Archaeenviren: Schemazeichnungen von Viruspartikeln, maĂÂstabsgetreu (1)Archaeenviren: Schemazeichnungen von Viruspartikeln, maĂÂstabsgetreu (2)Archaeenviren: Schemazeichnungen von Viruspartikeln, maĂÂstabsgetreu (3)
Archaeenviren (auch Archaeen-Viren[1]) sind Viren, die Archaeen infizieren und sich in ihnen vermehren. Die Archaeen bilden neben den Bakterien eine DomĂ€neeinzelliger, prokaryotischerOrganismen. Archaeenviren sind wie ihre Wirte weltweit (kosmopolitisch) anzutreffen, insbesondere auch in extremen Umgebungen, die fĂŒr die meisten Lebewesen zu unwirtlich sind, z. B. in sauren heiĂen Quellen, stark salzhaltigen GewĂ€ssern und auf dem Meeresgrund. Sie wurden aber auch in tierischen und im menschlichen Körper gefunden. Das erste bekannte Archaeenvirus wurde 1974 beschrieben (noch bevor man die Archaeen von den Bakterien unterschied). Seither wurde eine groĂe Vielfalt von Archaeenviren entdeckt, von denen viele spezifische Merkmale aufweisen, die bei anderen Viren nicht zu finden sind. Ăber ihre biologischen Prozesse, etwa wie sie sich replizieren, ist meist wenig bekannt. Man geht davon aus, dass Archaeenviren etliche unabhĂ€ngige UrsprĂŒnge haben, von denen einige vermutlich zeitlich vor dem letzten gemeinsamen Vorfahren der Archaeen (englischLast Archaeal Common Ancestor, LACA) liegen.[2]
Ein GroĂteil der bei Archaeenviren zu beobachtenden Vielfalt ist in ihrer Morphologie begrĂŒndet. Ihre Viruspartikel (Virionen) haben viele verschiedene Formen, darunter Spindel-, Zitronen-, StĂ€bchen-, Flaschen-, Tröpfchen- und Spiralform. Einige enthalten eine VirushĂŒlle, d. h eine Lipidmembran, die das Virus-Kapsid umgibt, in dem sich das Virus-Genom befindet â in einigen FĂ€llen umgibt die HĂŒlle das Genom jedoch innerhalb des Kapsids. Alle bekannten Archaeenviren haben ein Genom aus DesoxyribonukleinsĂ€ure (DNA), einige können jedoch auch Genomsegmente aus RibonukleinsĂ€ure (RNA) enthalten. Fast alle bisher identifizierten Archaeenviren haben dabei eine Doppelstrang-DNA (dsDNA), nur eine kleine Minderheit hat Einzelstrang-DNA (ssDNA). Ein groĂer Teil der von Archaeenviren kodiertenGene hat keine anderweitig bekannte Funktion oder Homologie zu anderen Genen.[3]
Im Vergleich zu bakteriellen und eukaryotischen Viren sind bisher nur sehr wenige Archaeenviren detailliert beschrieben worden (Stand 2021). Trotzdem sind die untersuchten Viren sehr vielfĂ€ltig und gehören zu mehr als 20 Familien, von denen viele keine Verwandtschaft mit anderen bekannten Viren aufweisen. Im Allgemeinen können alle Archaeenviren in zwei groĂe Gruppen eingeteilt werden: solche, die mit bakteriellen und eukaryotischen Viren verwandt sind, und solche, bei denen dies nicht der Fall ist. Zur ersten Gruppe gehören Viren der RealmsDuplodnaviria und Varidnaviria, die vermutlich einen Ă€lteren Ursprung haben als der LACA, zur zweiten Gruppe gehören Viren des Realms Adnaviria, sowie alle Familien von Archaeenviren, die bisher noch keinen höheren Taxa zugeordnet werden können und von denen man annimmt, dass sie in jĂŒngerer Zeit aus nichtviralen mobilen genetischen Elementen wie Plasmiden entstanden sind.[4]
Weitgehend unbekannt ist noch, wie Archaeenviren mit ihren Wirten und der Umwelt interagieren. Viele etablieren eine persistente Infektion, bei der kontinuierlich Nachkommen mit einer geringen Rate produziert werden, ohne das Wirtsarchaeon zu töten. Einige haben sich offenbar zusammen mit ihren Wirten entwickelt (Koevolution) und sich an die Umgebung angepasst, in der die Archaeen. Den Bicaudaviridae wachsen beispielsweise, nachdem sie ihre Wirtszelle verlassen haben, zwei âSchwĂ€nzeâ an den entgegengesetzten Enden der Virionen, was ihnen helfen kann, in dĂŒnn besiedelten Umgebungen einen neuen Wirt zu finden. In den Ozeanen spielen Archaeenviren vermutlich eine wichtige Rolle beim NĂ€hrstoffrecycling, sie stellen vor allem am Meeresboden eine wichtige Todesursache fĂŒr Archaeen dar. Bei einigen Archaeenviren in hypersalinen Umgebungen kann der Salzgehalt die InfektiositĂ€t und das Verhalten des Virus beeinflussen.
Zu den Forschungsbereichen in der Archaeen-Virologie gehören ein besseres VerstĂ€ndnis ihrer Vielfalt und die Erforschung ihrer Replikationsmethoden. Einige Umgebungen, wie z. B. saure heiĂe Quellen, werden fast ausschlieĂlich von (âacidothermophilenâ) Archaeen bevölkert. Diese Umgebungen sind daher sehr geeignet, um zu untersuchen, wie Archaeenviren mit ihren Wirten interagieren. Da ein groĂer Teil ihrer Gene keine von anderen Organismen oder Viren bekannte Funktion hat, gibt es eine groĂe Reserve an genetischem Material, das zu erforschen ist.
In den ersten Jahrzehnten der Erforschung von Archaeenviren entdeckten Wolfram Zillig und seine Kollegen zahlreiche Familien von Archaeenviren. Seit dem Jahr 2000 wurden mit kultivierungsunabhÀngigen Methoden wie der Metagenomik viele neue Archaeenviren identifiziert. Methoden wie die Kryoelektronenmikroskopie (Cryo-EM) und die Gensyntenie haben dazu beigetragen, ihre evolutionÀre Entwicklung besser zu verstehen.
Archaeenviren wurden ursprĂŒnglich zusammen mit den Bakterienviren als âBakteriophagenâ oder einfach âPhagenâ bezeichnet.
Die entsprach der frĂŒheren Klassifizierung von Archaeen zusammen mit Bakterien in einem System, das diese als Prokaryoten mit einfachem Zellaufbau einerseits von den komplex-zellulĂ€ren Eukaryoten (u. a. mit den Pflanzen, Pilze, Tiere einschlieĂlich des Menschen) andererseits unterschied. Die erste offizielle Bezeichnung fĂŒr Archaeen war entsprechend âArchaebakterienâ, womit die Archaeenviren dann âarchaebakterielle Phagenâ darstellten. Allerdings begann man bereits etwa zur gleichen Zeit, als die Bezeichnung Archaebakterien eingefĂŒhrt wurde, Archaeenviren als Viren und nicht mehr als Phagen zu bezeichnen; dieser Trend von âPhageâ zu âVirusâ bei der Bezeichnung von Archaeenviren setzte sich in den 1980er Jahren fort. 1990 wurde mit der EinfĂŒhrung des Drei-DomĂ€nen-Systems mit den drei Bereichen Archaeen, Bakterien und Eukaryoten die Archaea (Archaeen) als eine der drei DomĂ€nen zellulĂ€rer Organismen etabliert. Innerhalb weniger Jahre wurde dann auch der Begriff âarchaebakterielles Virusâ oder âarchaebakterieller Phageâ (englisch archaebacterial virus/phage) durch âArchaeenvirusâ (archaeal virus) ersetzt.[5][A. 1]
Auch wenn seit 1990 im angelsĂ€chsischen Sprachgebrauch archaeal virus der vorherrschende Begriff zur Beschreibung von Archaeen infizierenden Viren ist, wurden noch viele Synonyme fĂŒr diesen Begriff verwendet, darunter archaeovirus, archaeavirus, archaevirus, archeovirus, archael virus, archeal virus, archae virus, archaeon virus, archaeon virus[5] und archaeophage (âArchaeophageâ).[6][7]
Entsprechend diesem Trend wird im Artikel hier als deutsche Bezeichnung âArchaeenvirenâ verwendet, auch wenn gelegentlich die Schreibweise âArchaeen-Virenâ[1] anzutreffen ist.
