1. Einleitung

Durch die stete Zunahme erfolgreicher Transplantationen in den letzten Jahrzehnten besteht heute ein Mangel an verfügbaren Spenderorganen, so dass etwa ein Viertel der Patienten, die auf ein Transplantat warten, im Verlauf ihrer Wartezeit versterben. Neben der Entwicklung künstlicher Organe (Malchesky, 2004) und der Herstellung von Geweben aus körpereigenen Zellen mittels Tissue Engineering (Tanczos, et al., 1999) hat die moderne Medizin auf der Suche nach Alternativen zur Allotransplantation die Forschung auf dem Gebiet der Xenotransplantation in den letzten Jahren intensiviert. Die Xenotransplantation könnte eine Möglichkeit bieten, den akuten Organmangel zumindest zeitweise zu verringern. Unter Xenotransplantation versteht man die Transplantation und Implantation von Zellen, Geweben und Organen einer Spezies in eine andere. In Erweiterung der Definition wird auch der ex vivo Kontakt von Körperflüssigkeiten, Zellen, Geweben und Organen einer Spezies mit denen einer anderen Spezies als Xenotransplantation bezeichnet. Die Xenotransplantation hat gegenüber der Allotransplantation einige potentielle Vorteile: Erstens bietet sie eine beinahe unbegrenzte Quelle an Zellen, Geweben und Organen, zweitens ist die Zeitplanung nicht mehr von der unvorhersehbaren Verfügbarkeit eines Spenderorgans abhängig, was eine bessere Planung der Organentnahme für die sofortige Transplantation als auch eine immunologische Vorbehandlung des Empfängers, falls nötig, erlaubt, und drittens das Risiko einer Infektion kann minimiert werden durch die Kontrolle von möglichen Pathogenen, denen die Spendertiere in der Haltung ausgesetzt sind, und durch intensive Voruntersuchungen vor der Organentnahme. Jedoch birgt die Xenotransplantation auch zahlreiche Risiken. Diese beinhalten immunologische Komplikationen, wie das Risiko der hyperakuten und akuten vaskulären Abstoßung, was möglicherweise eine erhöhte Immunsuppression erfordert, die wiederum das Risiko einer größeren Infektionsgefahr birgt. Weiterhin besteht das Risiko einer möglichen Infektion mit Pathogenen über die Grenzen einer Spezies hinaus. Schließlich bestehen zahlreiche ethische, rechtliche und soziale Bedenken gegen die Xenotransplantation.

Die immunologische Akzeptanz eines Xenotransplantates ist direkt proportional zu der phylogenetischen Entfernung zwischen dem Spendertier und dem humanen Rezipienten. Xenotransplantate von nicht-humanen Primaten, im Besonderen von Schimpansen, die phylogenetisch dem Menschen am nächsten sind, bergen die geringsten immunologischen Risiken. Von diesem Standpunkt aus stellen nicht-humane Primaten die ideale Spezies als Donor von Zellen, Geweben und Organen für die Xenotransplantation dar. Allerdings ist die Verwendung von Xenotransplantaten nicht-humaner Primaten mit besonderen Herausforderungen verbunden. So könnte die phylogenetische Nähe einerseits die immunologische Akzeptanz eines Xenotransplantates nicht-humaner Primaten erleichtern, andererseits jedoch die Infektion eines Menschen mit einem infektiösen Material ermöglichen (Allan, 1998). Die Übertragung von Pathogenen über die Speziesgrenzen hinaus wird Zoonose, im Spezialfall der Xenotransplantation auch Xenose genannt. Zu den Beispielen verheerender humaner Krankheiten, die von nicht-humanen Primaten übertragen wurden, gehören HIV-1 von Schimpansen (Gao, et al., 1999), HIV-2 von Rauchgrauen Mangaben (Daniel, et al., 1987), das Marburg Virus von afrikanischen grünen Meerkatzen (Smith, et al., 1967) und das cercopithicine Herpes Virus 1 (B Virus) von Makakken (CDC, 1998). Jedoch haben auch andere Spezies, die nicht zu den Primaten gehören, gefährliche Krankheiten auf den Menschen übertragen, wie zum Beispiel die Nipah Virus induzierte Encephalitis vom Schwein (Paton, et al., 1999), das pulmonäre Syndrom von Hantaviren der Maus (Chapman and Khabbaz, 1994) und SARS (Severe Acute Respiratory Syndrome) von Coronaviren der Zibetkatze (Drosten, et al., 2003,Ksiazek, et al., 2003,Kuiken, et al., 2003). Zusätzlich zu dem Risiko, dass infektiöses Material nicht-humaner Primaten aufgrund der phylogenetischen und immunologischen Nähe zum Menschen einen Vorteil bei der Etablierung einer Infektion im Menschen haben wird, erhöht sich das Risiko einer Infektion des Menschen durch persistierende Viren, die in nicht-humanen Primaten bisher nicht erkannt wurden. Nicht-humane Primaten sind oft mit persistierenden Viren infiziert, die in den Spezies, in denen sie endemisch sind, keine offensichtlichen Krankheiten verursachen, aber gefährliche Krankheiten in Menschen oder anderen nicht-humanen Primaten auslösen können, zum Beispiel das cercopithicine Herpes Virus 1, das in Makakken apathogen ist, aber im Menschen und anderen Primaten schwere Encephalitis verursachen kann (CDC, 1998,Holmes, et al., 1995); das simiane hämorrhagische Fieber Virus, das unauffällig in Patas Affen persistiert, aber in Makakken fatale hämorrhagische Krankheiten verursacht (Dalgard, et al., 1992); und das simiane Immunschwäche Virus (SIV), das keine Immunschwäche-Krankheit in Rauchgrauen Mangaben auslöst, aber in Makakken (Daniel, et al., 1987). Zusätzlich persistieren in nicht-humanen Primaten Retroviren, die sich nur schwer oder gar nicht aus einer Population eliminieren lassen. Das Genom des simianen Foamy-Virus (SFV) ist latent in allen Zellen der natürlich infizierten afrikanischen grünen Meerkatzen vorhanden, während die Replikation viraler Partikel nur in der Mundschleimhaut beobachtet werden kann. Somit ist das SFV in vielfachen Kopien in den Sekreten des Mundes der afrikanischen grünen Meerkatze präsent und kann einfach von Primat zu Primat übertragen werden, ohne sexuelle oder elterliche Exposition (Falcone, et al., 1999). Das Ergebnis daraus ist, dass bei fast allen gefangenen nicht-humanen Primaten eine SFV-Infektion vorhanden ist. Deshalb würde der Versuch, eine SFV-freie Zucht für die Xenotransplantation zu entwickeln, einen erheblichen finanziellen und zeitlichen Aufwand erfordern, und bliebe möglicherweise doch erfolglos. Phylogenetische Analysen von SFV zeigen, dass das Virus Spezies-spezifische Gruppen bildet, die auf eine Koevolution von bestimmten SFV mit bestimmten Primatenspezies hindeuten. Trotz der Spezies-spezifischen Eigenschaften von SFV, sind einige Speziesübergreifende Infektionen von Menschen mit SFV von Pavianen, afrikanischen grünen Meerkatzen und Schimpansen dokumentiert (Heneine, et al., 1998,Schweizer, et al., 1997). Doch wurden bisher keine SFV-assoziierten Krankheiten oder Transmissionen von Mensch zu Mensch in Verbindung mit SFV-infizierten Individuen beobachtet. Eine große Anzahl von Altwelt-Affen, einschließlich des Pavians, sind mit dem simianen T-lymphotropen Virus (STLV) infiziert, das mit dem humanen T-lymphotropen Virus Typ 1 (HTLV-1) nahe verwandt ist (Chikobaeva, et al., 1993,Gessain and de The, 1996,Mone, et al., 1992). Eine HTLV-1 Infektion ist mit einer lymphoproliferativen Krankheit und Myelopathie verbunden (Manns, et al., 1999). Aufgrund der Ähnlichkeit von STLV zu HTLV, könnte das STLV durch eine Transplantation leicht übertragen werden. Sequenzen des exogenen simianen Retrovirus (SRV), das in asiatischen Makakken gefunden wurde und Immunschwäche-Krankheiten verursacht (Lerche, et al., 1987), wurden in Tumorgewebe nachgewiesen (Grant, et al., 1995). Schließlich findet man bei Pavianen ein endogenes Retrovirus (Baboon endogenous Retrovirus, BaEV) im Genom integriert. BaEV kommt in verschiedenen Varianten vor (Todaro, et al., 1974,van der Kuyl, et al., 1996), es ist im Genom jeder Zelle des Pavians vorhanden und es ist in der Lage, Zelllinien anderer Spezies zu infizieren (Huang, et al., 1989).

