Paul-Ehrlich-Institut

3D-Ana­ly­se von Vi­ren mit­tels Kryo-Elek­tro­nen­mi­kro­sko­pie

Bei der Bekämpfung von Virusinfektionen ist das Wissen um die Eigenschaften des Erregers eine Voraussetzung für die Entwicklung von sicheren und wirksamen Impfstoffen und Arzneimitteln. So ist bekannt, dass das Oberflächenprotein des SARS-CoV-2-Erregers – auch Spike-Protein genannt – eine Schlüsselrolle beim viralen Replikationsprozess spielt.

SARS-CoV-2-Viren (Quelle: J.Krijnse Locker/Paul-Ehrlich-Institut)

Das Spike-Protein ist verantwortlich für die Zellbindung, die Zellfusion und löst so die Infektion aus. Außerdem bestimmt es den Wirtsbereich und Zelltropismus. Der Einsatz moderner Bildgebungsverfahren wie der kryogenen Elektronenmikroskopie (Kryo-EM) ermöglicht es Forschenden, die Virusstrukturen in 3D-Modellen im Detail zu erstellen. So kann die Spike-Struktur auf der Oberfläche von SARS-CoV-2 aufgelöst und mit anderen Coronaviren verglichen werden. Im Paul-Ehrlich-Institut, Bundesinstitut für Impfstoffe und biomedizinische Arzneimittel, setzt die Forschungsgruppe "Elektronenmikroskopie von Pathogenen" unter der Leitung von Prof. Jacomine Krijnse Locker die innovative Technologie der 3D-Kryo-EM u.a. für die Analyse von Viren wie SARS-CoV-2 ein.

Im Mittelpunkt der Arbeit der Forschungsgruppe steht die Etablierung moderner Methoden in der Elektronenmikroskopie (EM), um Viren hochauflösend darzustellen. Ihr Modell sind große DNA-Viren. Die Forschungsgruppe konnte beispielsweise zeigen, dass DNA-Viren Membranen der infizierten Zellen aufbrechen, die zur Biogenese der Virus-Hülle benutzt werden. Mit Hilfe der EM hat sie gemeinsam mit Forschenden des Uniklinikums Heidelberg Dengue- und HI-Virus induzierte zelluläre Membranänderungen hochauflösend dargestellt. Die 3D-EM zeigte zum Beispiel, dass bei Flaviviren die Replikation des Virus-Genoms und die Virus-Knospung hochgradig koordiniert sind, was die Bildung infektiöser Partikel vereinfacht.

Seit Ausbruch der SARS-CoV-2-Pandemie forscht ihre Gruppe außerdem an diesem neuartigen Coronavirus. Erste Bilder des neuen Erregers wurden schon erzeugt und zeigen pleomorphe (vielgestaltige) Viruspartikel, die auf ihrer Oberfläche die typischen Spikes tragen. Ziel ist es, die viralen Strukturen mit Kryo-EM detailliert in hoher Auflösung zu charakterisieren, um zu verstehen, warum sich dieses Virus so erfolgreich ausbreitet. Diese Erkenntnisse könnten Aufschluss darüber geben, wie die Virusstrukturen verändert werden können, um das Virus zu inaktivieren und eine Infektion zu hemmen.

Verstärkung der Forschung mit bildgebenden Verfahren im Paul-Ehrlich-Institut

Jacomine Krijnse Locker promovierte an der Universität in Utrecht (Niederlande). Sie war danach langjährige Forschungsmitarbeiterin am Europäischen Laboratorium für Molekularbiologie (European Molecular Biology Laboratory, EMBL) in Heidelberg sowie an der Universität Heidelberg. Danach leitete sie die Gruppe Elektronenmikroskopie des renommierten Institut Pasteur in Paris. Hier ging sie der Forschungsfrage nach, welcher Mechanismus dem Eintritt des HI-Virus-Genom in den Wirtszellkern zugrunde liegt. 2019 ist Krijnse Locker dem Ruf der Justus-Liebig-Universität Gießen auf die Loewe-DRUID-Professur für "Vernachlässigte Krankheiten und bildgebende Verfahren" gefolgt. Seit Januar 2020 leitet sie die Forschungsgruppe "Elektronenmikroskopie von Pathogenen" im Paul-Ehrlich-Institut.

Aktualisiert: 30.06.2020