Die genaue Untersuchung von Proteinen des Sars-CoV-2 -Virus erweitert die Kenntnisse der Wissenschaftler über den Erreger. So wird es möglich, angreifbare Stellen des Proteins zu identifizieren und Wirkstoffe gezielt einzusetzen. Forscher des Max-Planck-Instituts für Biophysik, haben nun eine für mögliche Behandlungen entscheidende Stelle des Spike-Proteins untersucht.
Nach neuesten Erkenntnissen der Forscher des Max-Planck-Instituts für Biophysik in Frankfurt sei das Oberflächenprotein des Sars-CoV-2 Virus, das sogenannte Spike-Protein, flexibler als gedacht. Dieses binde an den ACE2-Rezeptor menschlicher Zellen, das zur Verschmelzung des Virus mit der Zellmembran führe. So gelange das Viruserbgut in das Zellinnere. Doch das exponierte Spike-Protein auf der Virusoberfläche ist scheinbar angreifbar. Für die Wissenschaftler ist dieser Angriffspunkt nun deshalb auch Gegenstand der Forschungen zur Entwicklung von Impfstoffen und antiviralen Therapeutika geworden. Denn das Virus brauche dieses Oberflächenprotein, um Zellen überhaupt infizieren zu können. Die Untersuchungen zum Spike-Protein wurden durch eine Forschergruppe um Martin Beck und Gerhard Hummer untersucht. Dazu hat Beck die Struktur des Proteins mithilfe von Krypo-Elektronenmikroskopie in beinahe atomarer Auflösung entschlüsselt. Die daraus gewonnene Grundlage von Strukturdaten ermöglichte Beck mittels Computersimulationen die Analyse der Eigenschaften des Spike-Proteins in seiner natürlichen Umgebung. Dabei fanden Forscher heraus, dass der Stiel, welcher das Protein an die Virusoberfläche bindet, sich unvermutet flexibel zeigte. Diese Beweglichkeit brauche das Protein, um in der optimalen Position an den Rezeptor auf der Zielzelle binden zu können, so Hummer. Der Teil des Spike-Proteins der Angriffsfläche bietet, ist Analysen zufolge der obere Teil. Hier können Antikörper gezielt binden. Andere Stellen des Proteins dagegen seien durch Zuckerketten vor der Erkennung durch das Immunsystem geschützt. Diese entscheidende Erkenntnis eröffne Forschern die Möglichkeit, gezielt Bereiche zu identifizieren, die Angriffspunkte für Vakzine oder therapeutische Antikörper bieten könnten. Die Forschung der Max-Planck Wissenschaftler konzentriert sich auch auf die Vermehrung des Virus in der Zelle. Patrick Cramer forscht schon seit vielen Jahren an RNA-Polymerasen, die auch als „Kopiermaschinen bekannt sind. Nach Cramer habe sich nach Ausbruch der Pandemie eine einmalige Dynamik entwickelt, molekulare Details sichtbar zu machen. So konnte die Struktur der Polymerase von Sars-CoV-2 ermittelt werden. Die daraus gewonnene Kenntnis der Sars-Cov-2-Polymerase eröffnet nun den Weg, deren Interaktion mit antiviralen Wirkstoffen im Detail zu untersuchen. Remdesivir ist das bislang einzige in der EU zugelassene Präparat zur Behandlung von Covid-19 und wird bei einer Ebola- Infektion als Inhibitor der viralen Polymerase eingesetzt. Es zeige aber nicht die gewünschte Wirkung. Zwar konnte durch die Forschergruppe um Cramer gezeigt werden, dass Remdesivir, das in den DNA-Strang eingebaut wird, das Weiterlaufen der RNA-Polymerase hemmt, jedoch sei diese nicht dauerhaft. Remdesivir könne die Vermehrung des Virus zwar verlangsamen, aber nicht völlig stoppen. Diese einzigartigen Einblicke in mechanistische Details sieht Cramer als neues Verständnis der Krankheit. Nun ist es für Cramer und sein Forscherteam an der Reihe, die Interaktion der viralen Polymerase mit weiteren bekannten Medikamenten zu untersuchen. Durch das zusätzliche Screening einer Substanzbibliothek, in Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie, sollen auch weitere Wirkstoffe identifiziert werden.
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