Obwohl Versuche, spezifiziert Pathogen-freie (SPF) Kolonien nicht-humaner Primaten für Forschungszwecke zu entwickeln, zu einigen kleinen Kolonien führten, mit Tieren, die frei von einer limitierten Anzahl an Viren waren, bleiben diese Zuchtmethoden hinter denen von SPF Schweinen zurück. Die lange Zeitspanne zwischen Geburt und sexueller Reife, die verlängerte Tragezeit, die geringe Nachkommenschaft (im Allgemeinen ein Junges pro Geburt) und die komplexen sozialen Erfordernisse von nicht-humanen Primaten, erhöhen deutlich die Zeit und die Kosten, die benötigt werden, um Kolonien zu entwickeln, die genauso frei von Infektionen sind wie die industriell gezüchteter SPF Schweine. Als Folge davon bleibt die endemische, mikrobielle Flora in den existierenden Populationen nichthumaner Primaten weniger gut definiert und die Möglichkeit, den Kontakt zu infektiösen Mikroorganismen oder Viren zu limitieren bleibt undurchführbar, im Vergleich zu domestizierten Arten wie dem Schwein. Auch andere Betrachtungsweisen schränken die potentielle Verwendung von nicht-humanen Primaten als Quelle von Xenotransplantaten ein. Viele Menschen sind der Ansicht, dass die phylogenetische Nähe von nicht-humanen Primaten zum Menschen und deren intellektuelle und soziale Komplexität eine besondere ethische Betrachtung verdient (Nuffield Council on Bioethics, 1996). Besonders die Nutzung von Schimpansen, die mit dem Menschen am nächsten verwandt sind, in therapeutischen Anwendungen ist durch ihren Status als gefährdete Art fragwürdig. Aufgrund der oben genannten Gründe werden zukünftige Xenotransplantationen möglicherweise mit Zellen, Geweben und Organen des Schweins durchgeführt.

Die Organe eines ausgewachsenen Minischweins erreichen eine Größe, die sie potentiell kompatibel mit den Organen eines erwachsenen Menschen machen. Die Lebenserwartung eines Schweins von ungefähr dreißig Jahren ist ebenfalls akzeptabel für die Verwendung von Xenotransplantaten in erwachsenen Menschen (Sachs, 1994). Trotz der geringen phylogenetischen Übereinstimmung werden biologische Produkte vom Schwein effektiv zur Therapie von einigen humanen Erkrankungen, wie zum Beispiel das porzine Insulin bei Diabetes oder der porzine Gerinnungsfaktor VIII bei der Behandlung von Hämophilie, verwendet. Die frühe sexuelle Reife, die relativ kurze Tragezeit und die große Anzahl an Nachkommen, erlaubt eine schnelle, logistisch und funktionell durchführbare Etablierung von großen Zuchtherden mit SPF Schweinen. Die weitverbreitete gesellschaftliche Akzeptanz zur Verwendung von Schweinen als Lebensmittel lässt auch auf eine breite gesellschaftliche Toleranz bei der Nutzung von Schweinen für medizinische Zwecke hoffen. Zusätzlich könnte die Tatsache, dass Menschen und Schweine schon seit Tausenden von Jahren eng nebeneinander koexistieren, dafür sprechen, dass Schweine ein geringeres Infektionsrisiko als Quelle von Organspendern für Menschen darstellen als nicht-humane Primaten. Im Gegensatz zu der Situation mit nicht-humanen Primaten sind die Zuchtmethoden zur Generierung und Überwachung von SPF-Schweineherden weit entwickelt. Allerdings bestehen Bedenken darüber, ob die anatomischen und physiologischen Unterschiede zwischen Menschen und Schweinen nicht deren Einsatzmöglichkeiten auf einige wenige klinische Anwendungen beschränkt (Cooper, et al., 2002,Hammer and Thein, 2002,Soin, et al., 2001). Die geringere phylogenetische Übereinstimmung zwischen Menschen und Schweinen führt des Weiteren zu einigen immunologischen Komplikationen.

Eines der größten Hindernisse ist die Abstoßung des Xenotransplantats durch die angeborene und adaptive Immunität des Rezipienten. Es lassen sich mindestens drei verschiedene Arten der Abstoßung definieren: Erstens die hyperakute Abstoßung, die schon Minuten nach der Transplantation einsetzen kann, zweitens die akute vaskuläre oder verzögerte Xenotransplantat-Abstoßung, die frühestens 24 Stunden nach der Transplantation einsetzt bzw. erst nach 3 bis 4 Tagen beginnt, wenn die hyperakute Abstoßung verhindert werden konnte, und drittens die zellvermittelte Abstoßung, die nach einigen Tagen oder Wochen in vaskularisierten Spenderorganen einsetzen kann, wenn die hyperakute und akute vaskuläre Abstoßung überwunden werden konnten. Über die Mechanismen, die zu einer akuten vaskulären und im weiteren Verlauf zu einer zellvermittelten Abstoßung eines Xenotransplantates führen, ist noch wenig bekannt (Buhler, et al., 1999,Dooldeniya and Warrens, 2003,Dorling, 2003,Logan, 2000). Im Gegensatz dazu sind die Mechanismen der hyperakuten Abstoßung relativ genau untersucht worden. Bei der hyperakuten Abstoßung werden die endothelialen Zellen des Xenotransplantats durch im Blut des Empfängers zirkulierende xenoreaktive Antikörper gebunden und durch die anschließende Aktivierung der Komplement-Kaskade zerstört (Sachs, et al., 2001). Die für die hyperakute Abstoßung hauptsächlich verantwortlichen Antikörper sind gegen das Karbohydrat-Epitop Galaktoseα(1-3)-Galaktose (Galα1-3Gal) gerichtet und über 80% der Komplement-fixierenden xenoreaktiven Antikörper in Humanseren erkennen dieses Epitop (Parker, et al., 1994). Anti-Galα1-3Gal-Antikörper werden im Menschen und Altwelt-Affen ein Leben lang produziert, machen etwa 1% der zirkulierenden Immunglobuline im Körper aus (Galili, 2001) und aktivieren effizient die Komplement-Kaskade (Mollnes and Fiane, 2003). Deshalb beruhen die Strategien zur Prävention der hyperakuten Abstoßung auf der Neutralisierung der Effekte der Anti-Galα1-3Gal-Antikörper und des Komplements.

