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24.03.2020
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Coronavirus-Proteine kommen in den Röntgenblick

Screening könnte Fahndung nach einem Wirkstoff extrem beschleunigen

Lässt sich das neue Coronavirus mit Medikamenten stoppen? Bislang gibt es kein Mittel zur Behandlung der Infektion. Weltweit suchen Forschungsgruppen intensiv nach Ansatzpunkten für einen Wirkstoff gegen SARS-CoV-2, wie das Virus von der Weltgesundheitsorganisation WHO getauft wurde. Jetzt beginnt bei DESY eine Versuchsreihe, die drei Schlüsselproteine des Erregers unter die Lupe nimmt. Hat die Untersuchung Erfolg, könnte sie die Suche nach einem Medikament erheblich verkürzen.

Visualisierung eines Coronavirus. Bild: wildpixel/iStock Linkhttps://www.istockphoto.com/de/foto/coronavirus-virus-ausbruch-gm1206774789-348165239
Die Studie untersucht mehrere tausend bereits existierende Wirkstoffe darauf, ob sie auch gegen das neue Coronavirus helfen. „Wir haben gerade das erste Plasmid bekommen, um ein erstes Protein herzustellen, das für den Reproduktionsprozess des Virus eine Rolle spielt“, berichtet DESY-Forscher Alke Meents. „Damit werden wir versuchen, Wirkstoffe zu finden, die an dieses Protein binden.“ Die entsprechenden Röntgenmessungen, für die DESY seine Forschungslichtquelle PETRA III wieder hochfährt, sollen bereits in wenigen Tagen beginnen.

Viren können sich allein nicht vermehren. Sie kapern dazu Zellen ihres Wirts, schleusen ihr eigenes Erbgut in die Zellen ein und bringen sie so dazu, neue Viren herzustellen. Bei allen diesen Schritten spielen Proteine eine wichtige Rolle. Gelingt es, ein entscheidendes Protein zu blockieren, lässt sich der Zyklus unter Umständen unterbrechen, das Virus kann sich nicht mehr vermehren, und die Infektion ist damit besiegt.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von DESY, den Universitäten Hamburg und Lübeck sowie vom Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie (IME) verfolgen bei ihrer Suche nach einem solchen Mittel den Ansatz der Strukturbiologie: Mit dem hellen Röntgenlicht von DESYs Forschungslichtquelle PETRA III lässt sich die dreidimensionale räumliche Struktur von Proteinen auf 0,1 Nanometer genau darstellen. „Das ist ein zehnmillionstel Millimeter. So eine Auflösung ermöglicht es, die einzelnen Atome des Moleküls zu sehen“, sagt Meents.

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Die Messstation P11 für Biomoleküle an DESYs Röntgenlichtquelle PETRA III. Bild: DESY, Heiner Müller-Elsner
Das Team untersucht dabei rund 3700 Wirkstoffe aus dem sogenannten Screening Port des IME daraufhin, ob sie an eines der drei Proteine binden. „Wenn wir einen Stoff finden, der besonders gut bindet, werden Forscher an der Universität Lübeck im Labor untersuchen, ob er auch die Protein-Aktivität hemmt“, berichtet Meents. In einem dritten Schritt plant das Hamburger Bernhard-Nocht-Institut für Tropenmedizin, in Zellkulturen zu testen, ob der Stoff die Virusvermehrung hemmt oder gar verhindert.

„In der Datenbank des Screening Ports befinden sich 3700 bereits für die Behandlung von Menschen zugelassene Wirkstoffe oder solche, die sich zur Zeit in verschiedenen Erprobungsphasen befinden“, erläutert Meents. „Sollten wir darunter auf einen geeigneten Kandidaten zur Bekämpfung von SARS-CoV-2 stoßen, könnten diese erheblich schneller in klinischen Studien eingesetzt werden. Das könnte Monate oder Jahre der Wirkstoffentwicklung sparen.“

Wann und ob diese Suche von Erfolg gekrönt sein wird, lässt sich bei derartigen Studien nicht vorhersagen. „Normalerweise ist so ein Projekt auf etwa zwei Jahre angelegt“, berichtet Meents. „Wenn man das mit Nachdruck betreibt, geht es natürlich schneller. Und wenn wir schon am Anfang einen 'lucky shot' haben sollten, könnten wir bereits nach einigen Wochen einen ersten möglichen Wirkstoffkandidaten haben, der dann in Zellkulturen und später in Tiermodellen getestet werden kann. Unsere Experimente stehen ganz am Anfang der Wirkstoffentwicklung, und es ist meistens ein langer Prozess bis zur Entwicklung eines fertigen Medikaments.“

 

Strukturanalyse von Biomolekülen mit Röntgenlicht: Schnelle Elektronen (blau) aus einem Teilchenbeschleuniger werden in einem sogenannten Undulator (links) mit starken Magneten (grün und violett) auf einen rasanten Slalomkurs geschickt. Dadurch senden die Teilchen energiereiches Röntgenlicht (orange) aus, das über eine Röntgenoptik auf einen Kristall (Mitte) aus Biomolekülen gelenkt wird. Der Kristall lenkt das Röntgenlicht ab und erzeugt so ein charakteristisches Streubild auf dem Detektor (rechts). Aus diesem Streubild lässt sich die Struktur der untersuchten Biomoleküle atomgenau errechnen (ganz rechts).
Illustration: DESY, Cyprian Lothringer; Download [3508x1414px]