Mimivirus ist eine Gattung von Viren aus der Familie Mimiviridae, denen Amöben als natürliche Wirte dienen. Mit der Familie Mimiviridae gehört Mimivirus zu den Riesenviren im Phylum Nucleocytoviricota (auch , NCLDV, nach einem früheren Vorschlag auch als Ordnung „Megavirales“ (s. l.) bezeichnet).
Ursprünglich hatte das (ICTV) mit der Familie Mimiviridae die Gattung Mimivirus mit nur einer einzigen Spezies (Art), Acanthamoeba polyphaga mimivirus (ApMV oder APMV, heute wissenschaftlich Mimivirus bradfordmassiliense) bestätigt.
Im Laufe der Zeit wurden in der nahen oder näheren phylogenetischen Verwandtschaft dieser Spezies viele weitere Kandidaten großer Viren gefunden, wobei sich im Wesentlichen zunächst drei Linien abzeichneten: Linie A (mit APMV – die heutige Gattung Mimivirus bradfordmassiliense), Linie B (nun Gattung Moumouvirus) und Linie C (nun Gattung Megavirus), später kamen noch die Linie der Tupanviren (nun Gattung Tupanvirus) sowie Cotonvirus hinzu. Diese Linien – zumindest die Linien A, B und C – wurden ursprünglich als Subkladen der sehr weit gefassten Gattung Mimivirus angesehen.
Mit der Reorganisation der Mimivirus-Ordnung Imitervirales im April 2023 hat das ICTV diese Linien in den Rang eigener Gattungen erhoben, in der Gattung Mimivirus wurde dabei nur eine einzige weitere Spezies bestätigt, Mimivirus lagoaense. In der Umgangssprache und in älterer Literatur wird APMV üblicherweise nur als Mimivirus bezeichnet, umgekehrt werden oder wurden nicht nur Mitglieder der oben genannten Linien, sondern auch andere mehr oder weniger nahe Verwandte Stämme der Familie Mimiviridae oder gar Ordnung Imitervirales.
Entdeckung und Forschungsgeschichte Das Mimivirus ApMV wurde 1992 bei Forschungsarbeiten über die Legionärskrankheit (Legionellose) in einem Industriekühlturm in Bradford (England) entdeckt, wobei man feststellte, dass es sich in der Amöbe Acanthamoeba polyphaga repliziert (vermehrt). Im Jahr 2003 wurde es an der Université de la Méditerranée in Marseille von einer Arbeitsgruppe um Didier Raoult identifiziert. Mit einem Durchmesser von 400 nm haben die Viruspartikel (Virionen) von ApMV die Größe von kleinen Bakterien.
Wegen dieser Größe und der äußeren Ähnlichkeit mit kugelförmigen Bakterien (Kokken) sowie der Gram-Färbungseigenschaften hielt man es zunächst für ein grampositives Bakterium und vergab dafür die Gattungsbezeichnung Bradfordcoccus. Nachdem der Irrtum erkannt wurde, benannte man das neu entdeckte Virus in Anspielung auf seine Größe und Färbungseigenschaften Mimicking Virus („täuschendes Virus“). Schließlich wurde daraus die Gattungsbezeichnung Mimivirus, ein Kofferwort mit dem Namensteil mimi als eine Abkürzung für . Im Oktober 2004 wurde dann von Didier Raoult et al. die Struktur seines Erbguts in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht. Mimivirus blieb übrigens nicht das einzige Riesenvirus, bei dem sich ein solcher Irrtum ereignete: Ein weiteres Beispiel ist das „Misannotatedvirus“, das zunächst für ein Rickettsia-Bakterium gehalten wurde, und nun für ein Mitglied einer möglichen Riesenvirusfamilie „Pithoviridae“ gehalten wird. Das gleiche Team, das das ApMV entdeckte, entdeckte später ein etwas größeres Virus, das „Acanthamoeba castellanii mamavirus“ (AcMV) zusammen mit dem Sputnik-Virophagen, der es infiziert. AcMV und ApMV sind so nahe verwandt, dass sie heute nicht nur in dieselbe Gattung Mimivirus, sondern sogar in dieselbe Spezies Mimivirus bradfordmassiliense gestellt werden.
Bis 2013, als ein noch größeres Virus, vorgeschlagen als „Pandoravirus“, beschrieben wurde, wiesen die Viren der Gattung Mimivirus den größten Kapsiddurchmesser aller bekannten Viren auf; inzwischen wird es aber auch von nahen Verwandten Megavirus chilense, Tupanvirus, „Platanovirus“, „Satyrvirus“ (alle Mimiviridae), sowie anderen Riesenviren wie „Pithovirus“ übertroffen.
Wirte Der erste bekannte Mimivirus-Wirt ist die Amöbe Acanthamoeba polyphaga (Gattung Acanthamoeba, Amoebozoa). Bisher konnten labormäßig nur Vertreter dieser Gattung (außer A. polyphaga noch A. castellanii und A. mauritaniensis) als Wirte dieses Virus eingesetzt werden, keine Zellen anderer einzelliger oder mehrzelliger Organismen. Die natürlichen Wirte sind unbekannt (Stand 2015).
