Anfang der siebziger Jahre verbuchten amerikanische, kanadische und deutsche Forschergruppen nach jahrelanger Suche etwa gleichzeitig und unabhängig voneinander erste entscheidende Erfolge bei der Fahndung nach den mysteriösen Erregern bestimmter Pflanzenkrankheiten. Dabei mußten die Wissenschaftler erstaunt feststellen, daß sie offenbar einer völlig neuen Klasse vermehrungsfähiger molekularer Krankheitserreger auf die Spur gekommen waren, mit deren Existenz bis dahin niemand gerechnet hatte.

„Viroide“, wie die Entdecker ihren aufsehenerregenden Befund nannten, erwiesen sich in der Tat als höchst merkwürdige biologische Gebilde, gekennzeichnet durch geradezu groteske Kleinheit und strukturelle Einfachheit. Wie der Molekularbiologe Professor Heinz Ludwig Sänger von der Universität Gießen, einer der „Väter“ des neuen Forschungsgebietes, in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern in Ulm, München und Darmstadt vor zwei Jahren fand, sind Vioride eigentlich nichts anderes als winzige, ringförmige Nucleinsäuremoleküle (RNS) – tausendmal kleiner als die kleinsten bekannten Viren und ohne deren schützende Eiweißhülle, aber ebenso infektiös und vermehrungsfähig. Es handelt sich also gewissermaßen um „nackte“ Miniviren, von denen inzwischen sieben verschiedene Arten bekannt sind.

Erstmals ist es jetzt den am deutschen Viroid-Forschungsprojekt beteiligten Wissenschaftlern der Arbeitsgruppe um Hans Joachim Gross am Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried bei München in Kooperation mit Professor Sänger gelungen, den biochemischen Aufbau eines Viroids aufzuklären: Sie entzifferten die exakte Aufeinanderfolge der RNS-Bausteine, die sogenannte Nucleotid- oder Basensequenz. Wie die Wissenschaftler kürzlich in der britischen Wissenschaftszeitschrift Nature berichteten, besteht das für die sogenannte Spindelknollensucht der Kartoffel verantwortliche Viroid – kurz PSTV genannt – aus genau 359 Nucleotiden, die ein in sich geschlossenes, ringförmiges RNS-Molekül bilden. Im natürlichen Zustand gleicht dieses Ringmolekül wegen seiner weitgehenden Basenpaarung als klassischer Fall durch die von Watson und Crick enträtselte Doppelhelixstruktur der Desoxyribonucleinsäure (DNS) bekannt – einem doppelsträngigen, stäbchenförmigen Gebilde. Professor Sänger: „Man kann sich dessen Bildung und Struktur im Prinzip klarmachen, wenn man eine aus 359 Perlen bestehende, geschlossene Perlenkette an zwei gegenüberliegenden Stellen anfaßt und so spannt, daß die Perlen (= Basen) paarweise gegenüberliegen und dann die Kette mehrfach spiralig um ihre Längsachse dreht“.

Genauere Analysen dieser in sich verdrillten molekularen Perlenkette zeigten dann allerdings, daß Viroid-RNS nicht durchgehend doppelsträngig ist. Vielmehr wechseln gepaarte, doppelsträngige Abschnitte mit kleinen ungepaarten Ausbuchtungen. Zusammen mit je einer Schleife am Anfang und am Ende des Moleküls ergibt sich so eine sehr charakteristische Viroid-Struktur.

Neben der äußerst zeitraubenden und arbeitsaufwendigen Anzucht, Isolierung und Reinigung brauchbarer Viroid-Mengen – pro Kilogramm Blattmaterial erkrankter Pflanzen finden sich nur einige Millionstel Gramm – ergaben sich vor allem aus diesen strukturellen Besonderheiten bei der Sequenzanalyse des Viroidmoleküls ganz besondere Schwierigkeiten. Gängige Verfahren, wie sie vor allem bei der Sequenzaufklärung von DNS erfolgreich angewandt werden, erwiesen sich im Falle der Viroid-Analyse als unbrauchbar. Dank verschiedener biochemischer Tricks gelang es den Biochemikern in Martinsried aber schließlich doch, die genaue Sequenz des in Gießen isolierten PSTV-Viroids aufzuklären.

Nun, da das nötige Know-how vorliegt, hat Hans Joachim Gross damit begonnen, die Sequenz weiterer Viroide zu bestimmen. Erste Ergebnisse vergleichender Analysen deuten darauf hin, daß alle bisher bekannten Viroide trotz individueller Unterschiede die gleiche merkwürdige molekulare Struktur aufweisen. Solch ein allgemeines Strukturprinzip ist von Professor D. Riesner von der Technischen Hochschule Darmstadt schon auf Grund physikochemischer Untersuchungen mit fünf verschiedenen Viroiden postuliert worden.

Nach diesem Erfolg deutscher Viroid-Forscher, erzielt durch beispielhafte Zusammenarbeit verschiedener Arbeitsgruppen mit unterschiedlichen, sich ergänzenden Arbeitsrichtungen und Methoden, steht die Viroid-Forschung nun allgemein vor einem seltsamen Dilemma: Man weiß jetzt gewissermaßen alles über die Struktur eines Viroids und nichts über deren Funktion. Noch ist zum Beispiel völlig rätselhaft, wie sich diese merkwürdigen Gebilde mehren und auf welche Weise sie befallene Pflanzen krank machen. Und dies sind sicher nicht die einzigen großen Fragezeichen im Zusammenhang mit Viroiden. Auch für die Medizin könnten sich noch Überraschungen ergeben. Denn nach allem, was die Erfahrung mit echten Viren lehrt, scheint der Verdacht nicht unbegründet, daß neben den bisher entdeckten „nur“ pflanzenpathogenen Viroiden vielleicht auch andere, bislang noch unentdeckt gebliebene Vertreter dieser mysteriösen Erregergruppe existieren.

Tilman Neudecker