Intensive Forschung zu SARS-CoV-2

Seit Anfang des Jahres 2020 hält das neuartige Coronavirus SARS-CoV-2 die Welt in Atem. Neuinfektionen und Todesfälle steigen global und der Menschheit steht die voraussichtlich schlimmste Wirtschaftskrise seit 1970 bevor.

In dieser Situation kann aus Würzburg ein wichtiger Beitrag zur Lösung des Problems kommen: Bereits im Januar begannen Forschungsteams um den RNA-Experten und Infektionsbiologen Professor Jörg Vogel mit Arbeiten zu dem neuen Coronavirus. Dessen Erbgut besteht komplett aus RNA.

Jörg Vogel ist Direktor des Instituts für Molekulare Infektionsbiologie (IMIB) der Universität Würzburg und des hiesigen Helmholtz-Instituts für RNA-basierte Infektionsforschung (HIRI), einer Niederlassung des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI) in Braunschweig. Vogel und sein Team konzentrieren sich auf zwei wesentliche Forschungsbereiche, da es zurzeit weder eine Schutzimpfung noch zugelassene Therapeutika gegen das neue Virus gibt.

Suche nach Therapeutika gegen SARS-CoV-2

Die Würzburger Forschungsgruppen möchten das Virus zum einen auf molekularer Ebene verstehen, um neue Angriffspunkte für Therapeutika zu identifizieren. Die Arbeitsgruppe von Dr. Emmanuel Saliba beispielsweise setzt auf Einzelzell-RNA-Sequenzierungen. Damit will sie Einblicke in die Abwehrreaktionen des Wirts bei Infektionen erhalten und den Einfluss dieser Reaktionen auf den Krankheitsverlauf untersuchen.

SARS-CoV-2 befällt zunächst Zellen der oberen Atemwege. Es ist daher sehr wichtig, den Eintritt des Virus in die Wirtszelle und die folgende „feindliche Übernahme“ der Zelle zu verstehen. Saliba verwendet eine kürzlich in Würzburg entwickelte RNA-Sequenzierungstechnologie, um den zeitlichen Verlauf der Infektion einzelner Zellen darzustellen. Das ermöglicht eine Identifikation kritischer Zeitpunkte nach dem Eintritt des Virus. Auch können so regulatorische Netzwerke aufgedeckt und zusätzliche Angriffspunkte für neue Therapeutika gefunden werden.

Eine weitere Forscherin des HIRI, Juniorprofessorin Neva Caliskan, arbeitet an der Identifizierung und Charakterisierung sogenannter Recoding-Mechanismen in RNA-Viren und deren regulatorischen Eigenschaften bei Infektionen.

Im Normalfall enthält eine Boten-RNA den Bauplan für ein Protein. Einige Viren, darunter auch Coronaviren, haben aber Wege gefunden, ihre begrenzte genomische Speicherkapazität zu vergrößern. So nutzen sie oft eine einzige Boten-RNA für die Produktion mehrerer Proteine. Dieser Mechanismus ist von essentieller Bedeutung für das Virus, denn ohne ihn können in der Wirtszelle keine neuen Viren hergestellt werden. Sobald besser bekannt ist, wie SARS-CoV-2 Proteine herstellt, können möglicherweise auf dieser Basis neuartige Medikamente gegen das Virus entwickelt werden.

Zwei Arbeitsgruppen um die Helmholtz-Nachwuchsforscher Juniorprofessor Redmond Smyth und Dr. Mathias Munschauer möchten herausfinden, welche Faktoren zur Vermehrung des Virus führen.

In einem ganzheitlichen Ansatz identifizieren sie die Interaktionspartner der viralen RNA auf Seite des Wirtes. Auf diesem Weg lässt sich bestimmen, welche Wirtsfaktoren essentiell für die Vermehrung des Virus sind. Gleichzeitig lassen sich so potentielle Zielmoleküle für neue antivirale Therapien finden.

Impfstoffe auf Basis von RNA

Ein besonderes Interesse gilt RNA-Impfstoffen. Bei konventionellen Impfstoffen wird das menschliche Immunsystem mit abgetöteten Viren oder viralen Bruchstücken konfrontiert, also jeweils mit externen Antigenen. RNA-Impfstoffe dagegen liefern den Bauplan des Virus, so dass der Organismus selbst die passenden Antigene herstellen und dem Immunsystem präsentieren kann.

Es ist einfach, im Labor die RNA-Sequenz und damit den Viren-Bauplan zu verändern. Dadurch wird es möglich, in kurzer Zeit verschiedene Impfstoffe zu produzieren. „Solch eine Plattformtechnologie ist von unschlagbarem Vorteil, sollte das Virus mutieren“, sagt Professor Vogel.

Zudem lassen sich RNA-Impfstoffe vergleichsweise günstig und schnell in großer Menge produzieren. Sie müssen nicht gekühlt werden, sind stabil und somit einfach zu transportieren.

Die Würzburger Teams sind Experten für RNA-basierte Infektionsforschung. Sie werden ihr Knowhow einsetzen, um die Impfstoffentwicklung weiter zu beschleunigen. Im ersten Schritt werden über Hochdurchsatzverfahren geeignete Zielstrukturen des Virus identifiziert. Aus diesen Strukturen sollen dann passgenaue RNA-Sequenzen für präklinisch entwicklungsfähige Impfstoffe abgeleitet werden.

Kooperation ist von entscheidender Bedeutung

Über die Bündelung der Würzburger Expertise erhofft sich Jörg Vogel, dem Virus schneller Herr zu werden: „Die Zusammenarbeit der Wissenschaft auf lokaler, nationaler und internationaler Ebene ist von entscheidender Bedeutung. Wir in Würzburg und unsere Kolleginnen und Kollegen überall auf der Welt untersuchen das Virus mit sämtlichen uns zur Verfügung stehenden Techniken, um es auf molekularer Ebene zu verstehen. Auf diese Weise möchten wir möglichst bald in Reichweite von Impfstoffen und Therapeutika kommen.“