Aufbau mini|hochkant=1.5|Schemazeichnung eines Virions der Gattung Mimivirus (Querschnitt und Seitenansicht), mit Fibrillen („Haare“) und Stargate (unten) mini|TEM-Aufnahme, die komplexe innere Struktur eines Mimivirus-Virions zeigend. Die Kapside der Virionen (Viruspartikel) von ApMV erscheinen unter einem Elektronenmikroskop sechseckig, daher ist die Kapsidgeometrie ikosaedrisch.
Bei Mimivirus besteht das Hauptkapsidprotein aus zwei Domänen vom Biskuitrollen-Typ (). Dieses Protein bildet homotrimere Kapsomere als Organisationseinheit der Kapside. Die Kapsomere sind hexagonal in Form von „Gänseblümchen“ gepackt: Sechs Kapsomere umgeben eine Vertiefung zwischen ihnen. Die Virionen (Viruspartikel) von Mimivirus ApMV haben einen Kapsiddurchmesser von 400 nm. Es scheint keine äußere virale Hülle zu geben, was darauf hindeutet, dass das Virus die Wirtszelle nicht durch Exozytose verlässt.
Fibrillen mini| A: Rasterkraftmikroskop-Aufnahme mehrerer Oberflächenfasern, die an einem gemeinsamen zentralen Punkt befestigt sind. B: AFM-Aufnahme von zwei abgelösten Oberflächenfasern eines Mimivirus. C: Cryo-EM-Bild eines Mimivirus nach teilweisem Abbau der Fibrillen mittels Bromelain. D: AFM-Bild von inneren Fasern eines Mimivirus.
Das Kapsid des Wildtyps ApMV ist dagegen mit einer kompakten Schicht von Fibrillen bedeckt (Tegument). Die aus der Oberfläche des Kapsids herausragenden Proteinfilamente (Fibrillen) haben eine Länge von etwa 100 nm (80–125 nm) und bringen damit die Gesamtlänge eines Virions auf 600 nm. Abweichungen in der wissenschaftlichen Literatur lassen die Zahlen als sehr ungenau erscheinen, wenn zum Beispiel die ‚Größe’ des Virions gelegentlich als irgendwo zwischen 400 und 800 nm angegeben wird. Abgesehen von Unterschieden zwischen den einzelnen Virusstämmen in der Spezies Mimivirus bradfordmassiliense ist manchmal die Gesamtgröße mit Filamenten, und manchmal der reine Kapsiddurchmesser angegeben.
Untersuchungen dieser Filamente von Klose et al. (2010) unter Verwendung eines Rasterkraftmikroskops ergeben, dass diese häufig an einer gemeinsamen Tragstruktur befestigt sind. Im Jahr 2009 konnte jedoch noch nicht herausgefunden werden, an welchen Teilen der Kapsidoberfläche diese Träger befestigt sind. Jede Fibrille endet mit einer kleinen kugeligen Kappe aus einem Protein mit unbekannter Funktion. Die Proteinfilamente erwiesen sich als resistent gegen Proteasen, außer sie wurden mit Lysozym behandelt. Die Filamente schienen deshalb mit Peptidoglycan beschichtet zu sein. Das war alles in guter Übereinstimmung mit der Tatsache, dass sich das Mimivirus-Virion durch die Gram-Methode anfärben lässt.
Die Filamente spielen mit ihrer stark glykosylierten Oberfläche offenbar eine wichtige Rolle bei der Annäherung an die Wirtsamöben und der nachfolgenden Infektion. Der Hauptbestandteil der Fasern ist das Protein R135 (neben L725 und L829). Seine Struktur ähnelt Proteinen aus der Familie der Glucose-Methanol-Cholin-Oxidoreduktasen (GMC-Oxidoreduktasen), die eine N-terminale FAD-Bindungsdomäne und eine C-terminale Substraterkennungsdomäne aufweisen. Das R135 am nächsten kommende Homolog ist eine Arylalkohol-Oxidasesiehe auch Vanillylalkohol-Oxidase, die am biologischen Ligninabbau von Pflanzenzellwänden beteiligt ist. Somit könnte R135 an der Perforation der Zellwand ihrer natürlichen Wirte, insbesondere ligninhaltiger Algen, beteiligt sein. Unter Laborbedingungen ist aber keines der drei genannten Proteine für die Infektiosität unbedingt erforderlich.
Stargate
hochkant=1.5|mini| Rekonstruktion der Struktur des Mimivirus-Kapsids auf Basis von Kryo-EM-Daten. Die Farbe kodiert den Abstand von der Mitte des Kapsids: grau – 0–180 nm, rot – 180–210 nm, Regenbogenfarben von rot nach blau – 210–270 nm. Maßstab: 100 nm Bild A zeigt wieder deutlich das ‚Stargate’, Bild B zeigt die relative Länge der Strahlen, Bild E zeigt die Absenkung des Nukleokapsids unter dem Scheitelpunkt des Stargates.