Heute ist es zudem ĂŒblich, dass archaeal virus eine Bezeichnung fĂŒr den Typ der infizierten Archaeen vorangestellt wird. Zum Beispiel bezeichnet crenarchaeal virus Viren des Archaeen-PhylumsThermoproteota (frĂŒher Crenarchaeota).[8][9]
Die Begriffe âthermophilâ, âmesophilâ, âpsychrophilâ und âhalophilâ sind ebenfalls gebrĂ€uchlich, wenn es um Archaeenviren geht, und bezeichnen Viren von Archaeen in Hochtemperatur-, Mitteltemperatur-, Niedrigtemperatur- bzw. salzhaltiger Umgebung.[3][10] Im letzteren Fall werden auch die Begriffe âHalovirusâ und englisch haloarchaeal virus verwendet.[5]
Morphologien von Archaeenviren. Die Lipidmembran (gelb) befindet entweder innerhalb oder auĂerhalb des violett dargestellten Proteinkapsids (nicht maĂstabsgetreu).
Morphologische Vielfalt bei Viren der Thermoproteota (frĂŒher Crenarchaeota genannt).[11]
Archaeenviren sind morphologisch sehr vielfĂ€ltig, obwohl bisher nur relativ wenige Vertreter beschrieben wurden. Sie weisen einige strukturelle Merkmale auf, die bei anderen Virustypen nicht zu finden sind:[12]Ampullaviridae sind flaschenförmig; Bicaudaviridae, Fuselloviridae, Thaspiviridae[13] und Halspiviridae sind spindel- oder zitronenförmig, oft auch pleomorph;[14]Spiraviridae sind spiralförmig; Guttaviridae sind tröpfchenförmig. Clavaviridae, Rudiviridae, Lipothrixviridae und Tristromaviridae haben fadenförmige â flexible oder starre[15] â Virionen, wobei die beiden letztgenannten eine HĂŒlle um das Kapsid enthalten (im Gegensatz zu allen anderen bekannten fadenförmigen Viren, denen eine Lipidmembran fehlt).[15][16]
Globuloviridae sind kugelförmig oder pleomorph, Pleolipoviridae haben eine pleomorphe Form mit aus einer Membran gebildeten Vesikeln (Blasen)[17] und die Ovaliviridae haben ein spulenförmiges Kapsid, das von einer ellipsoid- oder eiförmigen HĂŒlle umschlossen ist.[18] Die Viruspartikel der Caudoviricetes haben einen Kopf-Schwanz-Aufbau, bei der ein ikosaedrisches Kapsid den âKopfâ der Viruspartikel bildet und mit einem âSchwanzâ verbunden ist. Je nach Morphotyp kann dieser âSchwanzâ kann lang und kontraktil, lang und nicht kontraktil oder kurz sein.[19]Portogloboviridae, Turriviridae und Halopanivirales und haben ikosaedrische Kapside ohne âSchwĂ€nzeâ.[3][2] Die Halopanivirales enthalten eine Lipidmembraninnerhalb des Kapsids direkt um das Genom herum.[20]
Ein gemeinsames Merkmal vieler Gruppen von Archaeenviren ist die gefaltete Struktur des Hauptkapsidproteins (englischmajor capsid protein, MCP). Die MCPs der Portogloboviren enthalten zwei antiparallele ÎČ-FaltblĂ€tter, die als Single Jelly Roll fold (SJR-Faltung) bezeichnet werden, die Halopaniviren haben zwei paraloge SJR-gefaltete MCPs, und die Turriviren haben ein einzelnes MCP mit zwei Jelly Roll-Faltungen.[3][2] Diese Jelly-Roll-Faltung ist ein gemeinsames Merkmal der Varidnaviria,[21] die MCPs der Archaeenviren der Caudoviricetes sowie anderer Viren des Realms Duplodnaviria sind durch eine HK97-Ă€hnliche Faltung gekennzeichnet.[22] Die MCPs der Adnaviria besitzen die SIRV2-Faltung (eine Art Alpha-Helix-BĂŒndel, benannt nach dem Sulfolobus islandicus rod-shaped virus 2, SIRV2) und die MCPs der Bicaudaviren besitzen die ATV-Ă€hnliche Faltung (eine weitere Art von Alpha-Helix-BĂŒndel, benannt nach dem âAcidianus two-tailed virusâ, ATV). Die Faltungsarchitektur-Klassen der MCPs anderer Archaeenviren sind derzeit (Stand 2017) noch nicht bekannt,[16] allerdings scheint eine Vier-Helix-BĂŒndel-DomĂ€ne in den MCPs der spindelförmigen Viren ĂŒblich zu scheint.[23]
HĂ€ufig wird zwischen Archaeenviren, die morphologisch oder genetisch mit anderen Viren (insbesondere Bakterienviren) verwandt sind und solchen ohne eine derartige Verwandtschaft unterschieden.[8][3][24]
Zu ersteren gehören:[8][3][25]
halophile Caudoviren der Archaeen (arTVs), die mit bakteriellen Caudoviren und (entfernt) mit eukaryotischen Herpesviren verwandt sind. Viele mesophile Archaeen-infizierende Caudoviren wurden per Metagenomik identifiziert und mĂŒssen daher noch isoliert werden.[3] MutmaĂliche Viren der Nitrososphaeria (frĂŒher âThaumarchaeotaâ) und Mathanobacteriati (frĂŒher âEuryarchaeotaâ i. w. S.) wurden sowohl in der WassersĂ€ule als auch in Sedimenten identifiziert, aber noch nicht kultiviert.[26]
Simuloviridae und Sphaerolipoviridae (beide Familien aus der Ordnung Halopanivirales), die halophile Archaeen infizieren und mit bakteriellen Viren der Matshushitaviridae (aus derselben Ordnung) verwandt sind.
Zu den Archaea-spezifischen Virusgruppen gehören der gesamte Realm Adnaviria,[4] die zum Realm Pleomoviria gehörende Familie Pleolipoviridae,[27] und eine Auswahl der Virusfamilien, die bislang (Stand April 2026) keinen höheren Taxa zugeordnet sind.
Zwei Archaeenviren, die 2017 erstmals beschrieben wurden, sind das âMetallosphaera turreted icosahedral virusâ[28][29] und das âMethanosarcina spherical virusâ (NCBI: Tectiviridae).[30][31]
Diese beiden Virusspezies sind in ihrer Art einzigartig und weisen keine Verwandtschaft mit anderen bekannten Viren auf, so dass sie in Zukunft wahrscheinlich in eigene neue Familien eingeordnet werden.[3] AuĂerdem gibt es mit den Monocaudaviren Sulfolobus-Viren, die morphologisch den Bicaudaviridae Ă€hneln, aber noch nicht offiziell bestĂ€tigt wurden.[8][32]
Da die Archaeenviren durch ihre Wirte, die Archaeen, definiert sind und keine Verwandtschaftsgruppe darstellen, bezeichnet dieser Sammelbegriff auch kein gĂŒltiges Taxon.
Obwohl die Zahl der offiziell klassifizierten Archaeenviren noch relativ gering ist, werden sie aufgrund ihrer groĂen Vielfalt in eine ganze Reihe verschiedener (oft eigens fĂŒr sie eingerichteter) Familien zugeordnet.[23]
Die höchste Stufe in der Virustaxonomie ist Realm: Von allen einem bestimmten Realm zugeordneten Viren wird eine gemeinsame Abstammung angenommen, umgekehrt wird von den verschiedenen Realms eine unterschiedliche Entstehung angenommen.
Derzeit (Stand Anfang MÀrz 2023) sind viele Familien der Archaeenviren noch keinem Realm (oder sonst einem höheren Taxon) zugewiesen.
