SARS-CoV-2-Forschung: Neues Enzym als Schlüssel gegen das Coronavirus identifiziert

Schwachstelle von SARS-CoV-2 entdeckt

Zwar gibt es inzwischen mehrere Impfstoffe gegen das Coronavirus SARS-CoV-2 beziehungsweise die durch den Erreger ausgelöste Krankheit COVID-19, doch trotz intensiver Forschung in zahlreichen wissenschaftlichen Instituten weltweit gibt es noch immer keine wirksame Therapie gegen die Erkrankung. Forschende aus Deutschland haben jetzt jedoch eine neue Schwachstelle des Virus entdeckt, die für die Wirkstoffentwicklung genutzt werden könnte.

In verschiedenen Ländern haben die ersten Impfprogramme gegen SARS-CoV-2 begonnen. Es wird damit gerechnet, dass in den kommenden Wochen und Monaten weitere Impfstoffe zugelassen werden. Die Hoffnungen richten sich aber auch darauf, dass es gelingt, Medikamente zur Behandlung bereits Infizierter zu finden. Helfen könnte dabei die Entdeckung deutscher Forschender: Sie haben eine neue Schwachstelle des Coronavirus identifiziert.

Mit neuartigem Ansatz Schwachstelle entdeckt

Die Suche nach wirksamen antiviralen Mitteln gegen das Coronavirus SARS-CoV-2 läuft auf Hochtouren. Wie das Deutsche Zentrum für Infektionsforschung (DZIF) in einer aktuellen Mitteilung schreibt, haben Tübinger Forschende nun mit einem neuartigen Ansatz eine Schwachstelle des Virus entdeckt, die für die Wirkstoffentwicklung genutzt werden könnte. Die Ergebnisse des Teams wurden in der Fachzeitschrift „Bioinformatics“ veröffentlicht.

Virus konnte sich nicht mehr vermehren

In einem Computermodell identifizierte der DZIF-Wissenschaftler Andreas Dräger und sein Team ein menschliches Enzym, das für den Erreger entscheidend ist. Wurde es im Modell ausgeschaltet, konnte sich das Coronavirus nicht mehr vermehren.

„Wenn wir das Enzym – die Guanylatkinase 1 – ausschalteten, wurde die Virusvermehrung gestoppt, ohne die Wirtszelle zu beeinträchtigen“, erläutert Dr. Andreas Dräger. Mit einer Juniorprofessur des DZIF an der Universität Tübingen betreibt Dräger rechnerbasierte Systembiologie und ist mit seinem Team bereits im Januar in die Coronaforschung eingestiegen.

Für ihren Ansatz entwickelten die Bioinformatikerinnen und Bioinformatiker ein integriertes Computermodell mit dem neuartigen Coronavirus SARS-CoV-2 und menschlichen Alveolarmakrophagen. Letztere sind in den Lungenbläschen für die Abwehr von Fremdstoffen zuständig.

„Für diese Makrophagen existierte bereits ein komplexes Computermodell, das wir für diesen Zweck weiterentwickeln konnten“, erklärt Dräger.

Forschung ohne Zellen und Versuchstiere

Die Ausgangssituation im Modell war, dass das Coronavirus in den Wirt, hier die menschliche Alveolarmakrophage, eingedrungen ist und diese bereits umprogrammiert hat. „Biochemische Reaktionen, die das Virus im Wirt verwendet, sind also bereits in das Modell integriert“, sagt Dräger.

Das Modell geht nun davon aus, dass der Erreger neue Viruspartikel herstellen und sich ausbreiten will. Dazu nutzt das Virus Materialien aus dem Wirt und zwingt die Wirtszellen zur Produktion neuer Virusbestandteile.

„Wir haben zunächst die Zusammensetzung des Virus analysiert und daraus berechnet, welches Material benötigt wird, um ein Viruspartikel herzustellen“, beschreibt der Experte das Vorgehen. Und: „Wenn man das weiß, kann man verschiedene Szenarien durchspielen und sehen, wie sich die biochemischen Reaktionen in den Wirtszellen während einer Virusinfektion verändern.“

Möglicher Angriffspunkt antiviraler Wirkstoffe

In sogenannten Flussbilanzanalysen haben die Tübinger Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler daraufhin systematisch getestet, welche biochemischen Reaktionen in infizierten Zellen anders ablaufen als in nicht-infizierten Zellen.

Bei diesen Reaktionen konnten die Forschenden in ihren weiteren Versuchen ansetzen. Indem sie die ausgewählten Reaktionen gezielt ausschalteten, kamen sie den Prozessen auf die Spur, die für das Coronavirus besonders wichtig sind. So die Guanylatkinase (GK1), die beim Ausschalten die Vermehrung des Erregers komplett stoppte.

Den Angaben zufolge ist GK1 auch bei anderen Viruserkrankungen von Bedeutung. Laut der Mitteilung spielt das Enzym, das in den Alveolarmakrophagen vorkommt, eine wichtige Rolle im Metabolismus der Bausteine von Ribonukleinsäuren (RNA) und ist damit auch maßgeblich am Aufbau viraler RNA, wie der von SARS-CoV-2 beteiligt.

„Während die Virusvermehrung ohne GK1 nicht mehr stattfindet, kann die menschliche Zelle auf andere biochemische Stoffwechselwege ausweichen“, so Dräger. Das jedoch ist eine wichtige Voraussetzung, wenn man das Enzym mit einem Wirkstoff hemmen wollte, ohne nachteilige Nebenwirkungen beim Menschen auszulösen.

Es sind bereits einige Hemmstoffe des Enzyms bekannt und die Forschenden von der Uni Tübingen planen nun, möglichst bald mit ihrem Hamburger Kooperationspartner Dr. Bernhard Ellinger vom Fraunhofer IME ScreeningPort (IME) bereits zugelassene Hemmstoffe auf ihre Wirksamkeit gegen das neue Coronavirus zu testen. (ad)