Auffällig ist die fünfeckige, sternförmige Struktur an einer der Ecken des Kapsids, das so genannte ‚Stargate‘ (auch , englisch für „Sternentor“, deutsch auch ‚Sternstruktur‘ oder ‚Seesternstruktur‘ genannt). Blickt man direkt auf diesen Eckpunkt oder Vertex (den Mittelpunkt des Sterns), so scheinen zwischen dessen Strahlen fünf dreieckige Flächen zu liegen. Die Strahlen haben eine Breite von ungefähr 50 nm, eine Dicke von 40 nm und eine Länge von 200 nm; sie erreichen fast die benachbarten Eckpunkte der ikosaedrischen Kapsids. Das Stargate ist selbst nicht von Fibrillen bedeckt. Das Vorhandensein dieser Struktur verändert die Geometrie des Kapsids, die dadurch von der idealen „isometrischen“ Ikosaederform abweicht: Tatsächlich verläuft bei genauer Betrachtung nur eine einzige Achse mit Fünfstrahlsymmetrie durch das Virion, die durch den Mittelpunkt des Sterns (genannt Scheitelpunkt) verläuft.In der Physik ist dieses geometrische Prinzip als Symmetriebrechung (Brechung einer diskreten Symmetrie) bekannt.
Die Symmetrie des Kapsids wird unterschiedlich angegeben mit einer Triangulationszahl T=972–1141 oder T=1200.
Da auf der Oberfläche der Sternstruktur keine hexagonal geordneten Vertiefungen zu beobachten sind, wird vermutet, dass es sich bei dieser um ein Protein handelt, das sich vom Hauptkapsidprotein unterscheidet.
Das Stargate spielt eine besondere Rolle bei der Infektion der Wirtszelle: Während der Infektion öffnet sich der „Verschluss“ am Scheitelpunkt und es erfolgt die Freisetzung des viralen Kerns (mit DNA und vorgefertigten Proteinen) aus dem Kapsid in das Zytosol der Wirtszelle (per Phagocytose). Das ist der Grund, warum die Sternstruktur als „Sternentor“ () bezeichnet wird.
Nukleokapsid Die Gattung Mimivirus hat mehrere morphologische Merkmale mit den Mitgliedern des Phylums Nucleocytoviricota (NCLDV) gemeinsam. Unmittelbar unter dem Kapsid des Mimivirus befinden sich beispielsweise zwei elektronendichte Schichten, die als Membranen gedeutet werden. Unter diesen Membranen befindet sich eine etwa 7 nm dicke Proteinhülle, in der die lineare doppelsträngige DNA (dsDNA) des Virus eingeschlossen ist. Dieser kondensierte Zentralkern des Virions erscheint unter dem Elektronenmikroskop als dunkler Bereich, das sogenannte ‚Nukleokapsid‘. In diesem Bereich befindet sich das große Genom des Virus, daneben auch mRNAs und vorgefertigte Proteine. Da alle anderen NCLDVs eine interne Lipidschicht besitzen, die den zentralen Kern umgibt, vermutet man das auch bei der Gattung Mimivirus. Die Wände des Nukleokapsids liegen etwa 30 nm hinter den Wänden des Kapsids zurück, im Bereich der Sternstruktur (dem Stargate) ist die Oberfläche des Nukleokapsids zusätzlich abgesenkt. Es wird angenommen, dass der Raum zwischen der Spitze der Sternstruktur und dem Nukleokapsid mit hydrolytischen Enzymen gefüllt ist, die für das Eindringen des Virus in die Wirtszelle erforderlich sind. Zwischen dem Kapsid und dem Nukleokapsid wurden interne Proteinstränge entdeckt, die anscheinend die gegenseitige räumliche Positionierung der beiden Teile zueinander stabilisieren.
Genom Der Referenzstamm Mimivirus bradfordmassiliense ApMV hat damit im Vergleich zu den meisten anderen Viren ein großes und komplexes Genom, das aus einem einzelnen linearen DNA-Doppelstrang (dsDNA) besteht. Die Genomlänge des APMV Wildtyps (Ausgangsvariante Mimivirus M1) wurde von Didier Raoult et al. (2004) mit 1.181.404 bp angegeben, dieser Wert wurde durch Disa Bäckström et al. (2019) leicht korrigiert auf 1.181.594 bp. Das entspricht etwa 800 nm. Die aus diesem Wildtyp gezüchtete fiberlose Variante Acanthamoeba polyphaga mimivirus M4 hat nur 0,993 Mbp, dazwischen liegen M2 mit 1.10 Mbp und M3 mit 1,10 Mbp. Der GC-Gehalt von ApMV liegt bei 28 %.