Im Folgenden wird die Taxonomie der verschiedenen Archaeenviren dargestellt (die Endung â-viriaâ kennzeichnet Realms, â-viricetesâ Klassen, â-viralesâ Ordnungen und â-viridaeâ Familien):[3][25]
Schematisches Modell eines Virions von Acidianus filamentous virus 1 (AFV1, Ungulaviridae).
Adnaviria â unter den Virusrealms ist dies das einzige, das ausschlieĂlich Archaeenviren enthĂ€lt
Querschnittszeichnung eines flsachenförmigen Virions der Gattung Bottigliavirus (Ampullaviridae).3D-Modell der Virionen von Sulfolobus ellipsoid virus 1 (SEV1, Ovaliviridae).
DNA-Viren der Archaeen ohne Zuweisung zu einem Realm (oder sonst einem höheren Taxon)
RNA-Viren der Archaeen ohne Zuweisung zu einem zu einem Realm (oder sonst einem höheren Taxon):
âYellowstone hot spring archaeal RNA virusâ mit ca. drei Vertretern: Contig00002 und Contig00228 (B. Bolduc et al., 2012),[61][62][63] sowie Contig1 bis Contig9 (H. Wang et al., 2015)[64][65] â Wirt(e): Archaeen der Ordnung Sulfolobales (Thermoproteota), Fundort: sauer-heiĂe Quellen NL10,[A. 17] NL17 und NL18 am Nymph Lake im Yellowstone-Nationalpark, Genom: ssRNA positiver PolaritĂ€t, d. h. ss(+)RNA: Baltimore-Gruppe IV.[61][64]
Spezies: Viren Contig1 und Contig00002 (GenBank Zugriffsnummern AB979436 bzw. JQ756122)
Spezies: Virus Contig3 (Zugriffsnr. AB979438)
Spezies: Viren Contig4 und Contig00228 (Zugriffsnr. AB979439 bzw. JQ756123)
Alle bislang (Stand 2018) isolierten Archaeenviren haben ein DNA-Genom. Mit den Methoden der Metagenomik wurden aber auch mutmaĂliche Archaeenviren mit RNA-Genom entdeckt. Jedoch wurden bisher weder die Wirte dieser Viren identifiziert, noch wurden diese Viren isoliert.[3][20]
Die ĂŒberwiegende Mehrheit der Archaeenviren hat ein Genom aus doppelstrĂ€ngiger DNA (dsDNA); die Pleolipoviridae und Spiraviridae sind die einzigen bekannten Archaeenvirusfamilien, bei denen ein Genom aus einzelstrĂ€ngiger DNA (ssDNA) vorkommt â unter den Pleolipoviren können die Viren der Gattung Alphapleolipovirus entweder dsDNA- oder ssDNA-Genome haben. Diese Viren haben eine FlexibilitĂ€t darin, welche Struktur in reife Viruspartikel eingebaut werden kann.[8][3]
Die genetische Verwandtschaft zwischen diesen Viren kann jedoch anhand von Genhomologie und Syntenie nachgewiesen werden, was die Zuordnung zu einer gemeinsamen Gattung rechtfertigt.[19]
Die GröĂe der Genome von Archaeenviren sind sehr unterschiedlich und reichen von 5,3 kbp (Kilobasenpaare) bei Aeropyrum pernix bacilliform virus 1 (APBV1, Gattung Clavavirus)[66] bis zu 143,8 kbp bei Halogranum tailed virus 1 (synonym Halovirus HGTV-1, Thumleimavirales: Caudoviren mit Myoviren-Morphotyp). In den archaeenspezfischen Virusgruppen sind die Genome in der Regel kleiner als bei anderen Gruppen wie etwa den Caudoviren.[3]
APBV1 ist ĂŒberhaupt eines der kleinsten bekannten dsDNA-Viren.
Das Aeropyrum coil-shaped virus (ACV, Spiraviridae) hat mit ca. 35 kb (Kilobasen) das gröĂte bekannte Genom eines ssDNA-Virus.[8][3]
Einige Archaeenviren, namentlich die Viren des Realms Adnaviria, verpacken ihre DNA in der A-Form als Ergebnis einer Interaktion zwischen dem MCP und Vorstufen der Genom-DNA in der B-Form (âprĂ€genomische DNAâ).[4][67]
Von den Archaeenviren werden nur wenige Proteine kodiert, die eine Beziehung zu anderweitig bekannten Proteinen haben, das gilt insbesondere fĂŒr Viren der hitzeliebenden Thermoproteota.
Beispielsweise sind bei den Vertretern der Ampullaviridae, Globuloviridae, Spiraviridae, Portogloboviridae und Tristromaviridae weniger als 10 % der kodierten Proteine homolog zu Proteinen, die in anderen Viren oder in zellulÀren Organismen vorkommen.[3]
Insgesamt sind die Funktionen von etwa 85Â % der Archaeenvirengene noch unbekannt (Stand 2018).[67]
Archaeenviren stellen daher eine groĂe Quelle unbekannter Genen dar, die es noch zu erforschen gilt. Es gilt als wahrscheinlich, dass viele dieser Gene dazu dienen, Abwehrreaktionen des Wirts zu ĂŒberwinden, andere Viren zu ĂŒbertreffen oder sich an VerĂ€nderungen in der extremen geochemischen Umgebung ihrer Wirte anzupassen.[67]
Fuselloviren und Pleolipoviren werden hĂ€ufig als Provirus in das Genom ihrer Wirte integriert, was leicht den falschen Eindruck erwecken kann, dass diese Gene fĂŒr viele zellulĂ€re Proteine kodieren.
Bei den meisten Archaeenvirusfamilien ist jedoch die Minderheit der Proteine mit Homologie zu Archaeengenen von besonderer Bedeutung.[3]
Archaeenviren scheinen auch etliche Gene mit egoistischenReplikons nicht-viralen Ursprungs (englischnon-viral selfish replicons) wie Plasmiden und Transposons zu teilen.[8]
Archaeenviren: Verschiedene Formen des Eintritts in die Wirtszelle
Viele Aspekte des Replikationszyklus von Archaeenviren sind unbekannt, die bekannten wurden hauptsÀchlich aus den wenigen auch von anderen Viren bekannten Genen abgeleitet.
Es wurden zwar keine spezifischen zellulÀren Rezeptoren, an die Archaeenviren auf der ZelloberflÀche binden könnten, identifiziert.
Viele Archaeenviren sind aber in der Lage, an extrazellulĂ€re Strukturen wie Pili zu binden; Beispiele sind Sulfolobus turreted icosahedral virus (STIV, Turriviridae) und Acidianus filamentous virus 1 (AFV1, Lipothrixviridae), die ĂŒber klauenĂ€hnliche Strukturen auf dem Virion an Pili binden.
Sulfolobus islandicus rod-shaped virus 2 (SIRV2, Rudiviridae) heftet sich an die Pili und bewegt sich dann entlang der Pili in Richtung Zelle.[67]Caudoviren heften sich wie fĂŒr diese typisch mit ihrem Schwanz an die OberflĂ€che der Zellen.
Pleolipoviren und Halopaniviren besitzen Spike-Proteine, die an die OberflÀche der Wirtszellen binden.
Es ist meist wenig darĂŒber bekannt, wie die DNA von den Archaeenviren in die Wirtszelle gelangt.
Eine Ausnahme sind Caudoviren, die ihre DNA durch ihren hohlen Schwanz injizieren.[19]
Beim Haloarcula-Virus HCIV1 (Halopanivirales: Sphaerolipoviridae) wurde beobachtet, dass es röhrenartige Strukturen zwischen dem Virion und der ZelloberflÀche bildet, die möglicherweise dazu dienen, das virale Genom in die Zelle zu transportieren.[20]
SIRV2 repliziert offenbar durch eine Kombination aus Strangversetzung (englischstrand-displacement), Rolling Circle und
stranggekoppelter Replikation (engl. strand-coupled replication).
Bei diesem Prozess entsteht ein stark verzweigtes, âbĂŒrstenartigesâ ZwischenmolekĂŒl, das viele Kopien des Genoms enthĂ€lt.