Die Anti-Galα1-3Gal-Antikörper lassen sich eliminieren durch Plasmaphorese (Byrne, et al., 2002,Kobayashi, et al., 2000), durch Immunadsorption von Immunglobulinen (Brenner, et al., 2000) oder spezifischen Anti-Schwein-Antikörpern (Lucchiari, et al., 1997) und durch AntiGalα1-3Gal-Immunaffinitätschromatographie (Xu, et al., 1998). Der Effekt dieser Methoden ist jedoch transient, da Antikörper kontinuierlich produziert werden. Darum wurden Versuche unternommen, das Galα1-3Gal-Antigen zu reduzieren oder zu entfernen. Dazu zählen Versuche wie enzymatische Behandlungen, um die Expresssion des Galα1-3Gal-Antigens auf Endothelzellen zu vermindern (Ogawa, et al., 2002) oder durch single-chain-Antikörper (Sepp, et al., 1999,Vanhove, et al., 1998), durch genetische Modifikationen des Donors und durch Induktion der Toleranz im Rezipienten (Tanemura, et al., 2002), die intrazelluläre α13Galaktosyltransferase zu neutralisieren. Genetische Modifikationen beinhalten die Generierung transgener Schweine, die das Gen für die humane Fukosyltransferase in sich tragen (Costa, et al., 2002,Osman, et al., 1997,Sharma, et al., 1996) oder die Herstellung von Schweinen, bei denen das Galaktosyltransferase-Gen entfernt wurde, sogenannte Galaktosyltransferase Knock-out-Schweine (Lai, et al., 2002,Phelps, et al., 2003). Die Inhibierung der Komplement-Kaskade umfasst lösliche und membrangebundene Komplementregulatoren (Mollnes and Fiane, 2003). Zu den wichtigsten membrangebundenen Komplement-regulierenden Proteinen gehören CD46 (Membrane cofactor protein, MCP), CD55 (Decay accelerating factor, DAF) und CD59 (Protectin). Mit diesen humanen Komplement-inhibierenden Proteinen wurden transgene Schweine entwickelt, die entweder nur eins oder mehrere dieser Proteine exprimieren (Costa, et al., 2002,Cozzi and White, 1995,Langford, et al., 1996,Lavitrano, et al., 2002,Storck, et al., 1997). Bei der Transplantation von Organen solcher transgener Schweine in Primaten konnte die hyperakute Abstoßung verzögert werden (Byrne, et al., 1997,Cozzi, et al., 2000,Schmoeckel, et al., 1998,Schuurman, et al., 2002).

Die Beeinflussung der Expression des Galα1-3Gal-Antigens und die Einführung von humanen Komplement-regulierenden Proteinen in genetisch veränderten Schweinen, könnten auch negative Konsequenzen haben. So ist das Galα1-3Gal-Antigen möglicherweise bei der Abwehr von bestimmten Viren wichtig (Welsh, et al., 1998). Zusätzlich dienen CD46 und CD55 als Rezeptoren für humantrope Viren, wobei CD46 von Masernviren und CD55 von Echoviren und Coxackie B Picornaviren als Rezeptoren verwendet werden (Bergelson, et al., 1994,Dorig, et al., 1993,Shafren, et al., 1995). Dadurch könnten CD46- und CD55 transgene Schweine empfänglich für diese humanen Erreger werden. Andererseits könnten sich tierische, Masernvirus-ähnliche Viren und tierische Picornaviren an die humanen Komplement-regulierenden Proteine adaptieren und somit Menschen infizieren (Weiss, 1998). Zu den Viren, die in den letzten Jahren in Schweinen identifiziert wurden und möglicherweise im Menschen als Pathogen wirken könnten, gehören: das porzine Cytomegalovirus (PCMV), das lymphotrope Herpesvirus (PLHV), das Torovirus, das Hepatitis E Virus (HEV), das Schweine-Influenza-Virus, das Encephalomyocarditis Virus (EMCV), das Circovirus und das Rotavirus (Tab. 1). Das porzine Cytomegalovirus ist in der Schweinepopulation endemisch (Fryer, et al., 2001). Es hat die Fähigkeit, nach einer primären Infektion lebenslang im Wirt zu verbleiben, was mit einer latenten Phase und periodisch auftretender Virusproduktion verbunden sein kann, die potentiell eine Erkrankung verursachen könnte. Normalerweise sind keine klinischen Symptome mit einer endemischen PCMV Infektion verbunden, obwohl das Virus Totgeburten, Rhinitis und Pneumonien auslösen kann (Clark, et al., 2003).

