Wer bin ich? Viren auf der Nanofeder

Interview mit Dr. Charlotte Uetrecht, Nachwuchsgruppenleiterin Heinrich-Pette-Institut Leibniz-Institut für Experimentelle Virologie, Gruppe: Dynamik viraler Strukturen

21.12.2016

Im Projekt VIRUSCAN, gefördert durch das Horizon 2020 Forschungs- und Innovationsprogramm der Europäischen Union, erforscht unter anderem Dr. Charlotte Uetrecht aus Hamburg einzelne Viren, um sie später auf einer Nanofeder bestimmen zu können. MEDICA.de wollte wissen: Wie funktioniert das?

Bild: Rotblonde Frau mit langen Haaren - Charlotte Uetrecht; Copyright: privat

Charlotte Uetrecht; © privat

Frau Dr. Uetrecht, zunächst die Frage: Welche Verfahren gibt es bereits, um Viren zu identifizieren?

Charlotte Uetrecht: Es gibt zum einen die antikörperbasierte Diagnostik, die bereits viele Jahre erprobt ist. Hierbei werden virusspezifische Strukturen durch Antikörper erkannt, ein sehr sensitives Verfahren – allerdings muss man hierfür bereits wissen, nach welchem Virus man sucht. Zum anderen gibt es die sogenannte PCR, die Polymerase-Kettenreaktion, die mittlerweile sehr häufig eingesetzt wird. Hierfür wird das Virusgenom vervielfältigt, aber auch hier muss man wissen, wonach man sucht. Es sollte zumindest die Virusfamilie bekannt sein. Leider kann man mit dem Verfahren nicht unterscheiden, ob ein Virus infektiös ist oder nicht. Denn solange das Genom vorhanden ist, wird man es detektieren. Genau diesen Punkt hoffen wir mit dem von uns angestrebten neuen System zu verbessern.

Das Projekt VIRUSCAN bringt für die Virusdiagnose die Nanomechanik mit ins Spiel. Können Sie den Ansatz bitte erklären?

Uetrecht: Mein Beitrag zu dem Projekt ist ein Teil von insgesamt acht Einzelprojekten verschiedener Partner. Wir in Deutschland beziehungsweise Hamburg sind dafür zuständig, die Masse einzelner Viren zu ermitteln, in ihren unterschiedlichen Zuständen. Das heißt zum Beispiel: infektiös oder nicht infektiös. Die Partner aus den Niederlanden beschäftigen sich hingegen mit der Mechanik der Viren. Wir wollen versuchen abzugrenzen, was man tatsächlich unterscheiden kann und was wir mit der Nanofeder detektieren können. Die Entwicklung der eigentlichen Nanofeder treiben die Kollegen in Spanien voran.

Aber ist es nicht so, dass die Viren sich bisweilen sehr ähneln? Wie wollen Sie das unterscheiden können?

Uetrecht: Wir betrachten zwei Parameter. Das besondere an der Nanofeder ist, dass man theoretisch auch Informationen über die Form von Viren sammeln kann. In der Form unterscheiden sich viele Viren sehr grundlegend. Zum Beispiel Ebola ist sehr lang, wohingegen Influenza eher rundlich ist, aber auch sehr groß. Das Norovirus ist hingegen sehr klein und rund. Es gibt deshalb sehr unterschiedliche Parameter, was die Mechanik und die Masse angeht. Aber es stimmt natürlich, wenn man zum Beispiel verschiedene Noroviren voneinander unterscheiden will, dann wird es schwieriger, denn die Werte sind ähnlicher. In diesen Fällen müssen wir schauen, ob wir unter unterschiedlichen Bedingungen charakteristische Messwerte erreichen können. Das ist ein Aspekt, den wir abklären müssen.

Welche und wie viele Viren wollen Sie zunächst untersuchen?

Uetrecht: Wir decken eine relativ große Bandbreite an Humanerregern ab. Dabei sind zum Beispiel HIV, Hepatitis B und C, verschiedene Herpesviren, Adenovirus, Norovirus, Papilloma- und Polyomaviren. Wir werden aber auch neu auftretende Viren wie Ebola oder Lassa untersuchen.
Bild: Grafik eines Ebolavirus vor blauem Hintergrund ; Copyright: panthermedia.net/krishna creations

Das Ebolavirus gehört zu den gefährlichsten Viren der Welt und hat zuletzt in Afrika zu einer verheerenden Epidemie geführt; © panthermedia.net/krishna creations

Sie fertigen also nach und nach eine Datenbank an, die später zum Vergleich für die Viren dient, die auf der Nanofeder detektiert werden?

Uetrecht: Genau, wir wollen die Ergebnisse von der Feder mit denen in der Datenbank vergleichen. Wir werden dabei voraussichtlich aber nicht genau die gleichen Werte erhalten, da die Messungen etwas anders sind. Trotzdem erhält man durch die Datenbank eine Idee, wie die Unterschiede aussehen sollten.

In der Anwendung würde also künftig den Patienten Blut abgenommen und der Virus isoliert werden, um ihn später auf der Feder zu untersuchen?

Uetrecht: Das Virus soll in einem Mikrofluidiksystem aus dem Blut herausgetrennt werden, das ist der Plan. Dann soll er über ein Elektrospray in die Gasphase überführt und auf der Feder abgesetzt werden. Im Anschluss misst man die Vibrationsmuster der Feder. Dadurch lassen sich die Masse und die mechanischen Eigenschaften bestimmen. Dann kann man hoffentlich im Abgleich zur Datenbank sagen, welchen Virus der Patient hatte und in welcher Menge er im Blut enthalten ist.

Was passiert, wenn sich ein Virus verändert? Würde dies die Ergebnisse verfälschen können?

Uetrecht: Viren mutieren zwar, aber das sind in der Regel nur kleine, schrittweise Veränderungen, die relativ wenig Einfluss auf die Masse haben. Sie könnten aber, gerade wenn die Veränderungen im Bereich der Struktur auftreten, natürlich einen großen Einfluss auf die Mechanik haben. Deshalb hoffen wir in einem solchen Fall, mit der Nanofeder zu erkennen, dass wir etwas anderes, etwas Neues vor uns haben. Dann müsste man überlegen, ob man das Isolat in der PCR analysiert, um zu sehen, was genau sich verändert hat. Das ist, wenn es zum Beispiel um neu auftretende Viren in Afrika geht, sehr spannend. In einem Krankenhaus in Europa wird man es allerdings eher mit den bekannten Viren zu tun haben.

Wann hoffen Sie kann das Ergebnis Ihrer Forschungen zur Anwendung kommen?

Uetrecht: Das Projekt ist auf fünf Jahre angelegt. Am Ende des Projektes soll ein nutzbarer Prototyp stehen, der dann im Krankenhaus bereits getestet wurde. Idealerweise soll zu diesem Zeitpunkt auch eine portable Version fertiggestellt worden sein, welche für die Felddiagnose, zum Beispiel in Afrika, nutzbar wäre.

Foto: Simone Ernst; Copyright: B. Frommann

© B. Frommann

Das Interview führte Simone Ernst.
MEDICA.de