Medikamente frühzeitig auf ihre Wirksamkeit testen
Forscher filmen den Angriff von Viren

Bei nicht allen Viren war bislang bekannt, wie sie sich ihren Weg in die Zelle bahnen. Jetzt haben Münchener Forscher den Angriff von Krankheitserregern gefilmt - und erlebten mehrere Überraschungen. Die neue Untersuchungsmethode könnte Pharmaforschern helfen, wirksamere Medikamente zu entwickeln und zu testen.

HB MÜNCHEN. Eigentlich kann die Menschheit aufatmen. Selbst wenn eine Armada von Grippe- oder anderen Viren über jemanden herfällt, gelangt nur ein Bruchteil der Angreifer in das Innere der Zelle. Dort arbeitet diese winzige Elitetruppe jedoch umso effektiver: Die Hälfte aller eingedrungenen Viren erreicht ihr Ziel, den Zellkern, und beginnt, dort ihr eigenes Erbgut zu bilden.

Wie der Virenangriff genau funktioniert, darüber berichten Prof. Christoph Bräuchle und sein Team von der Münchener Ludwig-Maximilians-Universität in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Science. Für ihre Untersuchungsmethode, die inzwischen patentiert ist, nutzten die Forscher ein hoch empfindliches selbst entwickeltes Fluoreszenz-Mikroskopie-System und markierten einzelne Viren mit einem Farbstoffmolekül. Dadurch leuchteten die Viren während ihrer Attacke auf die Zelle, so dass die Forscher das Verhalten der Krankheitserreger in allen Stadien der Infektion aufnehmen und genau studieren konnten.

"Bei früheren Untersuchungen hat man etwa eine Million Viren pro Zelle genommen", erklärt Bräuchle, "da haben wir zwar eine ganze Wolke von Viren gesehen, aber nie das, was ein einzelnes Virus macht." Zunächst scheint es so, als ob die Viren an einer Zelle anklopfen, um sich Einlass zu verschaffen. Während sie auf die Zelle zusteuern, bewegen sie sich langsamer und prallen dann mehrmals an der Zelloberfläche ab, ohne dass sie in das Innere der Zelle gelangen.

In der Zelle angekommen, dauert es keine Viertelstunde, bis Viren den Zellkern erreichen

Was diese kurzzeitigen Berührungen bedeuten, ist bislang nur Spekulation. Möglicherweise stellen sie Bindungs- oder Freigabevorgänge an den Rezeptoren dar. In den Untersuchungen der Münchener Wissenschaftler endeten nur 13 % dieser Einlassversuche erfolgreich: Das Virus dockt an einen Rezeptor der Zelloberfläche an und wird von ihr umschlossen. Dann bildet die Zelle ein Bläschen mit dem Virus und nimmt es innerhalb von Sekundenbruchteilen in ihr Inneres auf.

Einmal im Innenleben der Zelle angekommen, dauert es keine Viertelstunde, bis die ersten Viren über Diffusionsvorgänge den Zellkern erreichen, wo sie ihre DNA in das zelleigene Erbgut einbauen, sich vermehren und ihre krankmachende Wirkung entfalten. "Diese Infektionszeit ist wesentlich schneller als bisher angenommen", resümiert Bräuchle, "bislang war man von etwa zwei Stunden ausgegangen."

Damit die Viren innerhalb der Zelle so rasant auf den Zellkern zusteuern können, gibt es in dessen Nähe vorgebahnte Wege, eine Art Pipelines, auf denen bestimmte Motorproteine - Kinesin und Dynein - den Transport der gefährlichen Ladung übernehmen. "Wir haben erstmals beobachtet, dass die Viren im Zellkernbereich nicht frei diffundieren, sondern sich gerichtet auf ihn zu bewegen", erklärt der Münchener Forscher.

Durch diese Methode könnten Medikamente gezielter entwickelt werden

Das scheint durch bestimmte Kanäle in der Umgebung des Zellkerns möglich zu sein, die wie eine Schiene vom Zytoplasma in den Kern hineinreichen. Auf dieser Schiene bewegen sich die Motorproteine mit den Viren huckepack in den Zellkern. Unterschiedliche Viren benutzen diesen Weg sogar mehrfach hintereinander.

"Es gibt eine Vielzahl von Infektionen, bei denen wir heute noch nicht wissen, wie diese im Detail ablaufen", sagt Prof. Thomas Mertens, Virologe am Institut für Mikrobiologie der Universität Ulm. Wenn es mit der neuen Methode gelänge, den Angriff der Viren besser zu verstehen, könnten auch gezielter Medikamente entwickelt werden.

Das ist auch die Hoffnung der Münchener Forscher. "Mit unserer Technik haben wir erstmals eine Möglichkeit zur schnellen Entwicklung von Substanzen gefunden", unterstreicht Christoph Bräuchle. Gemeinsam mit seinen Kollegen hat er die Virus Group-Tracing gegründet. Das Startup-Unternehmen entwickelt das Visualisierungsverfahren für Industriekunden weiter. So könnten Pharmahersteller in Zukunft in Echtzeit beobachten, an welcher Stelle der Virusbahn ein Medikament angreift und welches Mittel das einzelne Virus am wirksamsten blockiert. Bräuchle: "Während die Wirksamkeit von Medikamenten gegen Viren bislang nur durch molekularbiologische und biochemische Tests nachgewiesen werden konnte, sieht man dann schon in der Filmaufnahme, welchen Effekt eine Substanz hat."

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