Tabelle 1: Mögliche humanpathogene porzine Viren

Zusätzlich ist PCMV nah mit den humanen Herpesviren 6 und 7 (HHV-6 und -7) und humanem CMV verwandt (Goltz, et al., 2000,Rupasinghe, et al., 2001). Dies könnte ein mögliches Risiko bei der Xenotransplantation von Schweineorganen in den Menschen bedeuten, da gezeigt werden konnte, dass bei der Transplantation von porzinen Organen in Paviane neben PCMV auch CMV vom Pavian aktiviert wurde (Mueller, et al., 2002). Allerdings war die Expression von PCMV und CMV vom Pavian hauptsächlich auf Speziesspezifisches Gewebe konzentriert. Schließlich konnte keine Übertragung von PCMV auf humane Zelllinien bei Kokultivierungsexperimenten festgestellt werden (Tucker, et al., 1999). Von PLHV existieren drei Subtypen PLHV-1, -2 und -3 (Chmielewicz, et al., 2003,Ehlers, et al., 1999), die häufig im Blut und lymphoiden Organen von domestizierten und wilden Schweinen aus verschiedenen geographischen Standorten gefunden werden. Im Blut werden die PLHV hauptsächlich in B-Zellen gefunden. Sie sind dort weitverbreitet und verursachen wahrscheinlich eine persistierende B-lymphotrope Infektion. Da PLHV-1 an der Entstehung einer porzinen lymphoproliferativen Erkrankung (Posttransplant lymphoproliferative disease, PTLD) beteiligt zu sein scheint (Goltz, et al., 2002), die nach einer allogenen Transplantation porziner hämatopoietischer Stammzellen auftreten kann, sind die porzinen lymphotropen γHerpesviren bei der Verwendung von Schweinen in der Xenotransplantation besonders zu beachten. Jedoch wurde in der Literatur bisher noch von keiner Übertragung von PLHV bei einer Transplantation von Schwein zu Primaten berichtet. Das porzine Torovirus ist mit den equinen und bovinen Toroviren nahe verwandt und wird in den Exkrementen von Ferkeln gefunden (Kroneman, et al., 1998). Im Menschen sind Toroviren mit einer Gastroenteritis verbunden (Jamieson, et al., 1998) und eine Übertragung von porzinen Toroviren auf den Menschen könnte ähnliche Auswirkungen haben. Das porzine HEV ist weitverbreitet in der allgemeinen Schweinepopulation, führt aber bei jungen Schweinen zu keinen sichtbaren klinischen Symptomen (Meng, et al., 1997). Es ist dem humanem HEV sehr ähnlich und ist in der Lage, nicht humane Primaten in vivo zu infizieren bzw. lassen sich SPF Schweine mit humanem HEV infizieren (Halbur, et al., 2001,Meng, et al., 1998). Allerdings konnten in einer untersuchten SPF-Schweineherde keine Antikörper gegen porzines HEV gefunden werden (Meng, et al., 1997). Schweine-Influenza-Viren sind in fast jeder Herde zu finden und sorgen meist im Herbst für einen Ausbruch der Erkrankung, die bereits nach einigen Tagen abklingt (Paul, et al., 2003). Es konnte gezeigt werden, dass porzines Influenza-Virus die Speziesbarrieren überwinden und auch Menschen infizieren kann (Wells, et al., 1991). Zusätzlich dienen Schweine für die Influenza-Viren als Zwischenstation zur Generierung neuer Virenstämme, die durch genetische Neuordnung des viralen Genoms entstehen. Schließlich wird vermutet, dass der Schweine-Influenza-Virus Subtyp H1N1 für den Tod von 20 Millionen Menschen verantwortlich ist, die bei der Influenza Pandämie von 1918 gestorben sind (Taubenberger, et al., 1997). Da porzines EMCV in vielen Schweinepopulationen endemisch ist, gehören Schweine zu den am häufigsten infizierten Tieren (Billinis, et al., 1999). EMCV verursacht akute Myocarditis und den plötzlichen Tod von jungen Schweinen, während die Infektion über die Plazenta von Säuen mit fötaler Mummifikation und Aborten verbunden ist (Joo, 1999). Die Infektion von älteren Schweinen verläuft asymptomatisch. Trotz fehlender Studien zur Bestimmung der porzinen Zellen, in denen die EMCV-Replikation stattfindet und EMCV möglicherweise persistiert, konnte gezeigt werden, dass die Titer von EMCV im Herzen, in der Leber und in den Nieren höher sind als im Blut (Craighead, et al., 1963). Studien deuten darauf hin, dass EMCV auch andere Spezies infizieren kann (Hubbard, et al., 1992,Knowles, et al., 1998,Reddacliff, et al., 1997). So ist porzines EMCV in der Lage, primäre humane Myocardiozyten in vitro zu infizieren (Brewer, et al., 2001). Schließlich konnte gezeigt werden, dass Genome von Picornaviren in transplantierten humanen Herzen zum Verlust des Transplantates bei Kindern führte (Shirali, et al., 2001). Vom porzinem Circovirus (PCV) existieren zwei Subtypen, PCV-1 und -2 (Fenaux, et al., 2000,Mankertz, et al., 1997). PCV-2 wird mit dem postweaning multisystemic wasting syndrome (PMWS) in Verbindung gebracht, das bei Schweinen zu einer hohen Sterberate führt (Mankertz, et al., 2000,Sorden, et al., 1999), während PCV-1 nicht virulent ist. PCV ist in allen Schweineherden auf der ganzen Welt vorhanden, kann persistierende Infektionen auslösen und wird vertikal übertragen (Paul, et al., 2003). Jedoch sind bisher noch keine Übertragungen auf den Menschen beobachtet worden (Allan and Ellis, 2000,Allan, et al., 1994,Ellis, et al., 2000). Porzine Rotaviren sind porzine Pathogene, die häufig eine weitverbreitete Diarrhö in Kindern und Ferkeln verursachen können (Santos, et al., 1999). Möglicherweise dienen auch hier wieder die Schweine als Zwischenlager, um neue, humanpathogene Virenstämme durch genetische Neuordnung hervorzubringen (Gouvea and Brantly, 1995). Fast alle diese beschriebenen porzinen Viren lassen sich durch eine intensive Haltung unter SPF-Bedingungen und durch eine strenge Kontrolle der Schweine, eliminieren (Tucker, et al., 2002). Allerdings sind in das Genom der Schweine auch endogene Retroviren integriert, die sich durch Züchtung und gentechnische Verfahren nicht so einfach entfernen lassen.

Wirbeltiere und Retroviren sind seit vielen Millionen Jahren miteinander verbunden und durch die Mechanismen der Virusabwehr einerseits und der Infektion eines Wirtes andererseits haben Retroviren und Wirbeltiere eine gemeinsame Evolution durchlaufen, die bis heute anhält. Die Familie der Retroviridae umfasst sieben Genera, die -, -, -, - und Retroviren sowie die Lentiviren und Spumaviren. Alle diese Retroviren sind durch einen einzigartigen Replikationsmechanismus miteinander vereint (Coffin, 1996,Luciw and Leung, 1992,Swanstrom and Vogt, 1990). Dieser Mechanismus besitzt zwei besondere Merkmale. Erstens, der übliche genetische Informationsfluss von DNA über RNA ist umgekehrt. Das heißt, extrazelluläre Retroviren haben ein RNA-Genom, das durch die virale Reverse Transkriptase (RT) nach der Infektion einer Wirtszelle in DNA umgeschrieben wird. Das zweite ungewöhnliche Merkmal der retroviralen Replikation beinhaltet die Integration des viralen Genoms in die chromosomale DNA des Wirtes, ein Prozeß der von dem viralen Enzym Integrase (IN) vermittelt wird. Das in das Wirtsgenom integrierte retrovirale DNA-Genom wird als Provirus bezeichnet. Provirale Gene werden durch die Wechselwirkung zwischen retroviraler LTR und zellulärer Mechanismen und Faktoren exprimiert, und ermöglichen dadurch die Synthese von neuen retroviralen Virionen. Zusätzlich kann man zwischen exogenen und endogenen Retroviren unterscheiden (Aaronson and Stephenson, 1976,Hughes, et al., 1981,Larsson, et al., 1989,Lower, et al., 1993). Das Genom der Retroviren beinhaltet alle Informationen, die für einen vollständigen Infektionszyklus mit Freisetzung von infektiösen Viruspartikeln nötig sind. Die exogenen Viren sind in der Lage sich horizontal von Organismus zu Organismus zu verbreiten. Allerdings können einige dieser Viren defekt sein, das bedeutet, ihnen fehlen essentielle Informationen zur Vervollständigung ihres produktiven Infektionszyklus. Diese Viren benötigen für ihre Weiterverbreitung die Hilfe eines anderen Retrovirus, das die fehlenden Funktionen ergänzt. Im Gegensatz dazu sind die endogenen Retroviren im Genom aller Zellen eines Organismus einschließlich der Keimbahnzellen integriert und werden vertikal von den Eltern auf die Nachkommen übertragen. Durch bestimmte Ereignisse können diese Viren zur Produktion von infektiösen Partikeln angeregt werden. Viele der endogenen Retroviren sind jedoch genetisch so stark degeneriert, dass selbst Helferviren sie nicht mehr aktivieren können. Nur noch die Ähnlichkeit der ins Zellgenom integrierten DNA lässt darauf schließen, dass es sich ursprünglich um retrovirale Sequenzen handelt. Diese weitverbreiteten Retrotransposons machen etwa ein Prozent des menschlichen Genoms aus.