Aus den Concatemeren des MolekĂŒls werden dann Genome in EinheitslĂ€nge abgearbeitet.
Es wird angenommen, dass AFV1 die Replikation durch die Bildung einer D-Loop einleitet und dann eine Synthese durch StrangverdrĂ€ngung durchfĂŒhrt. Die Replikation wird dann beendet, indem auf Rekombinationsereignisse durch die terminaler schleifenartiger Strukturen gesetzt wird.[3][4]
Pleolipoviren mit zirkulÀren Genomen replizieren durch Rolling-Circle-Replikation, solche mit linearen Genomen durch Replikation mit Protein-Primer (engl. protein-primed replication).[27][68]
Insgesamt folgen Archaeenviren dem allgemeinen Trend, der bei dsDNA-Viren zu beobachten ist: Je gröĂer das Genom, umso autarker ist die Replikation.
Insbesondere Caudoviren scheinen kaum auf die Replikationsmaschinerie des Wirts angewiesen zu sein, sondern bringen das dafĂŒr nötige Werkzeug selbst mit.[3]
Einige Archaeenviren scheinen ein Homolog der âendosomalen Sortierkomplexe fĂŒr den Transportâ (endosomal sorting complexes required for transport, ESCRT) zu benutzen.[67]
Sulfolobus turreted icosahedral virus 1 (STIV1) und Sulfolobus islandicus rod-shaped virus 2 (SIRV2) verlassen Zellen ĂŒber pyramidenförmige Strukturen, die auf der OberflĂ€che infizierter Zellen gebildet werden und sich wie BlĂŒtenblĂ€tter öffnen.[24]
Dadurch wird die Zelle zerstört (Lyse), wobei eine leere Kugel zurĂŒckbleibt mit Löchern, dort wo sich die Pyramiden befunden haben.[23][12]
Pleolipoviren werden wahrscheinlich durch Vesikelbildung und Knospung aus den Zellen freigesetzt, wobei Lipide aus der Wirtszellmembran rekrutiert werden, um als VirushĂŒlle zu dienen.[19]
Halopaniviren werden durch Lyse freigesetzt oder durch unorganisierte Freisetzung, die schlieĂlich ebenfalls zur Lyse fĂŒhrt.[20]
Infektionen mit Archaeenviren können virulent, temperent (lysogen) oder persistent (persistierend) sein. Virulente Viren vermehren sich, indem sie nach der Infektion Nachkommen in der Wirtszelle produzieren und schlieĂlich den Zelltod (Lyse) verursachen. Temperente Viren können mit ihren Wirten einen stabilen lysogenen Zyklus bilden und sind in der Lage, zu einem spĂ€teren Zeitpunkt Nachkommen zu produzieren. Infektionen können auch persistent sein, wobei kontinuierlich und mit einer geringen Rate Virus-Nachkommen produziert werden, ohne eine Zelllyse in einem Wirtszustand zu verursachen. Die meisten bekannten Archaeenviren verursachen eine persistente Infektion, was bei Haloviren ĂŒblich ist und bei hyperthermophilen Archaeenviren dominiert. Nur von wenigen Archaeenviren ist ein virulenter oder lytischer Lebenszyklus bekannt.
Einige Archaeenviren kodieren fĂŒr eine Integrase, die die Integration ihrer DNA in die DNA ihrer Wirte ermöglicht, wodurch ein temperenter oder lysogener Zyklus entsteht. Durch Stressfaktoren kann dieser Zustand in eine virale Replikation mit Zelllyse ĂŒbergefĂŒhrt werden.[12][19]
Die hohe PrÀvalenzchronischer Virusinfektionen bei Archaeen kann als ein Resultat des Wettbewerbs zwischen den Viren verstanden werden, wenn dadurch verhindert wird, dass ein Archaeon von anderen, potenziell tödlichen Viren infiziert wird.[24]
Archaeenviren kommen auf eine von zwei möglichen Weisen entstanden sein:
entweder haben sie einen sehr alten Ursprung, der dem letzten gemeinsamen Vorfahren der Archaeen (Last archaeal Common Ancestor, LACA) vorausging,
oder einen jĂŒngeren Ursprung in einem nicht-viralen mobilen genetischen Element (MGE).
âAlteâ Archaeenviren lassen sich in zwei Gruppen klassifizieren: Die erste Gruppe enthĂ€lt auch bakterielle Caudoviren und eukaryotische Herpesviren im Realm Duplodnaviria,[22] die andere Gruppe enthĂ€lt bakterielle und eukaryotische Viren im Realm Varidnaviria.[8][21] Beide Realms liegen wahrscheinlich zeitlich vor dem LACA.[2]
Die ausschlieĂlich aus Archaeenviren bestehende Verwandtschaftsgruppen ohne bisherige Zuordnung zu einem Realm sind weitgehend von allen anderen Viren verschieden, was auf einen unabhĂ€ngigen Ursprung dieser Viren und einen geringen horizontalen Gentransfer mit anderen Viren schlieĂen lĂ€sst. Die Frage, inwieweit sie eine gemeinsame Entstehungsgeschichte haben, wird aber immer noch diskutiert (Stand 2022):
Im Jahr 2022 wurde eine Idee aus dem Jahr 2014 aufgegriffen und aktualisiert, wonach sich die Spindelviren aus mit den Clavavaviridae verwandten fadenförmigen Viren entwickelt haben, um ein gröĂeres Genom aufzunehmen, der gleiche Weg wurde auch fĂŒr andere ungewöhnliche Archaeenviren vorgeschlagen.[69][70]
Die Verwandtschaft zwischen Halspiviridae und Thaspiviridae ist offenbar noch enger, da sie nicht nur diese Morphologie teilen, sondern auch lineare Genome und eine homologeDNA-Polymerase. Ihre Genome sind mit Capson-Transposons verwandt.
Im Gegensatz dazu stehen Spindelviren der Familie der Fuselloviridae und Bicaudaviridae, deren Genome zirkulÀr und plasmid-verwandt sind.[71]
Allerdings fehlen diesen Virusgruppen gemeinsame charakteristische Gene (Hallmark-Gene), die an der Kernfunktionen der Replikation und an morphogenetischen Funktionen beteiligt sind, wie etwa ein gemeinsames Hauptkapsidprotein.[16] Dies gilt als ein weiterer Hinweis darauf, dass diese Virusgruppen keine gemeinsame Abstammung haben.[8][3]
Mindestens zwei dieser archaea-spezifischen Virusgruppen könnten zur Zeit des LACA bereits vorhanden gewesen sein: die spindelförmigen Viren und der Realm Adnaviria. Es ist auch möglich, dass einige archaea-spezifische Virusgruppen dem LACA vorausgingen, aber den anderen beiden zellulÀren DomÀnen verloren gingen.[2][A. 18]
Trotz der geringen Verwandtschaft zwischen den archaea-spezifischen Virusgruppen zeigen viele eine genetische Verwandtschaft mit nicht-viralen mobilen genetischen Elementen (MGEs), insbesondere Plasmiden, mit denen sie verschiedene Gene teilen.
