Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kein Schlupfloch für das HI-Virus

27.04.2007
Mit Bioinformatik tragen Max-Planck-Wissenschaftler dazu bei, das HI-Virus in Schach zu halten

Das Prinzip von Schlüssel und Schloss ist in der Natur weit verbreitet: Zellen nutzen es beispielsweise, um verschiedenste Substanzen zu transportieren oder um Erbinformationen korrekt zu kopieren. Aber auch lebensbedrohliche Viren wie das HI-Virus verschaffen sich über die molekularen Schließmechanismen Zugang zu den Wirtszellen. Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Informatik in Saarbrücken tragen zusammen mit Wissenschaftlern des British Columbia Centre for Excellence in HIV/AIDS im kanadischen Vancouver nun dazu bei, das zu verhindern: Sie können für jede Virus-Variante Details des Schließsystems herausfinden. Dazu entwickelten sie eine bioinformatische Methode, die den Schlüssel des HI-Virus zur Wirtszelle räumlich darstellt und ihn physikalisch und chemisch charakterisiert. Diese Methode, Strukturdeskriptor genannt, macht es leichter vorherzusagen, wie neuartige HIV-Medikamente bei einem bestimmten Patienten wirken und ob sie gesundheitliche Risiken für den Patienten bergen. Darüber hinaus kann der Strukturdeskriptor helfen, die Mechanismen der Infektion und des Krankheitsverlaufs besser zu verstehen (PLoS Computational Biology, März 2007).


Schematische Darstellung des Proteins gp120, mit dem sich das HI-Virus Zugang zur Wirtszelle verschafft. Bild: Max-Planck-Institut für Informatik

HIV-Medikamente zielen in der Regel auf wichtige Prozesse im Vermehrungszyklus des Virus ab: gängige Wirkstoffe hindern das Virus beispielsweise daran, sein Genom von der RNA-Form nach DNA zurückzuübersetzen, so dass dieses nicht in das Erbgut der Wirtszelle eingebaut werden kann. In naher Zukunft kommt ein neuer Medikamenten-Typus auf den Markt, die sogenannten Korezeptor-Inhibitoren. Diese verwehren den HI-Viren den Zutritt zu den Zellen, indem sie ein bestimmtes Türschloss auf deren Oberfläche blockieren. Wie sie wirken, hängt davon ab, welchen molekularen Schlüssel die Viren besitzen. Das herauszufinden, ist mit dem von den Max-Planck-Wissenschaftlern entwickelten Strukturdeskriptor vergleichsweise einfach und zuverlässig möglich.

Die Forscher charakterisieren mit ihrer Methode die V3-Loop, die schleifenförmige Spitze des viralen Oberflächenproteins gp120 - des molekularen Schlüssels auf der Virusoberfläche. Je nachdem, wie die V3-Loop geformt ist, kann er an einen der beiden Korezeptoren an der Wand der Wirtszelle, CCR5 oder CXCR4, binden. Dabei müssen die Strukturen von V3-Loop und Korezeptor räumlich und chemisch so präzise ineinander greifen wie ein Schlüssel und das zugehörige Schloss. "Momentan werden mehrere Korezeptor-Inhibitoren in klinischen Studien getestet, das erste derartige Medikament kommt voraussichtlich noch dieses Jahr auf den Markt", erklärt Oliver Sander vom Max-Planck-Institut für Informatik. Bestechend an dem Konzept der neuen Medikamente ist, dass es an einem Punkt angreift, der nicht vom Virus, sondern von der Wirtszelle abhängt. Einem Korezeptor-Inhibitor können die schnellen Mutationen des Virus daher keinen Strich durch die Rechnung machen.

Bevor der richtige Korezeptor-Inhibitor allerdings dem Patienten verabreicht werden kann, muss bekannt sein, welche der beiden Andockstellen CCR5 oder CXCR4 das Virus gerade verwendet. "Dazu musste man bisher in einer Blutprobe des Patienten untersuchen, an welchen Korezeptor seine Viren tatsächlich andocken. Das dauert viele Tage bis Wochen und kostet sehr viel Geld", erläutert Sander. "Viel schneller geht es, aus der Blutprobe nur die DNA-Sequenz des Virus zu ermitteln und daraus computergestützt die Struktur des V3-Loops zu errechnen." Mit der am Max-Planck-Institut für Informatik entwickelten bioinformatischen Methode rückt das in greifbare Nähe: "Die Methode funktioniert in zwei Stufen", erklärt Sander, "zunächst einmal verknüpft man in einer Datenbank konkrete virale Varianten mit der dazugehörigen Information über den Korezeptor und die Struktur des V3-Loop." Diese Datensätze sind im Internet bereits als "geno2pheno[coreceptor]" abrufbar. Sie erlauben aber nur eine grobe Schätzung, wenn eine bestimmte DNA-Sequenz in der Datenbank noch nicht erfasst ist. Daher kommt in der zweiten Stufe ein statistisches Lernverfahren dazu, welches mit Hilfe des Strukturdeskriptors vorhersagt, welcher Rezeptor verwendet wird. "Neu daran ist, dass mit dem Strukturdeskriptor erstmalig dreidimensionale Informationen zur Bestimmung des Korezeptors hinzugezogen werden. Unsere Ergebnisse zeigen, dass das die Vorhersagen sehr viel genauer macht", sagt Sander.

