Bisher gab es von virusinfizierten Zellen nur Momentaufnahmen. Mit einer von niederländischen Forschern entwickelten Technik lassen sich Virusinfektionen nun live überwachen. Die Echtzeitbildgebung bietet neue Einblicke in den menschlichen Körper und kann zur gezielteren Behandlung solcher Erkrankungen führen, wie die Wissenschafter im Fachblatt ""Cell" berichten. Mit dieser Technik lassen sich auch die für die aktuelle Pandemie verantwortlichen Sars-CoV-2-Viren untersuchen.

Der Wettkampf zwischen Virus und Wirtszelle. - © Sanne Boersma/Hubrecht Institute
Der Wettkampf zwischen Virus und Wirtszelle. - © Sanne Boersma/Hubrecht Institute

Mit den bis dato verfügbaren Techniken konnten die Forscher die infizierten Zellen zu einem bestimmten Zeitpunkt sehen, aber es war nicht möglich, den Prozess der Virusinfektion von Anfang bis zum Ende zu überwachen. Die neu entwickelte Mikroskoptechnologie VIRIM ("Virusinfection Real-Time Imaging") ändert einiges. Damit kann der gesamte Verlauf einer Virusinfektion im Labor mit großer Präzision visualisiert werden. "Mit dieser neuen Methode können wir viele wichtige Fragen zu Viren beantworten", betont Erstautorin Sanne Boersma von der Universität Utrecht.

Empfindlicher als andere Methoden

Die Methode verwendet SunTag  eine zuvor von Forscher Marvin Tanenbaum entwickelte Technologie  in einem sogenannten Enterovirus. Der SunTag wird in die RNA des Virus eingeführt und markiert virale Proteine mit einem sehr hellen fluoreszierenden Tag. Damit können Forscher sehen, wann, wo und wie schnell ein Virus Proteine produziert und sich in seiner Wirtszelle vermehrt. VIRIM ist viel empfindlicher als andere Methoden.

RNA-Viren stellen eine Große Gruppe von Viren dar, die ihre genetische Information in Form von RNA tragen: ein Molekül, das der DNA, dem genetischen Material des Menschen, ähnlich ist. Nach der Infektion einer Wirtszelle entführt ein RNA-Virus viele Funktionen der Wirtszelle und verwandelt sie in eine virusproduzierende Fabrik. Auf diese Weise kann sich der Eindringling schnell in Zellen des Körpers replizieren. Die neuen Viruspartikel werden anschließend über die Atemwege freigesetzt und können andere Menschen infizieren. Beispiele für RNA-Viren sind Coronaviren, das Hepatitis-C-Virus, das Zika-Virus und Enteroviren - eine Gruppe von Erregern, zu denen Rhinoviren gehören, die Erkältungen verursachen, und das Poliovirus.

Zwar haben die Bausteine unseres Körpers - die Zellen - ein eigenes Abwehrsystem, doch sobald ein Virus in eine Zelle eindringt, entsteht eine Konkurrenz zwischen dem Erreger und der Wirtszelle. Ein regelrechter Wettbewerb um die Vorherrschaft startet. Mit VIRIM konnten die Forscher das Ergebnis dieses Wettbewerbs sehen und fanden heraus, dass in einer Untergruppe von Zellen die Wirtszelle den Wettbewerb gewann. "Diese Wirtszellen wurden mit einem Virus infiziert, aber dieses konnte sich nicht replizieren", so Boersma. Das führte zu einem neuen Experiment.

Achillesferse des Virus bestimmen

Die Forscher halfen Wirtszellen, indem sie ihr Abwehrsystem stärkten. Wie sich herausstellte, schlug die allererste Virusreplikationen in den Zellen, die den Boost erhalten haben, häufig fehl, wodurch verhindert wurde, dass das Virus den Wirt übernahm. "Der erste Schritt im Replikationsprozess ist die Achillesferse des Virus: Dieser Moment bestimmt, ob es sich weiter ausbreiten kann", so die Entwicklungsbiologin. "Wenn es der Wirtszelle nicht gelingt, das Virus zu Beginn einer Infektion zu eliminieren, wird sich das Virus vermehren und den Kampf gewinnen."

VIRIM ermöglicht die Identifizierung der anfälligen Phasen einer Vielzahl von Viren. Die Forscher erwarten, dass die Technik für die Erfoschung lebensbedrohlicher Viren, einschließlich Sars-CoV-2, wertvoll ist. "Das Verständnis der Virusvermehrung und -verbreitung kann uns helfen, die Achillesferse eines Virus zu bestimmen. Dieses Wissen kann zur Entwicklung von Behandlungen beitragen, etwa einer solchen, die in einem verletzlichen Moment im Leben des Virus eingreift", meint die Forscherin.