Dies deutet darauf hin, dass viele dieser Archaeenviren von MGEs abstammen, indem sie Gene fĂŒr die Bildung von Virionen erwarben.[8][3][12]
Insbesondere können Archaeen gleichzeitig Plasmide und Viren beherbergen, was einen hÀufigen genetischen Austausch ermöglicht.[A. 19]
In einigen FĂ€llen verschwimmen die Grenzen zwischen Archaeenviren und Archaeenplasmiden. So wird beispielsweise ein Plasmid eines antarktischen Archaeons zwischen Zellen in einem Vesikel ĂŒbertragen, das in die Lipidmembran eingebettete plasmidkodierte Proteine enthĂ€lt. Daher erinnert dieses Plasmid morphologisch stark an Pleolipoviren. Die Sulfolobus-Plasmide pSSVi und pSSVx sind nicht nur mit den Fuselloviren verwandt, sondern fungieren auch als deren Satelliten und können bei Koinfektion mit den Fuselloviren SSV1 oder SSV2 in spindelförmige Partikel eingekapselt werden, wodurch sie sich virusĂ€hnlich verbreiten können.[8]
Viele ungewöhnliche Merkmale von Viren hyperthermophiler Archaeen sind wahrscheinlich Anpassungen, die fĂŒr die Replikation in ihren Wirten und fĂŒr die StabilitĂ€t unter den extremen Umweltbedingungen dieser Wirte erforderlich sind.[24]
AuĂerdem treten genetische Mutationen bei Archaeenviren mit einer höheren Rate auf als bei bakteriellen DNA-Viren und sind in kodierenden Regionen sogar noch hĂ€ufiger als in nicht kodierenden Regionen, was vermutlich zur phĂ€notypischen Vielfalt der Archaeenviren beitrĂ€gt.[19] Die A-Form der Genome von Viren im Realm Adnaviria ist wahrscheinlich ein Mechanismus zum Schutz der DNA vor rauen Umweltbedingungen, da A-DNA in verschiedenen biologischen Einheiten in extremen Umgebungen vorkommt. In Ă€hnlicher Weise ist das Genom von Aeropyrum pernix bacilliform virus 1 (APBV1, Clavaviridae) in eine enge, linkshĂ€ndige Superhelix mit seinen Hauptkapsidproteinen verpackt â was auf eine Anpassung hinweist, damit die DNA bei hohen Temperaturen bestehen bleibt.[67]
EM-Aufnahme: Virionen von Acidianus two-tailed virus (ATV, BicaudaÂviridae) in einer infizierten Zellkultur.Querschnittszeichnung eines Virions der Gattung Bicaudavirus
Die von Archaeen bewohnten Umgebungen (Habitate) mit hohen Temperaturen und niedrigem pH-Wert (sauer) weisen eine geringe Zelldichte (Titer) auf, zudem ist die Halbwertszeit von Archaeenviren bei diesen hohen Temperaturen oft kurz und betrĂ€gt weniger als eine Stunde. Aufgrund dieses Selektionsdrucks haben einige Archaeenviren Mechanismen entwickelt, um diese Herausforderungen zu meistern. Das Acidianus two-tailed virus (ATV, Bicaudaviridae), macht nach Verlassen der Wirtszelle eine KonformationsĂ€nderung in der Virionstruktur durch: Die zentrale Spindelform des Virions schrumpft in der Breite und zwei âSchwĂ€nzeâ wachsen auf gegenĂŒberliegenden Seiten nach auĂen. Diese VerĂ€nderung tritt in Abwesenheit einer Wirtszelle, einer Energiequelle oder externer Cofaktoren auf. Man vermutet, dass es dem Virus auf diese Weise leichter möglich ist, eine neue Wirtszelle anzutreffen, indem es so das von ihm durchquerte Gebiet vergröĂert (vgl. Wirkungsquerschnitt).[67][74]
Fast alle kultivierten thermophilen Archaeenviren sind in der Lage, eine chronische oder persistente Infektion zu verursachen, nur ein kleiner Teil ist ausschlieĂlich virulent (lytisch).
Halophile Archaeenviren sind dagegen in der Regel lytisch, können aber auch lysogen sein.
Dies deutet darauf hin, dass ein lysogener Replikationszyklus fĂŒr Archaeenviren eine Anpassung an eine raue Umgebung auĂerhalb ihrer Wirte sein könnte.
Eine Kombination aus horizontaler Ăbertragung (durch Virionen) und vertikaler Ăbertragung durch Lysogenie (âVererbungâ auf die Nachkommen des Wirts) könnte von Vorteil sein, wenn die Virionen in den rauen Umgebungen mit vergleichsweise hoher Wahrscheinlichkeit keinen neuen Wirt finden.
Aufgrund der oben erwĂ€hnten geringen Zelldichte und der schnellen Halbwertszeit ist es daher wahrscheinlicher, dass sich diese Viren ĂŒber einen chronischen oder lysogenen Lebenszyklus replizieren.[24][67]
Genomsequenzen, die als Virus and Plasmid Related Elements (ViPREs, deutsch âvirus- und plasmidbezogene Elementeâ) bezeichnet werden, enthalten Viren und andere mobile genetische Elemente (MGE) wie Plasmide, die sich in das Wirtsgenom integrieren und dort Gengruppen bilden.
Diese können bei Doppelinfektion per Rekombination zwischen Viren ĂŒbertragen werden, so dass auf diese Weise neue Viren geschaffen werden (Reassortierung).
Viren der Haloarchaea haben ganz unterschiedliche genomische Merkmale und Replikationsmethoden, weshalb sie taxonomisch zum Teil den Halopanivirales (Varidnaviria) und zum Teil den Pleolipoviridae (Pleomoviria) zugeordnet werden.
Der oben genannte Mechanismus wurde als ErklĂ€rung dafĂŒr vorgeschlagen, dass Vertreter dieser verschiedenen Gruppen dieselben strukturellen Kernproteine haben können.
Es gibt auch Hinweise darauf, dass ViPREs an der Rekombination sowohl zwischen Viren als auch zwischen ihren Wirten beteiligt sind.
Dies ermöglicht eine umfangreiche Gen-Rekombination zwischen Viren, Plasmiden und Archaeen, wodurch mobile Gruppen von Genen aus ganz verschiedenen Quellen entstehen, was zu einer schnellen Evolution von Haloarchaeen-Viren und ihrer Wirte beitragen könnte.[19]
Es wurde auch ĂŒber einige FĂ€lle von Koevolution von Archaeen und ihren Viren berichtet. In methanogenen Archaeen der Ordnung Methanococcales hat der zellulĂ€re Minichromosome-Maintenance-Proteinkomplex (minichromosome maintenance protein complex, MCM) offenbar eine beschleunigte Evolution in drei Schritten durchlaufen:
Erwerb eines VorlÀufers MCM-Gens durch ein Virus
beschleunigte Evolution als virales Gen
Reintegration in die Wirtsarchaeen und Ersetzung des ursprĂŒnglichen MCM-Gens.
In anderen FĂ€llen scheinen von Archaeenviren kodierte Replikationsproteine eine gemeinsame Abstammung mit ihren GegenstĂŒcken der Wirtsarchaeen zu haben (Homologie). Die genauen Mechanismen dafĂŒr sind bislang noch nicht erforscht (Stand 2018).
Auch die Polymerase PolB3 (Polymerase-Familie B) der halophilen und der methanogenen Methanobacteriati
(Halobacteriales respektive Methanomicrobia u. a.)
scheint von Archaeenviren der Klasse Caudoviricetes (frĂŒher als Ordnung Caudovirales bezeichnet, jetzt innerhalb der neuen Klasse in den Ordnungen Kirjokansivirales respektive Methanobavirales) rekrutiert worden zu sein.[3]
Das AusmaĂ, in dem Archaeenviren ihre Wirte beeinflussen, ist weitgehend unbekannt.
Man geht davon aus, dass sie in der Tiefe der Ozeane und im terrestrischen Untergrund eine gröĂere Rolle spielen, insbesondere auch weil dort das VerhĂ€ltnis von Viren zu Prokaryoten und die Menge an virusbezogenen DNA-Sequenzen in Metagenomen gröĂer ist als im Durchschnitt.
Es gibt Hinweise auf eine hohe virenbedingte MortalitĂ€t, vor allem von Nitrososphaerota (syn. Thaumarchaeota) in Tiefsee-Ăkosystemen, was weltweit zu einer jĂ€hrlichen Freisetzung von etwa 0,3â0,5 Gt (Gigatonnen) Kohlenstoff fĂŒhrt.
Durch das Absterben dieser Archaeen wird ihr Zellinhalt freigesetzt, wodurch die Mineralisierung organischer Stoffe und die Atmung nicht infizierter Heterotropher gefördert werden.
Dies wiederum stimuliert Prozesse der Stickstoffregeneration, die 30â60 % des biologisch erzeugten Ammoniaks liefern, was wiederum zur Aufrechterhaltung der chemoautotrophen Kohlenstoffproduktion von Archaeen in Tiefseesedimenten benötigt wird.[26]
Archaeen und Bakterien bewohnen Tiefseesedimente in etwa gleicher Anzahl, aber die virusvermittelte Lyse von Archaeen tritt in gröĂerem Umfang auf als bei Bakterien.
