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Strukturaufklärung von SARS-CoV-2 Coronaviren in der Detailansicht

Redakteur: Christian Lüttmann

Jeder kennt die dreidimensionale Darstellung des Coronavirus, die an eine mit Nelken gespickte Orange erinnert. Doch ein grobes Bild reicht nicht aus, um effektive Wirkstoffe gegen das Virus zu entwickeln. Deswegen arbeitet eine „Coronavirus Structural Task Force“ an immer detailgetreueren Modellen, die sie der Forschung sowie der breiten Öffentlichkeit zur Verfügung stellt.

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Das von der „Coronavirus Structural Task Force“ entwickelte Virusmodell zeigt u. a., dass das Virus nicht ganz rund ist.
Das von der „Coronavirus Structural Task Force“ entwickelte Virusmodell zeigt u. a., dass das Virus nicht ganz rund ist.
(Bild: Coronavirus Structural Task Force/K. Nolte und SciStyle.com/ T. Splettstößer)

Hamburg – SARS-CoV-2 stellt Wissenschaftler vor große Herausforderungen. Sie müssen das neuartige Virus genau analysieren, seine Funktionsweise kennenlernen und im besten Fall Schwachstellen finden. All das sind entscheidende Voraussetzungen für die Entwicklung von Impfstoffen und neuen Medikamenten. Weltweit arbeiten Tausende Forschende an dieser Aufgabe. Modelle zeigen jedoch oft nur das „Virion“, also die Form, in der das Virus in den menschlichen Körper gelangt und in der es lediglich vier verschiedene Eiweißmoleküle besitzt.

Nachdem SARS-CoV-2 eine Lungenzelle befallen hat, bildet es jedoch 24 weitere Eiweißmoleküle. Wie diese aufgebaut sind und wie sie es schaffen, das Immunsystem lahmzulegen und menschliche Zellen zu „Virusfabriken“ umzubauen, erforscht die Strukturbiologin Dr. Andrea Thorn von der Universität Hamburg.

Eiweißmoleküle wie Roboter

Mit der internationalen „Coronavirus Structural Task Force“ entwickelte Thorn das nach eigenen Angaben genaueste Virusmodell, das bisher existiert. Es zeigt beispielsweise, dass das Virus nicht ganz rund ist und enthält detaillierte Informationen über die verschiedenen Eiweißmoleküle.

„Diese Eiweißmoleküle sind wie Roboter, die die Wirtszelle Schritt für Schritt übernehmen. Wenn wir ihre Struktur kennen, können wir daraus ableiten, wie sie arbeiten – und sie dann gezielt stoppen“, sagt die Forschungsleiterin. Bereits vor über einem Jahr hat sie für ihre Forschung ein internationales Team zusammengestellt, die „Coronavirus Structural Task Force“. Heute sind 26 Forschende aus sieben Ländern daran beteiligt und die Gruppe wird von der Universität Hamburg aus koordiniert.

Protein-Datenbank als Wissensquelle

Thorns Team überprüft und verbessert Molekülstrukturen des Virus, die weltweit in Experimenten gemessen werden. Jede Woche werden Dutzende Molekülstrukturen in der „Protein Data Bank“ neu veröffentlicht: einer globalen Datenbank, die 1971 als erste öffentliche und frei zugängliche digitale Datenquelle der Biologie in den USA gegründet wurde.

Die Forschungsgruppe um Thorn verwendet bestehende und neue Methoden zur Verbesserung der dort hinterlegten Strukturen: eine Mischung aus automatischer Software, künstlicher Intelligenz und manueller 3D-Überprüfung einzelner Atome am Computer. „Diese Arbeit ist ein großer Gewinn für die Forschenden in der Arzneimittelentwicklung und der Virologie, die mit den Strukturen weiterarbeiten. Sie müssen die bestmöglichen Molekülmodelle bekommen. Fehler können dazu führen, dass ihre Forschung in eine falsche Richtung läuft oder Arzneimittel später nicht wirken“, sagt Thorn.

Ein eigenes Coronavirus 3D-drucken

Die Ergebnisse der „Coronavirus Structural Task Force“ sind auf der Internetseite insidecorona.net für die Wissenschaftsgemeinde sowie die Öffentlichkeit einzusehen. Dort sind auch Hintergrundinformationen, Animationen und ein Modell des Coronavirus zum 3D-Druck zu finden. Mit diesen Daten können Interessierte ein eigenes wissenschaftlich fundiertes Modell des Virus drucken: Eine Möglichkeit, von der unter anderem Schulklassen bereits Gebrauch gemacht haben, wie Thorn berichtet.

Originalpublikation: Tristan I. Croll, Kay Diederichs, Florens Fischer, Cameron D. Fyfe, Yunyun Gao, Sam Horrell, Agnel Praveen Joseph, Luise Kandler, Oliver Kippes, Ferdinand Kirsten, Konstantin Müller, Kristopher Nolte, Alexander M. Payne, Matthew Reeves, Jane S. Richardson, Gianluca Santoni, Sabrina Stäb, Dale E. Tronrud, Lea C. von Soosten, Christopher J. Williams & Andrea Thorn: Making the invisible enemy visible, Nature Structural & Molecular Biology, volume 28, pages 404–408 (2021); DOI: 10.1038/s41594-021-00593-7

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