Die Partikel der Retroviren haben einen Durchmesser von circa 100 nm (Abb. 1 (Modrow, et al., 2003)). Das Capsid wird von einer Membran umgeben, die von der Wirtszellmembran abgeleitet ist. Mit der Hüllmembran sind die viralen Glykoproteine TM (transmembranes Hüllprotein) und SU (Surface-Hüllprotein) verbunden. Das TM ist mit einer aus ca. 20 hydrophoben Aminosäuren bestehenden Sequenz in der Hüllmembran verankert, während das SU-Protein über Disulfidbrücken (nur bei γ-Retroviren) oder nichtkovalenten Bindungen mit dem externen Teil des TM-Proteins verbunden ist. Die Matrixproteine (MA) sind durch aminoterminal angefügte Myristinsäurereste mit dem inneren Teil der Hüllmembran verbunden. Die retroviralen MA-Proteine assoziieren zu Trimeren, die miteinander eine netzartige Oberfläche bilden, die den Viruspartikeln eine isometrische Struktur verleiht. Im Inneren der Virionen befindet sich das Capsid (CA), das bei den -, -, - und -Retroviren eine sphärisch-ikosaedrische und bei den Lentiviren eine konische Form aufweist. Die Capside beinhalten zwei identische Moleküle einzelsträngiger RNA, die nicht durch Basenpaarung miteinander verbunden sind. Die beiden RNA-Stränge sind mit Nucleocapsidproteinen (NC) komplexiert. Schließlich befinden sich noch die viralen Enzyme Reverse Transkriptase (RT), Integrase (IN) und Protease (PR) im Viruspartikel.

	Abbildung 1: Genereller Aufbau eines Retrovirus. Die Virenhülle wird von einer zellulären Lipiddoppelmembran gebildet. SU und TM verkörpern die viralen Hüllproteine. MA, CA und NC sind die viralen Strukturproteine. Die Enzyme PR, RT und IN sind für die Reifung des Viruspartikels und die Integration des Virusgenoms in die Wirtszelle essentiell (Coffin et al., 1997).

Die retrovirale RNA weist mit ihrer 5‘-Cap-Struktur und der Polyadenylierung am 3‘-Ende alle Merkmale einer eukaryotischen mRNA auf (Abb. 2 (Modrow, et al., 2003)). Das RNAGenom kann je nach Virustyp zwischen 7 und 12 Kilobasen lang sein. An die Primer-Bindungsstelle (PBS), eine 18 Nucleotide umfassende Sequenz im 5‘-Bereich der RNA, ist eine zelluläre tRNA hybridisiert. Die Aminosäurespezifität der tRNA ist bei den einzelnen Virustypen unterschiedlich. Die Genome aller Retroviren codieren für die Genprodukte gag (gruppenspezifische Antigene), pol (enzymatische Proteine) und env (Glykoproteine). Die sich am 5‘- und 3‘-Ende der codierenden Regionen befindenden Sequenzen erfüllen wichtige, regulatorische Funktionen, die für die reverse Transkription und die Integration des viralen Genoms in die zelluläre DNA essentiell sind.

	Abbildung 2: Genomische Organisation der retroviralen RNA. R, Redundant; U, Unique; PBS, Primerbindungsstelle; SD, Spleißdonor; SA, Spleißakzeptor; PPT, Polypurintrakt (Coffin, et al., 1997)

Es lassen sich folgende Abschnitte unterscheiden: Zunächst schließt direkt an die 5‘-CapStruktur die R-Region (R für Redundant) an. Sie ist zwischen 15 und 240 Nucleotide lang und liegt in identischer Basenfolge und Orientierung auch am 3‘-Ende des viralen Genoms vor. Auf die R-Region folgt am 5‘-Ende des Genoms der als U5 (U für unique) bezeichnete Abschnitt. Er besteht aus 75 bis 200 Basen und enthält Sequenzen, die für die Integration des Provirus in das Zellgenom wichtig sind. An die U5-Region schließt sich die PBS an. Die sich zwischen der PBS und dem Anfang des gag-Gens befindende Sequenz wird Leaderregion genannt. Sie enthält eine Spleißdonorstelle (SD), die für die Bildung aller gespleißten mRNAMoleküle verwendet wird, und eine Ψ-Sequenz, durch die sich die genomischen viralen RNAs bei der Morphogenese an die Nucleocapsidproteine der sich ausbildenden Viruspartikel anlagern. Im Anschluss an die Leaderregion folgen die viralen Gene gag, pol und env, die je nach Virustyp verschieden lang sein können. An sie schließt sich entweder eine kurze nichtcodierende Region an oder sie gehen direkt in nachfolgende Sequenzelemente über, wie es bei den Lenti- und Spumaviren üblich ist. Hier findet man einen bei allen Retroviren vorhandenen Polypurintrakt (PP), der aus mindestens neun Adenosin- und Guanosinresten besteht. Der PP ist für die Initiation der Synthese des DNA-Doppelstranges wichtig. Dem Polypurintrakt folgt die U3-Region, die abhängig vom Virustyp zwischen 450 und 1200 Basen lang sein kann. Da die U3-Region, genauso wie die U5-Region, nach der reversen Transkription der RNA in doppelsträngige DNA das 5‘-Ende der LTR (Long terminal repeat) bildet, befinden sich auch hier wichtige Elemente für die Integration. Zusätzlich ist die U3Region auch für die Genexpression des Provirus unverzichtbar, da sie Promotoren und cisaktive Elemente enthält, an die sich zelluläre transaktive Proteine binden und dadurch die virale Transkription und Genexpression regulieren können. An die U3-Region schließt sich ein weiterer R-Bereich an, dem ein PolyA-Schwanz von circa 200 Adenosineinheiten folgt. Das integrierte Provirus besitzt am 5‘- und 3‘-Ende identische Sequenzen, die durch das Umschreiben der RNA in DNA entstehen und die viralen Gene flankieren (Abb. 3). Sie werden als long terminal repeats (LTR) bezeichnet. Die LTR besteht aus den U3-, R- und U5Regionen und enthält die Promotor- und Enhancer-Elemente, die die retrovirale Genexpression kontrollieren.

	Abbildung 3: Genetische Organisation des Provirus (Coffin, et al., 1997).

Die Gag-Proteine werden als gemeinsames Vorläuferprodukt synthetisiert, das während der Virusmorphogenese von der viralen Protease in die einzelnen Komponenten gespalten wird (Modrow, et al., 2003). Die Reihenfolge der MA-, CA- und NC-Proteine im GagVorläuferprodukt ist bei den verschiedenen Retroviren immer gleich (Abb. 4): Am aminoterminalen Ende befinden sich die MA-Sequenzen, gefolgt von den CA-Bereichen und am carboxyterminalen Ende sind die NC-Proteine zu finden. Die Synthese der GagProteinvorläufer findet an freien Ribosomen im Zytoplasma der Zelle statt. Die Myristylierung an der α-Aminogruppe eines Glycins an der Position 2 erfolgt während der Translation, wobei das aminoterminale Methionin entfernt wird. Anschließend transportieren zelluläre Faktoren die modifizierten Gag-Proteinvorläufer zur Zellmembran, mit der sie über Fettsäuren interagieren, indem sie sich als kleine, virusähnliche Lipid-Protein-Vesikel von der Zelloberfläche abschnüren. Dabei spielen die MA- und CA-Proteinanteile eine aktive Rolle. Die in den NC-Proteinen enthaltenen Aminosäuresequenzen bewirken eine spezifische Wechselwirkung mit den Ψ-Sequenzen der RNA-Genome. Diese Domänen können den Zinkfingermotiven DNA-bindender Proteine ähneln oder aus basischen, argininreichen Regionen bestehen. Die MA-Proteine geben den reifen Viruspartikeln ihre äußere Struktur und können den Transport der doppelsträngigen, viralen DNA in den Zellkern fördern.