Archaeenviren sind daher vermutlich eine wichtige Triebkraft des biogeochemischen Kreislaufs in den Ozeanen.[24]
Alle Viren der Halobacteria (syn. Haloarchaeen) vertragen offenbar einen gröĂeren Salzgehalt als ihre Wirte, was ein evolutionĂ€rer Vorteil fĂŒr die Viren sein könnte.
Bei einigen, wie Tredecimvirus HVTV1 (HVTV-1) und Mincapvirus HSTV2 (HSTV-2), beide Haloviren der Ordnung Thumleimavirales, ist die InfektiositĂ€t salzabhĂ€ngig, d. h. ein niedriger Salzgehalt kann zu einer (reversiblen) Inaktivierung der Virionen fĂŒhren.
Bei anderen Haloarchaeen-Viren, wie Myohalovirus phiCh1 (Vertoviridae), steigt die Viruskonzentration bei niedrigem Salzgehalt, wenn die Wirtspopulationen gering sind.
Die Haloarchaeenviren Salterprovirus His1 (Halspiviridae) und âHalobacterium virus S5100â (Vorschlag, Myoviren, infiziert Halobacterium salinarum ATCC 29341 syn. H. cutirubrum)[75][76][77] verursachen anhaltende Infektionen, wenn der Salzgehalt ĂŒber dem optimalen Wert fĂŒr ihre Wirte liegt, und lysieren die Wirtszellen, wenn der Salzgehalt niedrig ist. Dies kann entweder eine virale Strategie sein, um die Wirtszellen zu verlassen, wenn sie gestresst sind und sowieso sterben könnten, oder die Viren erkennen einfach, wenn die Wirte fĂŒr die virale Replikation ungeeignet sind.[19]
Fast alle Archaeen verfĂŒgen ĂŒber mehrere Immunabwehrsysteme. Insbesondere CRISPR-Cas ist nahezu allgegenwĂ€rtig, vor allem in hyperthermophilen Archaeen.[10] Etwa 90 % der sequenzierten Archaeen besitzen mindestens einen CRISPR-Cas-Locus in ihrem Genom. Diese Loci enthalten eine Leitsequenz, abwechselnd kurze identische Sequenzen (Palindromische Sequenzen, englischpalindromic repeats, PR), und variable Regionen (Spacer), die in der Regel mit Sequenzen aus fremder DNA identisch sind. Die aus den CRISPRs per Transkription erzeugte CRISPR-RNA kann fremde genetische Elemente durch BasenkomplementaritĂ€t mit einem Sequenzabschnitt (Zielsequenz) neutralisieren.[12][19]
Die von CRISPR-Cas-Systemen verliehene ImmunitÀt gegen Viren wird als eine Form der vererbten ImmunitÀt (inherited immunity) an Tochterzellen weitergegeben.[10]
Archaeenviren können â zumindest vorĂŒbergehend â das CRISPR-Cas-System der Wirtszellen durch VerĂ€nderungen in der Zielsequenz umgehen.[12]
AuĂerdem tragen einige Archaeenviren selbst CRISPR-Arrays, die wahrscheinlich eine Koinfektion derselben Wirtszelle durch andere Viren verhindern (ein Ausschalten âunerwĂŒnschterâ Konkurrenz).[24]
Archaeenviren kodieren auch viele Proteine, die bestimmte Phasen der Virus-Wirt-Interaktion modulieren (d. h. beeinflussen). Dazu gehören im Extremfall auch Proteine, die Wirtsabwehrmechanismen wie CRISPR-Cas komplett inaktivieren.[3]
Im Vergleich zu bakteriellen und eukaryotischen Viren ist ĂŒber Archaeenviren noch nicht viel bekannt (Stand 2015).
Zu den Interessensgebieten der Archaeen-Virologen gehören ein besseres VerstĂ€ndnis der DiversitĂ€t von Archaeenviren, der Einfluss von Archaeenviren auf die Ăkologie und Evolution mikrobieller Gemeinschaften, die Interaktion von Archaeenviren mit ihren Wirten, die Funktionen der von Archaeenviren kodierten Gene, sowie die Morphologie und der Replikationszyklus von Archaeenviren.[23]
Archaeen dominieren weltweit heiĂe Quellen mit hohen Temperaturen und niedrigem pH-Wert, wie z. B. im Yellowstone-Nationalpark, so dass Eukaryoten ganz fehlen und Bakterien nur einen geringen Prozentsatz der vorhandenen zellulĂ€ren Biomasse ausmachen.
DarĂŒber hinaus weisen diese Umgebungen in der Regel eine geringe DiversitĂ€t auf, da typischerweise weniger als zehn Archaeenarten an einem bestimmten Ort vorkommen.
Diese vergleichsweise Einfachheit macht solche Umgebungen nĂŒtzlich fĂŒr die Untersuchung, wie Archaeenviren mit ihren Wirten in Abwesenheit anderer Mikroben interagieren, gerade in Hinsicht auf die sehr schwierige Kultivierbarkeit dieser Archaeen und damit ihrer Viren.
Viren mesophiler Archaeen sind daher relativ unerforscht, insbesondere im Vergleich zu bakteriellen Viren in diesen Umgebungen.[24][67]
Die meisten beschriebenen Archaeenviren wurden aus extremen geothermischen und hypersalinen Umgebungen isoliert, in denen Archaeen dominieren.[23][12]
Im Gegensatz dazu ist ĂŒber Archaeenviren aus marinen Umgebungen, Böden und dem menschlichen Körper nicht viel bekannt.[23]
Beim Menschen bewohnen Archaeen die Mundhöhle, die Haut und den Darm; sie machen etwa 10 % der anaeroben Gemeinschaft im menschlichen Darm aus.
Trotzdem werden keine Archaeen mit Krankheiten beim Menschen in Verbindung gebracht, und es ist auch kein Archaeenvirus bekannt, das zur Pathogenese von Krankheiten beim Menschen beitrÀgt.[24]
Die geringe Zahl der identifizierten Archaeenviren ist auf die Schwierigkeiten bei der Kultivierung der Archaeen selbst zurĂŒckzufĂŒhren.
KulturunabhĂ€ngige Methoden wie die Metagenomik haben jedoch dazu beigetragen, dieses Problem zu ĂŒberwinden und eine groĂe Anzahl von Virusgruppen zu identifizieren, die zuvor nicht beschrieben worden waren. Zudem können Archaeenviren auch indirekt durch die Analyse von CRISPR-Sequenzen identifiziert werden.[11]
In einer Studie aus dem Jahr 2018 wurden 110 Virusgruppen identifiziert, von denen damals nur sieben beschrieben waren, was darauf hindeutet, dass nur ein kleiner Teil der Viren extremer Umgebungen untersucht wurde.[67] Die meisten Archaeenviren wurden aus zwei von 14 (Stand 2020) anerkannten oder vorgeschlagenen Archaeen-Phyla isoliert, den Thermoproteota und den âEuryarchaeotaâ i. w. S. (jetzt Methanobacteriati genannt), was darauf hindeutet, dass kĂŒnftige Entdeckungen das Wissen ĂŒber die Vielfalt von Archaeenviren wahrscheinlich noch erweitern werden.[23][24]
Querschnittszeichnung eines Virions der Familie Fuselloviridae.
Um die Gene von Archaeenviren und ihre Interaktionen mit ihren Wirten besser zu verstehen, wurden verschiedene Methoden eingesetzt. Mit Hilfe biochemischer Analysen wurden Gen-Homologe verglichen; mit Hilfe genetischer Analysen konnte gezeigt werden, welche Gene fĂŒr die Funktion wesentlich sind; und mit Hilfe struktureller Analysen von Proteinfaltungen konnte die Verwandtschaft von Archaeenviren mit anderen Viren anhand gemeinsamer Strukturen festgestellt werden.
