Neue Waffen gegen neue Viren

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VIZIER
Wenn ein neues Virus auftritt, dauert es meist lange, bis die notwendigen Medikamente vorliegen, die seine Ausbreitung stoppen können. Jetzt stellt das Projekt VIZIER (Comparative structural genomics of viral enzymes involved in replication) sicher, dass Wissenschaftler in Zukunft schnell reagieren und innerhalb von wenigen Wochen bereits neue Medikamente gegen eine wichtige Klasse von Viren entwickeln können.

Das Projekt hat bereits bedeutende Durchbrüche erzielt. Neue, von Zecken und Nagetieren übertragene Viren wurden identifiziert und Pharmaunternehmen, die Medikamente gegen das Dengue-Fieber und das RS-Virus entwickeln, haben die im Rahmen von VIZIER gewonnenen Erkenntnisse bereits aufgegriffen.

VIZIER ist mit 23 Partnern aus neun EU-Mitgliedstaaten und Russland das bisher weltweit größte Projekt auf dem Gebiet der strukturellen Genomik. Zu dem Team gehören Wissenschaftler aus Virologie, Proteinforschung, Biochemie, Kristallografie und Medikamentenentwicklung.

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Der Gefahr entgegentreten

Da in Europa kaum tödliche Viren auftreten, wiegen sich viele Menschen hinsichtlich der Gefahren für unsere Gesundheit in falscher Sicherheit. Als in den letzten Jahren dann jedoch überall auf der Welt die Vogelgrippe und das Schwere Akute Atemwegssyndrom SARS (Severe Acute Respiratory Syndrome) ausbrachen, wurde offensichtlich, dass Europa nicht immun gegen die Bedrohung durch neue und tödliche Viren ist. In der Zwischenzeit sterben auch weiterhin in weniger entwickelten Teilen der Welt noch Millionen Menschen durch bekannte Viren.

Das VIZIER-Projekt konzentriert seine Arbeiten auf RNA-Viren. Diese werden wegen der Ribonukleinsäure in ihrem genetischen Material so genannt. Mehr als 350 RNA-Viren, die auf den Menschen übertragbar sind, wurden identifiziert. Hierzu gehören auch die Erreger von Magen- Darm-Entzündungen, Masern, Influenza, Gelbfieber und Hepatitis C. Zusammengenommen sind sie jährlich für Millionen von Todesfällen verantwortlich. Dennoch wissen wir relativ wenig über ihren genetischen Aufbau und ihre Strukturen.

VIZIER will mehr als 300 dieser Viren umfassend untersuchen, um neue Zielmoleküle für die rationale Medikamentenentwicklung zu identifizieren. Die Forschungsarbeiten des Teams unterteilen sich in fünf Phasen: Sammeln der Viren, Sequenzierung der Viren, Proteinproduktion, Kristallbildung und die ersten Schritte der Medikamentenentwicklung.

Schritt für Schritt zum Verständnis von Viren

Die Forschung beginnt mit dem Sammeln von Viren auf der ganzen Welt. Bei Projektstart lagerten bereits viele dieser Viren in einigen Labors der Projektpartner. Andere wiederum mussten erst gesammelt werden. Auf diese Weise konnte das Projekt Datenbanken erstellen, auf die dieWissenschaftler dann bei zukünftigen Viruswellen zugreifen können.

Daraufhin werden bei den gesammelten Viren die Genome sequenziert. So können die Wissenschaftler erkennen, wie der Replikationsprozess der einzelnen Viren abläuft, und ein dreidimensionales Modell des vom Virus produzierten Proteins erstellen.

Proteine mit Bakterien züchten

In der nächsten Projektphase werden die an der Virusreplikation beteiligten Proteine untersucht. Das Gen für das Proteins wird in ein Bakterium injiziert, das dann als Produktionsstätte für das Protein dient. Bei einigen Proteinen funktioniert diese Methode, andere wiederum müssen in einer Zelle herangezogen werden, die stärker derjenigen ähnelt, in der sie sonst auch leben. Für diesen Teil von VIZIER werden Hightech-Labors in Frankreich und Großbritannien genutzt.

Bei der nächsten Phase, der Kristallbildung, konnte VIZIER viele Fortschritte erzielen. Der Erfolg des Projekts hing nämlich von der Kristallisierung der Proteine ab, da Kristalle für die Ermittlung der molekularen Form des Proteins, über das sich das Virus ausbreitet, und damit auch für die Entwicklung von Medikamenten wichtig sind. Laut Projektkoordinator Bruno Canard von der Université de la Méditerranée in Frankreich übertrafen die Ergebnisse auf diesem Gebiet alle Erwartungen. Mehr als 70 neue Kristallstrukturen von Originalviren der RNA-Virusfamilie wurden bereits geschaffen.

VIZIER beseitigt Hindernisse bei der Kristallbildung

Frühere Projekte waren bei der Kristallisierung immer nur teilweise erfolgreich. Bruno Canard ist aber überzeugt, dass VIZIER aufgrund der multidisziplinären Zusammenarbeit im Projekt und der hervorragenden Kommunikation zwischen den Partnern dort erfolgreich sein wird, wo andere gescheitert sind.

Darüber hinaus haben sich die vom Projekt verwendeten Hochleistungsmethoden ebenfalls als bahnbrechend erwiesen. Die Bildung von Kristallen ist für diese Art der Forschung oftmals ein Hemmnis. Bei dem bisher angewandten langwierigen Verfahren arbeitete ein Wissenschaftler immer nur an einem Protein. Daher konnten Entdeckungen Jahre dauern. Bei den Hochleistungsmethoden von VIZIER kamen Roboter zum Einsatz. Deshalb konnten auch derart viele Kristalle geschaffen werden.

Nachdem sich die Kristalle gebildet haben, werden sie in ein Synchrotron eingeleitet. Im Synchrotronring bewegen sich Elektronen nahezu mit Lichtgeschwindigkeit. Sie erzeugen eine äußerst starke Röntgenstrahlenquelle, mit der die molekulare Struktur von Proteinen beleuchtet werden kann. Die Kenntnis dieser molekularen Struktur ermöglicht den Wissenschaftlern die Entwicklung von Verbindungen, die die Virenreplikation stoppen.

Auf zukünftige Epidemien vorbereitet sein

Wenn man weiß, dass ein Virus einem anderen strukturmäßig ähnelt, liefert das Anhaltspunkte darüber, welche Verbindungen wirksam sein könnten. Als im Jahr 2002 SARS auftrat, konnte aufgrund vorheriger Forschungsarbeiten an Viren innerhalb von einigen Wochen, nachdem das Virus identifiziert worden war, bereits ein potenzielles Medikament entwickelt werden. Der Epidemie fielen 774 Menschen zum Opfer, diese Zahl hätte jedoch dramatisch höher ausfallen können. Das VIZIERProjekt wurde nach dieser Krise eingerichtet und soll sicherstellen, dass die Reaktionszeiten ähnlich kurz sind, falls ein neues Virus auftritt. Alle Ergebnisse werden in Datenbanken gespeichert, sodass sie von den Wissenschaftlern jederzeit abgerufen werden können.

Wir wissen nicht, woher das nächste tödliche Virus kommen und wann es zuschlagen wird, aber dank Projekten wie VIZIER werden wir besser gewappnet sein, um zu reagieren, noch bevor sich eine richtige Epidemie entwickelt hat.