Kräftemessen mit Influenzaviren

Foto: Influenzavirus

Influenzavirus, das mit seinen
Spikeproteinen Hämagglutinin an
die Zellmembran einer Wirtszelle
(unten) bindet;© Andreas Herrmann

Eine Frage, die die Wissenschaftler dabei interessiert ist, mit welcher Kraft sich Viren an ihre Wirtszellen heften.

Viren können sich nicht selbstständig reproduzieren. Sie müssen sich in eine Wirtszelle einschleusen, um deren Strukturen für die eigene Vermehrung zu nutzen. Um sich an eine geeignete Zelle zu binden, hat das Virus bestimmte Oberflächenproteine - sogenannte Spikeproteine. Eines davon, das Hämagglutinin (HA), bindet an Rezeptoren der Wirtszelle und stellt dadurch den ersten Kontakt her. Die Art des Rezeptors der Wirtszelle bestimmt häufig, welche Zellen infiziert werden können und welche nicht. Dies wird als Zelltropismus bezeichnet und ist in der letzten Zeit sehr stark in den wissenschaftlichen Focus gerückt, insbesondere bezüglich der Verbreitung von H5N1 Vogelgrippeviren. Die H5N1 Infektion beschränkt sich heute bis auf wenige Ausnahmen auf Vögel.

Es wird angenommen, dass die Rezeptorspezifität eine entscheidende Barriere darstellt, die das Springen der Viren auf den Menschen verhindert. Wenn diese Hürde aber genommen wird, kann das Vogelvirus für den Menschen sehr gefährlich werden, denn sein Immunsystem ist nicht darauf vorbereitet. Um mehr über die Bindung des Virus an Wirtszellen zu erfahren, hat die HU-Arbeitsgruppe die mechanische Kraft untersucht, mit der sich ein einzelnes Virus an eine lebende Zelle heftet. Doch wie lassen sich solche winzigen Kräfte messen?

Die Wissenschaftler haben mehrere Methoden angewendet, beispielsweise eine sogenannte optische Pinzette eingesetzt. Mit dieser Pinzette können mikroskopisch kleine Kugeln, auf denen sich wenige Viren befinden, gehalten und mitsamt der Viren an Zellen herangeführt werden, bis es zur Bindung eines Virus an eine Zelle kommt. Danach wird die Kugel zurückgezogen und die resultierende Kraft gemessen. Um die molekulare Grundlage der Kräfte zu verstehen, haben die HU-Biologen diese Experimente mit der Gruppe von Professor Helmut Grubmüller am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie am Computer simuliert.

Es stellte sich heraus, dass die Interaktionskraft einer Bindung etwa zehn Piconewton beträgt. Diese Zahl lässt sich mit der Kraft vergleichen, die jede einzelne Person aufwenden müsste, würden alle Menschen der Erde gemeinsam eine Ein-Euro-Münze anheben. Das scheint nicht viel, doch solche winzigen Kräfte haben eine große Bedeutung für den Erreger: Ein Virus muss gleichzeitig viele Bindungen herstellen, um sich stabil an eine Wirtszelle anzuheften.

MEDICA.de; Quelle: Humboldt-Universität zu Berlin