Es wurden auch weitere kulturunabhÀngige Methoden angewandt,
wie z. B. die virale Markierung (viral tagging),
Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH-Test),
Sequenzierung einzelner Zellen (single cell genomics) und
Bioinformatik-Analyse bereits veröffentlichter Sequenzdaten.[67]Sulfolobus spindle-shaped virus 1 (SSV1, Fuselloviridae),
Icerudivirus SIRV2 (Sulfolobus-islandicus-rod-shaped-Virus 2, SIRV2, Rudiviridae) und
Sulfolobus turreted icosahedral virus 1 (STIV1, Turriviridae)
wurden zu Modellsystemen fĂŒr die Untersuchung von Virus-Wirt-Interaktionen entwickelt.
Die Kryo-Elektronenmikroskopie (Kryo-EM) hat dazu beigetragen, strukturelle Ăhnlichkeiten zwischen Viren zu analysieren, wie z. B. den Nachweis, dass die Lipothrixviridae, Rudiviridae und Tristromaviridae fĂŒr dasselbe Hauptkapsidprotein (MCP) kodieren.[4]
Gen-Homologie und Syntenie konnten ebenfalls evolutionÀre Beziehungen aufzeigen, wie z. B. die Beziehung zwischen den Halspiviridae und den Thaspiviridae.[78]
Das Archaeen-Homolog des fĂŒr den Transport erforderlichen âendosomalen Sortierkomplexesâ (endosomal sorting complexes required for transport, ESCRT) wird von einigen Archaeenviren â wie STIV und SIRV2 â fĂŒr den Zusammenbau (Assemblierung) und den Austritt genutzt. ESCRT wird auch von einigen eukaryotischen Viren wie dem Ebolavirus, HIV und dem Hepatitis-B-Virus verwendet, um den Austritt aus der Wirtszelle zu erleichtern.
Dies deutet darauf hin, dass die Knospung bei Archaeenviren der Knospung bei eukaryotischen Viren Àhnelt und dass die an ESCRT beteiligten Proteine bereits vor der Entstehung der Eukaryoten vorhanden waren.
Die Entdeckung neuer Prozesse in Archaeenviren könnte daher weitere Erkenntnisse ĂŒber ihre Beziehung zu eukaryotischen Viren liefern, insbesondere zu Viren der Asgard-Archaeen (Asgardviren), einer Archaeengruppe, aus der mutmaĂlich die Eukaryoten hervorgingen und die mit ihnen eine monophyletischeKlade bildet.[23][67]
Die erste Beschreibung eines Archaeenvirus erfolgte 1974 durch Terje Torsvik und Ian D. Dundas in einem Nature-Artikel mit dem Titel âBacteriophage of Halobacterium salinarumâ (âBakteriophage von Halobacterium salinarumâ)[5][79]
Dieses Virus mit dem Akronym Hs1[80][81][82] infiziert die Haloarchaeen-Spezies Halobacterium salinarum und hat signifikante Ăhnlichkeit mit dem Bakteriophagen phiH (ΊH), es wird daher derselben Virusspezies Myohalovirus phiH (Vertoviridae, Caudoviren vom Morphotyp der Myoviren) angehören.[80][83]
In den 1970er und 1980er Jahren wurden weitere Viren halophiler Archaeen identifiziert.[23]
In den 1980er Jahren begannen Wolfram Zillig und seine Kollegen, Viren aus thermophilen Archaeen der Ordnungen Thermoproteales und Sulfolobales, beide Thermoproteota (frĂŒher Crenarchaeota) zu isolieren.[23]
Insgesamt entdeckten und charakterisierten er und seine Kollegen vier Familien von Archaeenviren: Fuselloviridae, Rudiviridae, Lipothrixviridae und Guttaviridae. Zillig und Kollegen entwickelten eigens eine Kultivierungsmethode fĂŒr die Archaeenwirte und ermöglichten dadurch die Entdeckung ihrer Viren.[84]
Die Fuselloviridae waren die erste Gruppe von ausschlieĂlich Archaeenviren, die entdeckt wurde.
Das 1982 zunĂ€chst fĂŒr ein Plasmid gehaltene Sulfolobus spindle-shaped virus 1 (SSV1) war der erste beschriebene Vertreter der Fuselloviren.[85][86][87]
SSV1 wurde zu einem wichtigen Modell fĂŒr die Untersuchung der Transkription in Archaeen und trug dazu bei, dass Archaeen als dritte DomĂ€ne des zellulĂ€ren Lebens anerkannt wurden.[11]
2004 wurde der erste Vertreter der Turriviridae, STIV1, beschrieben, das Archaeenviren mit bakteriellen und eukaryotischen Viren in einem Realm verbindet, der heute als Varidnaviria bezeichnet wird.[21][88]
Als Vertreter der Bicaudaviridae wurde Acidianus two-tailed virus (ATV) 2005 erstbeschrieben. Es zeichnet sich durch die FĂ€higkeit seiner Virionen aus, sich unabhĂ€ngig und auĂerhalb von der Wirtszelle morphologisch zu verĂ€ndern.[74][89]
Schemazeichnung eines spiralÂförmigen Virions der Gattung AlphaÂspiravirus.Die Querschnittszeichnung zeigt den einfachen ikosaedrischen AufÂbau eines Virions der Gattung AlphaÂportoglobovirus.
Aeropyrum coil-shaped virus (ACV) wurde 2012 als erster Vertreter der Spiraviridae und erstes bekanntes Archaeen-ssDNA-Virus identifiziert.[90]Sulfolobus alphaportoglobovirus 1 (mit Stamm Sulfolobus polyhedral virus 1, SPV1) wurde 2017 erstbeschrieben, das erste Mitglied der Portogloboviridae.[91]
Die Portogloboviren sind zusammen mit Halopaniviren fĂŒr das VerstĂ€ndnis der Evolutionsgeschichte des Realms Varidnaviria wichtig, da sie basale Abstammungslinien des Realms darstellen, im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Turriviren.[2]
Auf der Grundlage von Kryo-EM-Strukturanalysen und anderen Methoden wurde 2020 der Realm Adnaviria aufgestellt, das als einziger Realm ausschlieĂlich Archaeenviren enthĂ€lt.[25][4]
Marine Archaeen der Methanobacteriati werden klassifiziert als Marine Gruppe (englischMarine Group) II (MG-II alias Ordnung Poseidoniales, bestehend aus MG-IIa bis MG-IId), III (MG-III) und IV (MG-IV)[92] â die Marine Gruppe I (MG-I) bezeichnet dagegen marine Archaeen der Nitrososphaeria (frĂŒher âThaumarchaeaâ genannt).[93][92][94][95][96]
Mit der ebenfalls nicht-taxonomischen Bezeichnung âMagrovirenâ (englischmagroviruses, marine group [II] viruses) werden Viren klassifiziert, die Euryarchaeota der ersten genannten Gruppe MG-II parasitieren. Es handelt sich um dsDNA-Viren mit einer GenomgröĂe von 65â100 kbp und Kopf-Schwanz-Aufbau (Caudoviren): âMagrovirus Aâ, âMagrovirus B1â und âB2â, sowie âMagrovirus Câ und (vermutet) âMagrovirus Dâ.[92][94][97]
FĂŒr die Magroviren wurde eine neue Ordnung Magrovirales innerhalb der Klasse Caudoviricetes eingerichtet mit bislang einer einzigen Familie Aoguangviridae fĂŒr âMagrovirus Bâ. Zu dieser gehört die Spezies Aobingvirus yangshanense mit dem Stamm Poseidoniales virus YSH_150918.[98][99] Diese bisherigen Vertreter der Ordnung Magrovirales haben nach Vorhersage den Morphotyp der Siphoviren (Stand Februar 2024).[100]
Andere Gruppen mariner Archaeen gehören zu Klasse Nitrososphaeria der Thermoproteota. Da diese Klade frĂŒher als Thaumarchaeota bezeichnet wurde, nennt man mit ihnen assoziierte Viren informell auch Mathaviren (englischmathaviruses, marine thaumarchaeal viruses). Zu den Mathaviren der Klasse Casudovricetes mit Kopf-Schwamnz-Aufbau (arTVs) gehört die Ordnung Juravirales, deren (bisherige) Vertreter vorhergesagt ebenfalls vom Morphotyp der Siphoviren sind (Stand Februar 2024).[98][100]
Asgardviren (en. Asgard viruses) ist die nicht-taxonomische Bezeichnung fĂŒr Viren, die Asgard-Archaeen infizieren. Die ersten Asgardviren wurden 2022 vorgeschlagen.