Für eine Therapie mit Korezeptor-Inhibitoren reicht es allerdings nicht aus, nur einmal festzustellen, welche Andockstelle das Virus verwendet. Meist geschieht der Eintritt in die Wirtszelle zu Beginn der Infektion am Korezeptor CCR5, im späteren Krankheitsverlauf wechselt das Virus auf den Korezeptor CXCR4. Welcher der beiden Korezeptoren verwendet wird, muss deshalb auch im Verlauf der Therapie immer wieder kontrolliert werden.

Anhand des Strukturdeskriptors und der Datensätze können Virologen nun erforschen, warum welche Virusvariante gerade einen bestimmten Korezeptor verwendet. Möglicherweise markiert der Wechsel des Korezeptors einen kritischen Punkt im Verlauf der Krankheit. "Deswegen ist es wichtig, ständig zu überwachen, welcher Korezeptor gerade verwendet wird. Im schlimmsten Fall könnte es sein, dass man die Infektion durch die Blockade des falschen Korezeptors sogar vorantreibt." In Zukunft könnte Sanders Strukturdeskriptor dabei helfen, diese und ähnliche Fragen zu klären.

Originalveröffentlichung:

Oliver Sander, Tobias Sing, Ingolf Sommer, Andrew J. Low, Peter K. Cheung, P. Richard Harrigan, Thomas Lengauer und Francisco S. Domingues

Structural Descriptors of gp120 V3 Loop for the Prediction of HIV-1 Coreceptor Usage; PLoS Computational Biology, März 2007

Dr. Bernd Wirsing | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Mainzer Physiker gewinnen neue Erkenntnisse über Nanosysteme mit kugelförmigen Einschränkungen
27.06.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Glykane als Biomarker für Krebs?
27.06.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen

Für eine elegante und ökonomische Fortbewegung im Wasser geben Delfine den Wissenschaftlern ein exzellentes Vorbild. Die flinken Säuger erzielen erstaunliche Schwimmleistungen, deren Ursachen einerseits in der Körperform und andererseits in den elastischen Eigenschaften ihrer Haut zu finden sind. Letzteres Phänomen ist bereits seit Mitte des vorigen Jahrhunderts bekannt, konnte aber bislang nicht erfolgreich auf technische Anwendungen übertragen werden. Experten des Fraunhofer IFAM und der HSVA GmbH haben nun gemeinsam mit zwei weiteren Forschungspartnern eine Oberflächenbeschichtung entwickelt, die ähnlich wie die Delfinhaut den Strömungswiderstand im Wasser messbar verringert.

Delfine haben eine glatte Haut mit einer darunter liegenden dicken, nachgiebigen Speckschicht. Diese speziellen Hauteigenschaften führen zu einer signifikanten...

Im Focus: Kaltes Wasser: Und es bewegt sich doch!

Bei minus 150 Grad Celsius flüssiges Wasser beobachten, das beherrschen Chemiker der Universität Innsbruck. Nun haben sie gemeinsam mit Forschern in Schweden und Deutschland experimentell nachgewiesen, dass zwei unterschiedliche Formen von Wasser existieren, die sich in Struktur und Dichte stark unterscheiden.

Die Wissenschaft sucht seit langem nach dem Grund, warum ausgerechnet Wasser das Molekül des Lebens ist. Mit ausgefeilten Techniken gelingt es Forschern am...

Im Focus: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Internationale Fachkonferenz IEEE ICDCM - Lokale Gleichstromnetze bereichern die Energieversorgung

27.06.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zu aktuellen Fragen der Stammzellforschung

27.06.2017 | Veranstaltungen

Fraunhofer FKIE ist Gastgeber für internationale Experten Digitaler Mensch-Modelle

27.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Mainzer Physiker gewinnen neue Erkenntnisse über Nanosysteme mit kugelförmigen Einschränkungen

27.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wave Trophy 2017: Doppelsieg für die beiden Teams von Phoenix Contact

27.06.2017 | Unternehmensmeldung

Warnsystem KATWARN startet international vernetzten Betrieb

27.06.2017 | Informationstechnologie