	Abbildung 4: Anordnung der retroviralen Proteine, die von den gag, pol und env Genen codiert werden. AUG = Startcodon, UAG = Stopcodon.

Die viralen Enzyme Protease, Reverse Transkriptase und Integrase werden ebenfalls als Bestandteil des Gag/Pol-Vorläuferproteins synthetisiert. Diese Gag/Pol-Fusionsproteine haben Molekulargewichte zwischen 150 und 200 kD. Sie entstehen durch die Verschiebung des ribosomalen Leserasters um –1 oder +1. Grund der Verschiebung ist die fehlerhafte Erkennung der Codongrenzen durch die Ribosomen, was zu einem Überlesen des Stopcodons der Gag-Proteinsynthese führt, und somit in die Synthese der Pol-Proteine übergeht. Dieser Leserastersprung findet bei ungefähr 5% der Translationsvorgänge statt. Die Gag/PolFusionsproteine werden ebenfalls am aminoterminalen Ende myristyliert und sind dadurch in der Zytoplasmamembran verankert. Die Spaltung in die einzelnen Enzyme durch die virale Protease erfolgt bei den meisten Retroviren erst bei der Reifung des von der Zellmembran abgelösten Viruspartikels. Die aktive Protease von HIV-1 liegt als aus zwei identischen Proteineinheiten bestehendes Dimer vor, mit einem Molekulargewicht von 9 bis 10 kD. Im aktiven Zentrum des Enzyms sind zwei funktionell wichtige Asparaginsäurereste lokalisiert, die für die Wirkung des Enzyms als Aspartatprotease verantwortlich sind. Die Prozessierung der Gag- und Gag/Pol-Vorläuferproteine in die einzelnen Komponenten durch die Protease, erfolgt durch Spaltung zwischen Phenylalanin- oder Tyrosin- und Prolinresten. Zusätzlich ist die dreidimensionale Struktur der Gag- und Gag/Pol-Vorläuferproteine für die Erkennung der Schnittstellen wichtig. Die Reverse Transkriptase ist ein Mg²⁺-abhängiges Enzym, das als RNA- und auch als DNA-abhängige Polymerase wirken kann. Es besitzt außerdem noch eine RNaseH-Aktivität, die den RNA-Anteil von DNA/RNA-Hybriddoppelsträngen abbaut. Die Reverse Transkriptase von HIV-1 ist ein Heterodimer, bestehend aus einer 66 und einer 51 kD großen Untereinheit. Die kleinere Untereinheit entsteht durch proteolytische Spaltung am carboxyterminalen Ende und ist daher mit dem aminoterminalen Teil der großen Untereinheit identisch. Die Aktivität der RNaseH ist im carboxyterminalen Bereich der größeren Untereinheit lokalisiert, während die Polymerasefunktionen durch die aminoterminalen Aminosäuren bestimmt werden. Durch die fehlende Kontrolle der Lesegenauigkeit werden mit einer Wahrscheinlichkeit von 10^-3 bis 10^-4 falsche Basen in die neusynthetisierten DNA bzw. RNA-Stränge eingebaut. Diese Leseungenauigkeit führt zu der relativ hohen Mutationsrate mancher Retroviren. Schließlich wird die Integrase im 3‘-Bereich des gag/polGens codiert. Sie wirkt sowohl als Endonuclease, ist also in der Lage doppelsträngige DNA zu schneiden, als auch als Ligase. Des Weiteren kann die IN an die Enden des linearen, in doppelsträngige DNA transkribierten Virusgenoms binden und so für seine Integration in das Genom der Wirtszelle sorgen.

Die Hüllproteine SU und TM werden vom env-Gen codiert und sind in die Zellmembran infizierter Zellen bzw. in die virale Membran eingelagert. Beide Proteine werden aus einer einfach gespleißten mRNA als gemeinsames Vorläuferprotein translatiert, wobei man die Aminosäuresequenz des SU am aminoterminalen Ende findet. Eine ebenfalls aminoterminale Signalsequenz ist für die Translation des Proteins an der Membran des endoplasmatischen Reticulums (ER) und den Transport der Aminosäurekette in das Lumen verantwortlich. Die Verankerung in der Membran findet über eine hydrophobe 20 Aminosäurereste lange Sequenz im TM-Teil des Vorläuferproteins statt. Im ER werden die Aminosäuren des SU und TM-Vorläuferproteins nach einem Abbau basischer Aminosäuren in SU und TM gespalten. Hierfür ist eine mit dem Golgi Apparat assoziierte zelluläre Protease verantwortlich. Bei einigen Retroviren findet im ER auch die Glykosylierung des SU/TM-Vorläuferproteins statt (z.B. bei HIV oder MuLV). Das Molekulargewicht von SU liegt zwischen 46 und 120 kD, das von TM zwischen 15 und 45 kD. Die SU-Hüllproteine sind für die Adsorption der Viruspartikel an Zellmembranen verantwortlich. Zusätzlich bieten sie geeignete Angriffspunkte für wirtseigene Abwehrmechanismen. Das SU lässt sich in weitere Bereiche einteilen, die aus sehr variablen Elementen (V) und relativ hoch konservierten Bereichen (C) bestehen. Die V-Bereiche befinden sich meist an sehr exponierten Stellen, so dass gegen sie oft neutralisierende Antikörper gebildet werden. Die V-Domänen sind allerdings auch oft hoch glykosyliert. Die C-Bereiche sind meist für die Wechselwirkung mit zellulären Rezeptoren verantwortlich, was zu einer recht hohen Konservierung dieser Bereiche in den meisten Retroviren führt. Schließlich ist das TM der meisten Retroviren für die Fusion mit der Wirtszelle zuständig. Die sogenannte Fusionsdomäne befindet sich am aminoterminalen Ende des TM.

Die komplexen Retroviren wie die Lenti- und Spumaviren sowie die δ-Retroviren besitzen weitere regulatorische und akzessorische Proteine, die einen Einfluss auf die Transkription und die Infektiosität der Viren haben.

