Forscher decken Angriffsmanöver von HIV auf

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Nachdem die Env-Proteine (gelb dargestellt) auf der Oberfläche des HI-Virus zusammengerückt sind, formen sie die Kontaktstelle zur Immunzelle Quelle: Universitätsklinikum Heidelberg

01.11.2012  - 

Infektionsforscher des Universitätsklinikums Heidelberg und des Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ) haben einen wichtigen Schritt in der Vermehrung des HI-Virus aufgedeckt. Mit Hilfe der sogenannten STED-Fluoreszenzmikroskopie fanden die Forscher heraus, dass bestimmte Oberflächenmoleküle des Virus eng zusammenrücken müssen, bevor der Erreger weitere Immunzellen attackiert. Die Forscher berichten in der Fachzeitschrift Science (2012, Online-Vorabveröffentlichung) über ihre Untersuchungen. 

Humane Immundefizienz-Viren (HIV) sind auf die Immunzellen des Körpers angewiesen. Eigentlich für die Abwehr von Krankheitserregern bestimmt, bilden bestimmte Immunzellen des Körpers für das Virus eine perfekte Vermehrungsplattform. Es dringt in bestimmte Arten der weißen Blutkörperchen ein, baut dort seine Erbsubstanz ein und nutzt den fremden Wirt, um Teile der Virushülle herzustellen. Die Zelle wird so gezwungen, unter anderem das sogenannte Gag-Protein zu produzieren. Das Eiweiß legt sich als kugelförmige Netzstruktur um das HIV-Erbgut. Schnürt sich das neu produzierte Virus schließlich von der Wirtszelle ab, wird es von einem Teil der Zellmembranen umgeben. In dieser sind weitere, sogenannte Env-Proteine eingelagert. Ein Forscherteam um Infektionsforscher Hans-Georg Kräusslich vom Universitätsklinikum Heidelberg fand heraus, wie diese Hülleiweiße sich anordnen, damit das Virus an eine Zelle andocken und diese befallen kann.   

Erst mit der STED-Mikroskopie (grün) können reife (unten) von unreifen (oben) HI-Viren unterschieden werden. Herkömmliche Mikroskope (rot) versagen hier.Quelle: dkfz.de

Hüllenproteine mit neuartigem Mikroskop analysiert

Ein Rätsel trieb die Virologen aber vor die Haustür eines Nachbarn auf dem Heidelberger Universitätscampus. „Obwohl die Env-Proteine von Anfang an auf der Virushülle sind und sich an deren Aufbau oder Zusammensetzung nichts ändert, ist die Reifung im Inneren des Virus notwendig, um in eine Zielzelle einzudringen. Wir haben uns gefragt, warum das so ist“, so der Infektiologe Kräusslich. Um die Abläufe während der Reifungsphase zu untersuchen, griffen die Wissenschaflter auf das sogenannte STED-Fluoreszenzmikroskop des benachbarten Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ) zurück. Das Virus ist mit einer Größe von etwa 130 Nanometer ein echter Winzling. Zum Vergleich: Das Darmbakterium Escherichia coli ist bis zu 46mal größer als das Virus. Das STED-Mikroskop besitzt im Vergleich zu anderen Geräten eine hinreichend hohe Auflösung, um die feinen Env-Proteine auf der Oberfläche der Hülle zu beobachten. Stefan Hell, Direktor des Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie in Göttingen, hat dieses Hochleistungsmikroskop entwickelt (mehr...). Mit der Erfindung des Leibniz-Preisträgers können Wissenschaftler erstmals lebendige Zellen in unerreicht hoher Auflösung untersuchen.

Env-Ansammlung benötigt für Andockvorgang

Mit der Technik untersuchten die Forscher reife und unreife HI-Viren. Dabei fanden sie heraus, dass die Env-Proteine während des Reifungsprozesses auf der Virusoberfläche an einer Stelle näher zusammenrücken. Diese Sammelpunkte nutzen die Viren dann als Andockstelle zu Immunzellen. Außerdem fanden die Heidelberger Infektionsforscher eine Erklärung für die späte Wanderung der Env-Moleküle. Zu Beginn sind die Env-Eiweiße noch mit der Innenseite der starren Gag-Struktur verbunden. Im Laufe der Reifung löst sich das Gitter und die Env-Proteine können sich frei bewegen. Erst jetzt verbinden sie sich zu einer Andockstelle und das Virus wird infektiös. „Wir schließen aus diesen Ergebnissen, dass die Clusterbildung der Env-Proteine ein essenzieller Schritt im Reifungsprozess des Virus ist“, so Kräusslich.  

Schwachpunkte im Virus finden

HIV ist eines der am besten verstandenen Viren in der Wissenschaft. Dennoch sieht Kräusslich weiterhin Bedarf an Forschung: „Je besser wir die Abläufe in diesem Prozess verstehen, desto eher können wir Schwachstellen von HIV ausfindig machen und als Angriffspunkte für gezielte Therapien nutzen“, so der Virologe. Weltweit sind etwa 34 Millionen Menschen mit dem HI-Virus infiziert. Laut Robert-Koch-Institut waren 2011 in Deutschland 73.000 Menschen HIV-positiv. 

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