Bisher liegen nur Metagenomdaten vor, insbesondere aus dem CRISPR/Cas-Abwehrsystem, das Genomsequenzen des Virus zwecks Erkennung umfasst. Diese Asgardviren sind dsDNA-Viren, die gewisse Ăhnlichkeiten sowohl zu anderen prokaryotischen dsDNA-Viren als auch zu eukaryotischen dsDNA-Viren zeigen; ein Umstand, der zur Abstammung der Eukaryoten aus dem Umfeld der Asgard-Archaeen (unter Einbeziehung eines endosymbiotischen Bakteriums) passt â ggf. unter Mithilfe von Viren (siehe Eukaryogenese, Eozyten-Hypothese).
Bisher gibt es noch keine ICTV-bestÀtigte Vertreter (Stand Anfang MÀrz 2023), eine vorlÀufige Klassifizierung erfolgt nach Wirten, Morphologie und Habitat.[101][102][103][104]
Die Asgardviren haben teilweise ein ikosaedrisches Kapsid, teilweise Kopf-Schwanz-Aufbau (Caudoviren), teilweise sind sie spindel- oder zitronenförmig (rein Archaeenvirus-spezifische Gruppen).
FĂŒr einen Teil der Asgard-Viren mit Kopf-Schwanz-Aufbau wurde eine neue Ordnung âAtroposviralesâ innerhalb der Klasse Caudoviricetes vorgeschlagen, mit der Familie âSkuldviridaeâ.[45][104]
Weitere Kladen im Rang einer Familie stellen die âWyrdvirenâ (âwyrdvirusesâ, mit zitronenförmiger Gestalt, verwandt mit den spindelförmigen Viren der Halspiviridae bzw. Fuselloviridae).[104][105]
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âIn der offiziellen Taxonomie des ICTV kommt der Begriff âPhageâ heute auch fĂŒr Bakterienviren ebenfalls nicht mehr vor, er bleibt allenfalls fĂŒr StĂ€mme von Bakterienviren (Bakteriophagen) und sog. âVirophagenâ reserviert.
âDie Chiyouviridae bestehen derzeit (Mitte MĂ€rz 2025) aus nur einer einzigen Gattung Wargodvirus mit einer einzigen Spezies, Wargodvirus xiongnu. Das exemplarische Virus ist Bathyarchaeia bifangarchaeales Chiyouvirus 1 (BbCV1) alias Ligamenvirales sp. Isolat Chiyou-1.[33]
âDie Bakterien- und Archaeenviren mit Kopf-Schwanz-Aufbau wurden frĂŒher innerhalb einer Ordnung Caudovirales nach ihrem Morphotyp in drei Familien Myoviridae, Siphoviridae und Podoviridae gestellt. Diese Ordnung wurde inzwischen zur Klasse Caudoviricetes hochgestuft und neu gegliedert.
âDie Adrikavirales bestehen derzeit (Mitte MĂ€rz 2025) nur aus einer einzigen Familie Satyavativiridae mit der einzigen Gattung Vyasavirus und Spezies Vyasavirus brisbanense mit dem Poseidoniales-Virus P01, im MĂ€rz 2024 per Metagenomik identifiziert in Proben aus dem Ăstuar des Brisbane River, Queensland (Australien)[37] das Genom ist zirkulĂ€r.[38]
âDie Clermontviridae bestehen derzeit (Mitte MĂ€rz 2025) aus nur einer einzigen Gattung Ventrumvirus mit einer einzigen Spezies, Ventrumvirus gergoviense, frĂŒher Caudoviricetes sp. vir215. Das exemplarische Virus ist Methanonassiliicoccales tailed virus 1 (MxTV1), Isolat vir215.[39]
âDie Fuxiviridae bestehen mit Stand MĂ€rz 2026 aus nur einer einzigen Gattung Taijivirus mit einer einzigen Spezies, Taijivirus yinyang. Das exemplarische Virus ist Bathyarchaeia bifangarchaeales Fuxivirus 1 (BbFv1).[40]
âDie Kunpengviridae bestehen mit Stand MĂ€rz 2026 aus nur einer einzigen Gattung Dafengvirus mit einer einzigen Spezies, Dafengvirus linsing. Das exemplarische Virus ist Bathyarchaeia jinwuousiales Kupengvirus 1 (BjKV1).[41]
âDie Lilliviridae mit Stand MĂ€rz 2026 aus nur einer einzigen Gattung Mildendovirus mit einer einzigen Spezies, Mildendovirus danakilense. Das exemplarische Virus ist Danakil Nanohaloarchaeota tailed virus 2 (DNTV2).
âDie Lutetiaviridae bestehen derzeit (Mitte Mai 2026) aus nur einer einzigen Gattung Classicovirus mit einer einzigen Spezies, Classicovirus victor (frĂŒher Caudoviricetes sp. vir335). Das exemplarische Virus ist Methanomassiliicoccales tailed virus 2 (MxTV2), Isolat vir335.[42]
âVor 2020 war Sphaerolipoviridae die einzige Familie in der Ordnung Halopanivirales. Sie wurde aufgeteilt, so dass ihre beiden frĂŒheren Gattungen mit Archaeenviren jetzt den Familien Simuloviridae und Sphaerolipoviridae entsprechen. Wo in Quellen vor 2020 von Sphaerolipoviridae die Rede ist, meint dies jetzt so wie hier in diesem Artikel Halopanivirales.
âDie Eurekaviridae bestehen derzeit (Juli 2026) aus nur einer einzigen Gattung Hesperidvirus mit einer einzigen Spezies, Hesperidvirus aureum. Das exemplarische Virus ist Methanosarcina spindle-shaped virus 1 (MetSSV1) alias Ligamenvirales sp. Isolat Chiyou-1.[49]
âDie Halspiviridae bestehen derzeit (Juli 2026) aus nur einer einzigen Gattung Salterprovirus mit einer einzigen Spezies, Salterprovirus australiense. Das exemplarische Virus ist das Halovirus His1 alias His1-Virus.[50]
âDie Huangdiviridae bestehen derzeit (Juli 2026) aus nur einer einzigen Gattung Xuanyuanvirus mit einer einzigen Spezies, Xuanyuanvirus yandi. Das exemplarische Virus ist Bathyarchaeia baizomonadales Huangdivirus 1 (BbHV1)[51]
âDie Portogloboviridae sind noch keinen höheren Taxa zugeordnet, die Familie scheint aber mit Viren aus dem Realm Varidnaviria verwandt zu sein.
âDie Koordinaten der saueren Thermalquelle NL10 geben H. Wang et al. (2015) als 44,7535° N, 110,7238° W44.7535-110.7238 an.
âFĂŒr die Virusherkunft kommt faktisch nur die DomĂ€ne der Bakterien in Frage, nĂ€mlich wenn die Eukaryoten sich aus einem Zweig (Asgard-Archaeen) der Archaeen entwickelt haben.
âEinige MGEs könnten umgekehrt von Archaeenviren abstammen, wie z. B. TKV4-Ă€hnliche Proviren[72] und pTN3-Ă€hnliche integrative Plasmide[73] von Thermococcus, die fĂŒr Proteine kodieren, die fĂŒr Varidnaviria charakteristisch sind, aber offenbar keine Virionen produzieren.
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Ian M. Rambo, Marguerite V. Langwig, Pedro LeĂŁo, Valerie De Anda. Brett J. Baker: Genomes of six viruses that infect Asgard archaea from deep-sea sediments. In: Nature Microbiology, S. 953â961, Juli 2022; doi:10.1038/s41564-022-01150-8, Volltext (E-Book), Epub 27. Juni 2022. Dazu:
Ian M. Rambo, Valerie de Anda, Marguerite V. Langwig, Brett J. Baker: Unique viruses that infect Archaea related to eukaryotes. Preprint auf: CSHbioRxiv, 29. Juli 2021; doi:10.1101/2021.07.29.454249, ResearchGate.
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