In den 70er Jahren wurden porzine endogene Retroviren (PERV) zum ersten Mal in porzinen Zelllinien als Viruspartikel beschrieben (Armstrong, et al., 1971,Breese, 1970,Lieber, et al., 1973,Todaro, et al., 1974). Die PERVs, die zum Genus der einfachen γ-Retroviren gehören (Abb. 5), zeigen hohe Homologien zu dem Leukämievirus der Gibbons (GALV (Patience, et al., 1997)), dem endogenen Koala Retrovirus (KoRV (Hanger, et al., 2000)) und einem induzierbaren murinen endogenen Retrovirus (MDEV (Miller, et al., 1996,Wolgamot, et al., 1998)). Des Weiteren bestehen Ähnlichkeiten zu Sequenzen der felinen und murinen γRetroviren sowie zu Sequenzen von γ-Retroviren anderer Primaten (Akiyoshi, et al., 1998,Czauderna, et al., 2000). Die Genomstruktur der PERVs ist typisch für γ-Retroviren. Es besteht aus drei offenen Leserahmen, die für die gag-, pol- und env-Gene codieren. Diese sind von zwei LTRs eingefasst, die wichtige Elemente für die reverse Transkription, die Integration, die Transkription und Translation enthalten. Eine ungespleißte genomische RNA dient als Vorlage für die Translation der Gag- und Gag/Pol-Vorläuferproteine. Das MAProtein hat in etwa ein Molekulargewicht von 15 kD (p15), die CA-Proteine von 12 und 27 kD (p12 und p27) und das NC von 7 kD (p7). Eine zweite, gespleißte RNA dient als Vorlage zur Translation der SU (gp70)- und TM (p15E)-Vorläuferproteine.

	Abbildung 5: Aufbau eines PERV Partikels. SLA I und II, Schweineleukozytenantigen Klasse I und II (Dr. S. Norley, Dr. S. Tacke).

Die Familie der replikationsfähigen porzinen endogenen γ-Retroviren umfasst drei eng miteinander verwandte Subtypen, die sich durch unterschiedliche Sequenzen der env-Gene auszeichnen und mit PERV-A, -B und -C bezeichnet wurden (Takeuchi, et al., 1998). Die Sequenzunterschiede manifestieren sich in den variablen Regionen ihrer SU-Hüllproteine, die für die Rezeptorspezifität von besonderer Bedeutung sind und darauf hindeuten, dass die verschiedenen PERV-Subtypen unterschiedliche Rezeptoren verwenden. PERV-A und -B wurden aus der porzinen Nierenzelllinie PK15 isoliert und kloniert (Czauderna, et al., 2000,Krach, et al., 2001,Le Tissier, et al., 1997). Die Hüllproteine von PERV-A und -B weisen eine Länge von 660 und 657 Aminosäuren auf (Le Tissier, et al., 1997). Das TM der beiden Subtypen zeigt eine 92%ige Übereinstimmung auf Aminosäureebene zueinander und eine 63%ige bis 67%ige Übereinstimmung zu korrespondierenden Regionen von GALV, felinem Leukämievirus (FeLV) und murinem Friend-Leukämievirus (F-MuLV). PERV-A und -B gehören zu den polytropen Viren, die Zellen verschiedener Spezies (Specke, et al., 2002,Specke, et al., 2001) einschließlich des Menschen (Patience, et al., 1997,Specke, et al., 2001,Takeuchi, et al., 1998) und nicht-humaner Primaten (Blusch, et al., 2000,Denner, 2001,Specke, et al., 2002) in vitro infizieren können. Im Gegensatz dazu handelt es sich bei PERVC um ein ecotropes Virus, das nur porzine Zellen infizieren kann (Akiyoshi, et al., 1998,McIntyre, et al., 2003,Takeuchi, et al., 1998). PERV-C wurde aus stimulierten PBMC von Miniaturschweinen kloniert (PERV-MSL (Akiyoshi, et al., 1998)) bzw. aus porzinen Lymphomzellen (PERV-Tsukuba-1 (Suzuka, et al., 1985,Suzuka, et al., 1986)) isoliert. Zusätzlich zu den drei replikationsfähigen PERV-Subtypen existieren in den Genomen der Schweine noch weitere γ- und β-retrovirale Sequenzen, die aber bisher alle mindestens einen Defekt in ihrem Genom aufweisen und daher nicht replikationsfähig sind (Patience, et al., 2001). Jedoch besteht die Möglichkeit, dass durch Rekombinationen aus replikationsfähigen und replikationsunfähigen Proviren neue infektiöse Partikel entstehen. Zusätzlich könnten aus nicht humantropen PERVs durch Rekombination humantrope Viren entstehen. So konnte gezeigt werden, dass sich aus primären porzinen PBMC (Peripheral Blood Mononuclear Cells), die mit Mitogenen stimuliert wurden, PERV-Partikel freisetzten lassen, die in der Lage sind, humane Zellen zu infizieren (Wilson, et al., 1998,Wilson, et al., 2000). Die in den humanen Zellen gefundenen Viren enthalten Sequenzen der Subtypen A und C, wobei ein kleiner Teil aus dem SU von PERV-A und der Rest des Genoms von PERV-C stammt. Diese PERV-A/C-Rekombinante besitzt die Fähigkeit, sich an humane Zellen zu adaptieren, in dem sie durch sequentielle Multimerisierungen im replikationsregulierenden Bereich der U3Region der LTR ihre Promotoraktivität erhöht, die zu einer Erhöhung des Virustiters führt (Denner, et al., 2001,Wilson, et al., 2000). Das wurde auch für PERV-A und -B (Denner, et al., 2002) und davon abgeleitete molekulare Klone gezeigt (Scheef, et al., 2001). Durch Untersuchungen möglicher Bindungsstellen für Transkriptionsfaktoren innerhalb dieser repetitiven Sequenzen, ergaben sich Homologien zu Bindungsstellen des Transkriptionsfaktors NF-Y (Denner, et al., 2002,Denner, et al., 2003,Scheef, et al., 2002). NF-Y wird vorwiegend in proliferierenden Zellen gebildet (Mantovani, 1999). Dies deutet darauf hin, dass PERVs die Transkriptionsregulation sich teilender Zellen nutzen, um ihre Proviren zu exprimieren. Die Multimerisierung bestimmter Sequenzmotive in der LTR wird auch bei anderen γ-Retroviren, wie MuLV und FeLV beobachtet. Bei diesen Viren korreliert die Multimerisierung in der LTR mit einer Zunahme der Pathogenität (Übersicht siehe (Denner, et al., 2002)).

Die Proviren der beiden replikationsfähigen PERV Subtypen A und B sind in allen Zellen der Schweine vorhanden und mit 32 bis 64 Kopien pro Zellgenom relativ häufig vertreten (Patience, et al., 2001), während PERV-C nicht in allen Schweinerassen vertreten ist (Bosch, et al., 2000,Denner, 2001,Jin, et al., 2000). Die Expression von PERV-mRNA in verschiedenen Geweben der Schweine variiert, wobei der Pankreas die geringste und die Niere die höchste Expression an PERV-mRNA aufweisen (Akiyoshi, et al., 1998,Clemenceau, et al., 1999). Des Weiteren bestehen zwischen verschiedenen Schweinestämmen erhebliche Unterschiede bei der Freisetzung von PERV-Partikeln (Tacke, et al., 2000,Tacke, et al., 2003). Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass auch primäre porzine Endothelzellen unterschiedlicher Schweinerassen PERV exprimieren und humane Zellen in vitro infizieren können (Martin, et al., 1998). Endothelzellen stellen den hauptsächlichen Kontakt zwischen einem Xenotransplantat und den Leukozyten bzw. dem Gewebe des Rezipienten dar. Schließlich konnte gezeigt werden, dass transgene Schweine, die die humanen Komplementinhibitoren CD55 und CD59 produzieren, nicht nur PERV-mRNA exprimieren (Langford, et al., 2001) sondern auch diese Komplementinhibitoren in PERV-Partikel verpacken (Takefman, et al., 2002). Allerdings wurden PERV-Partikel nur in zwei von fünf transgenen Schweinen, deren PBMC stimuliert wurden, freigesetzt und humane Zelllinien ließen sich nicht mit diesen PERV-Partikeln infizieren (Langford, et al., 2001). Zusätzlich konnten die Komplementinhibitoren-enthaltenden PERVs von humanem Serum neutralisiert werden (Takefman, et al., 2002).

