruhen auf Daten über die Grippestämme, welche die WHO in den letzten 50 Jahren gesammelt hat. "Wir haben anhand der Daten versucht, jeweils diejenigen Mutationen gegenüber dem Vorjahr zu identifizieren, die das Virus stärken, und diejenigen, die es schwächen", sagt Michael Lässig.

Was macht das Virus stärker, was schwächer?

Dazu haben er und Marta Luksza bei dem Virus die sogenannten Epitope des Proteins Hämagglutinin angeschaut. Das sind bestimmte Bereiche an der Oberfläche eines Virus, an die menschliche Antikörper andocken. Sie markieren auf diese Weise das Virus als Feind und machen es so erst für das Immunsystem sichtbar. Abwehrzellen können es dann erkennen, angreifen und im Idealfall zerstören.

Je mehr sich der Aufbau dieser Epitope auf dem Virus verändert, desto schwieriger wird es für den Menschen, speziell darauf abgerichtete Antikörper zu bilden. Denn das Immunsystem kennt nur die Viren aus den letzten Jahren. Je größer die Veränderung, desto größer ist die Chance der Viren, sich gegen das Immunsystem durchzusetzen.

Bei anderen Regionen, die für die Stabilität des Virus zuständig sind, ist es genau umgekehrt: Zu viel Veränderung macht den Erreger schwächer und weniger wirksam, im Extremfall ist er nicht mehr überlebensfähig.

Andere Wissenschaftler äußern sich noch vorsichtig über die Vorhersagekraft des neuen Computermodells. "Es deckt nur einen kleinen Teil dieser Virenevolution ab", wendet der Virologe Hans-Dieter Klenk von der Universität Marburg ein. Denn die Forscher haben zwar die wichtigsten Andockstellen für Antikörper in ihr Modell integriert, doch es gibt eine Vielzahl an weiteren Geninformationen, die das Modell noch nicht berücksichtigt.

Besser als alle bisherigen Vorhersagen

"Wir haben bewusst für den Anfang nur einen Teil der Daten aufgenommen, sodass wir die Ausbreitungswahrscheinlichkeiten und die Auswirkungen von Mutationen noch berechnen können", sagt Michael Lässig.

Für sein neues Modell nutzte er die Denkweise, die in der Physik üblich ist: "Physik war schon immer eine voraussagende Wissenschaft. Wenn der Mond heute irgendwo steht, dann weiß ich durch die Gesetze der Kinetik und der Dynamik auch, wo er morgen steht. Das lässt sich auf komplexe Vorgänge in der Biologie natürlich nicht direkt so übertragen." Um die Vorhersageverlässlichkeit der Physik auch für die Prognose der Influenzaevolution zu übernehmen, blieb ihm aber gar nichts anderes übrig, als die Komplexität zu reduzieren und sich zunächst nur einen wichtigen Teil anzusehen.

Und siehe da: Das Modell funktioniert. Angewandt auf die vergangenen Jahre, schlägt es die Vorhersagen der WHO, oft sogar deutlich. In den Jahren 2006, 2007 und 2008 hätten Lässig und Luksza die Virenverteilung weitestgehend zutreffend prognostiziert.

Die WHO will sich das Modell nun genauer anschauen, und in der Fachwelt hat es bereits Aufmerksamkeit erregt. "Der Ansatz ist grundsätzlich richtig und vielversprechend", sagt der Marburger Virologe Klenk. Alles deutet also darauf hin, dass sich die Evolution zu einem gewissen Grad vorhersagen lässt und wir uns in Zukunft gegen Grippeviren impfen lassen können, die noch gar nicht existieren.