Virusinfektion – Molekulare Details werden sichtbar

Wie erkennen Viren ihre Wirtszelle? Auf welchen Wegen gelangen Viren in die Zelle und welche molekularen Werkzeuge benutzen sie, um ihr Erbgut in die Wirtszelle einzuschleusen? Zwei Forschergruppen von HU und FU haben gemeinsam einen neuen Weg eingeschlagen, um die molekularen Details der Virusinfektion zu verstehen.

Zahlreiche der uns bekannten Viren wie Grippevirus, HIVirus, SARS-Virus oder Ebolavirus, sind mit einer stabilen Membranhülle umgeben. Diese Hülle umschließt und schützt das virale Genom (Erbgut), das die Information für die nächste Virusgeneration enthält. Da sich Viren allerdings nicht aus eigener Kraft vermehren können, müssen sie parasitieren: sie benutzen die ’Reproduktionsmaschinerie’ von Zellen höherer Organismen. Dazu müssen sie ihr Genom in das Innere einer Wirtszellen einschleusen. Dabei sind zwei ’Mauern’ zu überwinden: zum einen die der Membran, die die attackierte Wirtszelle nach außen begrenzt, zum anderen die der eigenen viralen Hüllmembran. Die Viren benutzen dazu winzige, nur etwa ein Zehntausendstel mm lange Eiweißmoleküle („Spikes“), die wie die Widerhaken einer Klette zu Tausenden aus ihrer Membranoberfläche ragen. Diese Spikes ’kletten’ das Virus nicht nur an der Wirtszelle fest, sie enthalten gleichzeitig auch das molekulare Werkzeug, die Membranen zu durchdringen. Auf ein Signal der Wirtszelle hin, das eigentlich der Abwehr des Angreifers dienen soll, aktivieren sich die Spikes und brechen die Membranen auf: virale Hüllmembran und Wirtszellmembran verschmelzen miteinander und das virale Genom tritt vom Virus in die Zelle über – die Wirtszelle ist infiziert.
Die molekularen Details dieses Vorganges, der, wie man inzwischen weiß, untrennbar mit einer Strukturänderung der Spikes verbunden ist, sind allerdings noch nicht verstanden. Das liegt daran, dass es bisher in nur sehr wenigen Fällen überhaupt gelungen ist, die räumliche Struktur der Spikes aufzuklären. Noch ungleich schwieriger ist es aber, die Strukturveränderungen während und nach der Aktivierung der Spikes zu erkennen. Aber gerade deren Kenntnis birgt ein großes Potential für die Entwicklung antiviraler Substanzen. Zwei Arbeitsgruppen von FU (Forschungszentrum für Elektronenmikroskopie) und HU (Molekulare Biophysik am Institut für Biologie) ist es nun in jüngster Zeit gelungen, die dreidimensionale Struktur viraler Spikes und ihre bei der Infektion ablaufenden molekularen Veränderungen mit Hilfe elektronenmikroskopischer Techniken sichtbar zu machen. Es ist faszinierend, wie aus relative verrauschten Bildern molekulare Details erkennbar werden. Auch wenn die räumliche Auflösung in Zukunft noch verbessert werden kann, werden bereits jetzt Einblicke in die Dynamik der Infektion einer Zelle durch Viren auf molekularem Niveau möglich.

Weitere Informationen: Dr. Christoph Böttcher und Dr. Kai Ludwig, Forschungszentrum für Elektronenmikroskopie, Freie Universität Berlin, Fabeckstr. 36a, 14195 Berlin; E-mail: bottcher@chemie.fu-berlin.de; Tel: 83854934
Prof. Dr. Andreas Herrmann, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I, Institut für Biologie/Biophysik, Humboldt-Universität zu Berlin, Invalidenstr. 42, 10115 Berlin; E-mail: andreas.herrmann@rz.hu-berlin.de; Tel: 20938860

Im August-Heft des international renommierten wissenschaftlichen Journals ’EMBO Journal’ (August 1, 2003; 22 (15)) erscheint eine Arbeit der Autoren zu diesem Thema: Kai Ludwig, Bolormaa Baljinnyam, Andreas Herrmann and Christoph Böttcher The 3D structure of the fusion primed Sendai F-protein determined by electron cryomicroscopy