Obwohl sich Zellen verschiedener Spezies einschließlich nicht-humaner Primaten und Menschen in vitro mit PERV infizieren lassen, konnte bisher noch keine Transmission von PERV in vivo nachgewiesen werden. Bei Infektionsversuchen im Kleintiermodell konnte weder bei immunsupprimierten Tieren (Specke, et al., 2002) noch bei der Verwendung von Spezies-adaptierten PERV-Partikeln (Specke, et al., 2002) eine Übertragung beobachtet werden. Jedoch gibt es Studien, die eine PERV-Übertragung bei SCID- (severe combined immunodeficiency) und Nacktmäusen beschreiben (Clemenceau, et al., 2002,Deng, et al., 2000,van der Laan, et al., 2000). Allerdings wurde in diesen Experimenten Mikrochimärismus beobachtet. Beim Mikrochimärismus wandern wirtsfremde Zellen vom Applikationsort in andere Gewebe und Organe ein, ohne vom Immunsystem sofort eliminert zu werden. Mikrochimärismus kann also zu falsch-positiven Resultaten führen. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass Mäuse keinen Rezeptor für PERV-A auf ihren Zelloberflächen exprimieren (Ericsson, et al., 2003). Schließlich sind die Daten hinsichtlich der Expression eines PERV-BRezeptors in Mäusen widersprüchlich (Irgang, et al., 2004,Takeuchi, et al., 1998). Die Transplantation von porzinen Zellen, Geweben und Organen in nicht-humane Primaten bzw. die Inokulation hoher Dosen von PERV in immunsupprimierte Tiere führte bisher ebenfalls nicht zu einer PERV-Infektion (Martin, et al., 2002,Specke, et al., 2002,Switzer, et al., 2001). Schließlich zeigten auch die klinischen Anwendungen der Xenotransplantation beim Menschen bis heute keine Übertragung von PERV (Heneine, et al., 1998,Irgang, et al., 2003,Levy, et al., 2000,Paradis, et al., 1999,Patience, et al., 1998,Pitkin and Mullon, 1999,Schumacher, et al., 2000,Tacke, et al., 2001). Jedoch waren die Anwendungen in den meisten Fällen zeitlich begrenzt oder das porzine Material war vor dem Immunsystem der Rezipienten geschützt. Zwei humane Rezeptoren für PERV-A wurden kürzlich identifiziert und kloniert (Ericsson, et al., 2003). Diese beiden Rezeptoren werden in vielen humanen Geweben exprimiert und durchqueren, wie viele andere γ-retrovirale Rezeptoren, die Zellmembran mehrfach.

Auf Grund der immensen Fortschritte bei der Suche nach effektiveren Immunsuppressiva für den Einsatz in der Xenotransplantation und der Entwicklung transgener Schweine (Costa, et al., 2002,Lai, et al., 2002,Phelps, et al., 2003), die eine hyperakute Abstoßung eines Xenotransplantates verhindern, ist eine längere Verweildauer im Rezipienten zu erwarten, und damit erhöht sich das Risiko einer Transmission und/oder Infektion mit PERVs. Des Weiteren bergen die Möglichkeiten der Rekombination von PERVs untereinander sowie die Rekombination mit humanen Retroviren und die Adaptation von PERVs an humane Zellen, weitere Gefahren für die Rezipienten eines Langzeitxenotransplantates. Aus diesen Gründen, muss das potentielle Risiko für den einzelnen Rezipienten und die Gesellschaft im Ganzen weiterhin sorgfältig, auf hohem wissenschaftlichen Niveau untersucht und ethisch vertretbar abgewogen werden.

Die Verwendung von porzinen Zellen, Geweben und Organen in der Xenotransplantation stellt eine Möglichkeit dar, die zunehmende Kluft zwischen der Zahl der durchgeführten Allotransplantationen und der steigenden Zahl an Patienten, die auf ein Transplantat warten, zu überbrücken. Jedoch besteht das Risiko der Übertragung von Mikroorganismen und Viren, die für den Menschen pathogen sein könnten. Die im Genom der Schweine integrierten porzinen endogenen Retroviren (PERV) stellen einen dieser potentiell humanpathogenen Erreger dar, da die Subtypen PERV-A und PERV-B in der Lage sind, humane primäre Zellen und Zelllinien in vitro zu infizieren. Daraus ergeben sich drei Verfahrensweisen, die für die Abschätzung des Infektionsrisikos von PERV von Bedeutung sind und angewendet werden sollen:

1. Die Evaluierung der PERV-Freisetzung aus porzinen Zellen und Geweben, um Transplantate mit geringem Infektionsrisiko zu selektieren. Aufgrund der Tatsache, dass der Pankreas von Schweinen nur eine geringe mRNA-Expression von PERV aufweist und durch die Vorarbeiten von Tacke et al. (2000, 2003), die gezeigt haben, dass stimulierte PBMC von Schweinen der Deutschen Landrasse keine PERV-Partikel freisetzen, soll im Rahmen dieser Arbeit die Expression von PERV in Inselzellen der Deutschen Landrasse in vitro und in vivo evaluiert werden.
2. Die Etablierung eines In vivo-Infektionsmodells, um die Pathogenität von PERV abschätzen zu können. Da die Transplantation von porzinen Zellen, Geweben und Organen in nicht-humane Primaten bzw. die Inokulation hoher Dosen von PERV in immunsupprimierte Tiere bisher nicht zu einer PERV-Infektion führte und aufgrund der Beobachtung, dass die Adaptation von PERV an die Zellen einer Spezies zu einer Erhöhung des Virustiters führt, soll in dieser Arbeit PERV zunächst an Zellen nicht-humaner Primaten adaptiert werden, um zu einem späteren Zeitpunkt dieses adaptierte PERV nicht-humanen Primaten in vivo applizieren zu können. Des Weiteren soll die Infektion ausgewählter muriner Zelllinien und primärer Zellen in vitro und in vivo mit den Subtypen A und B von PERV unter Vermeidung von Mikrochimärismus evaluiert werden.
3. Ein retrospektives Screenen von Patienten, die bereits mit porzinen Zellen und Geweben behandelt wurden. Bisher wurden weltweit etwa 200 Patienten mit Zellen und Geweben vom Schwein oder mit einer Ex vivo-Perfusion unter Zuhilfenahme von Schweinezellen behandelt. Im Rahmen dieser Arbeit sollen zwei neue Studien analysiert werden. In der einen wurden Patienten mit akutem Leberversagen ex vivo mit einem Bioreaktor, der Leberzellen vom Schwein enthielt, behandelt. In der anderen wurden Diabetes-Kranke mit porzinen Inselzellen behandelt. Der Nachweis der Infektion durch Messung von Antikörpern gegen PERV in den Seren der Patienten soll indirekt, mit neu entwickelten immunologischen Methoden, erfolgen.