Pandemien gehören zu den Geißeln der modernen Gesellschaft. Hervorgerufen werden sie gewöhnlich durch Zoonosen, also das Überspringen von Krankheitserregern vom Tier auf den Menschen. Begünstigt durch Welthandel und globale Mobilität können sich Krankheiten leicht weltweit ausbreiten. Bei der Bekämpfung von Pandemien spielt die Wissenschaft, insbesondere die Infektionsforschung, eine wichtige Rolle: Gesucht werden kritische Punkte, an denen die Infektion verhindert oder frühzeitig gestoppt werden kann. Vorrangiges Ziel ist daher die Entwicklung von Medikamenten.
Als die SARS-CoV-2-Pandemie Ende 2019 ihren Lauf nahm, begann das Helmholtz-Institut Würzburg (HIRI) sofort mit der Erforschung des Infektionsprozesses und der Krankheitsentstehung und konnte wichtige Erkenntnisse beitragen. Nicht zuletzt bereiten uns unsere Forschungsergebnisse, die entwickelten Methoden und die daraus gezogenen Lehren auch auf den Umgang mit zukünftigen Pandemien vor. Denn: Nach der Pandemie ist leider auch vor der Pandemie.
Im Fokus: Der Faktor Mensch
Wie es dem Coronavirus SARS-CoV-2 bei einer Infektion gelingt, seinen Vermehrungsmechanismus in Gang zu setzen, ist bislang noch nicht voll verstanden. Wissenschaftler:innen vom Munschauer-Labor weisen im Fachmagazin Cell nach, dass es das menschliche Protein SND1 ist, das im Zusammenspiel mit dem viralen Protein NSP9 die genetische Replikation des Virus stimuliert.
Das Coronavirus dringt in einen Organismus ein – dieser dient von dem Moment an als „Wirt“. Das Virus nutzt den Wirtsorganismus zu seiner Vermehrung und löst Symptome von COVID-19 aus (u.a. Fieber, Husten, Erschöpfung). Um diese Prozesse zu verstehen, setzte die Forschung am HIRI gemeinsam mit deutschen und internationalen Kooperationspartnern neueste Technologien ein.
Zunächst haben wir untersucht, wie sich das Coronavirus im Wirt vermehrt. SARS-CoV-2 verwendet dafür eine Strategie namens „ribosomales Frameshifting“, eine Methode, mit der das Virus mit seinem begrenzten Satz an Erbinformationen eine viel größere Zahl an Proteinbausteinen herstellen und sich so in den Wirtszellen festsetzen und vermehren kann. Neva Caliskan und ihre Forschungsgruppe arbeiteten daran, die entscheidenden Interaktionspartner bei der Vermehrung zu identifizieren und konnten einen Durchbruch erzielen: Sie konnten das Zusammenspiel von RNA-Strukturen während der Translation des SARS-CoV-2-Genoms entschlüsseln. Weiter konnten sie herausfinden, dass ZAP, ein Protein der menschlichen Immunabwehr, den Vermehrungsmechanismus des Coronavirus SARS-CoV-2 hemmt und die Viruslast um das 20-Fache reduzieren kann.
HIRI-Gruppenleiter Emmanuel Saliba schaute auf die einzelne Zelle. Mit der Technologie der „Einzelzell-RNA-Sequenzierung“ lässt sich der Prozess der Infektion bei den Zellen eines infizierten Menschen in beispiellos hoher Auflösung nachvollziehen. Schritt für Schritt entsteht dabei eine Reihe von Karten. Mit diesen Karten können wir zuschauen, wie verschiedenste RNAs zu bestimmten Zeitpunkten in der Einzelzelle entstehen, verwendet und wieder abgebaut werden. In Zusammenarbeit mit einem bundesweiten Forschungsverbund konnte er zeigen, dass bei der Mehrheit der Patientinnen und Patienten mit schwerem COVID-19 die Lunge in außergewöhnlich starkem Ausmaß vernarbt. Wie sie in der Fachzeitschrift Cell beschreiben, spielen Fresszellen des Immunsystems dabei eine zentrale Rolle.
Die Arbeitsgruppen um die Helmholtz-Nachwuchsforscher Mathias Munschauer und Redmond Smyth wollten herausfinden, welche Faktoren zur Vermehrung des Virus im Wirt führen. In einem ganzheitlichen Ansatz identifizieren sie die Interaktionspartner des Virus im Wirt. Auf diesem Weg lässt sich bestimmen, welche Wirtsfaktoren essentiell für die Vermehrung des Virus sind. So konnte Mathias Munschauer den ersten vollständigen Atlas der direkten Interaktionen zwischen dem Coronavirus und den von ihm befallenen Zellen erstellen. Im Jahr 2023 konnte das Munschauer-Labor im Fachmagazin Cell erstmals nachweisen, dass das menschliche Protein SND1 im Zusammenspiel mit dem viralen Protein NSP9 die genetische Replikation des Virus stimuliert.
Forschungsgruppen am Helmholtz-Institut Würzburg erforschen nicht nur das SARS-CoV-2-Virus, sondern auch bakterielle Erreger, weitere Viren und die Gegenwehr des Immunsystems.
ForschungsgruppenForschungsschwerpunkte
Weitere Informationen zu SARS-CoV-2 und aktuellen Forschungsbemühungen an unserem Mutterzentrum, dem Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung, finden Sie hier.
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Wir zeigen Ihnen, was gerade sonst noch am HIRI passiert.