Kaum im menschlichen Körper angekommen, beginnt Sars-CoV-2, alle Mechanismen der menschlichen Zellen für sich zu nutzen. Darunter auch einen Mechanismus, der sich Glykosylierung nennt. Die Zelle bewältigt mit den Zuckermolekülen, den sogenannten Glykanmolekülen, eine Reihe verschiedener Aufgaben. Sars-CoV-2 bedeckt nun seine eigenen Spikes mit den Zuckern. Sie sind ein wichtiger Schutzschild für das Virus. Und einer, der besonders gut funktioniert. Vor allem deshalb, weil sich die Ketten aus Zuckermolekülen bewegen.

In ständiger Bewegung

Mateusz Sikora vergleicht die Spikes von Sars-CoV-2 mit Bäumen. Wie ein fester Stamm wurzelt ein Spike in der Membran, die das Erbgut des Virus, seine RNA, umhüllt. Die Glykane wären dann die Blätter an den Ästen. So wie Blätter sich im Wind bewegen, wiegen sich die Glykanmoleküle, angestoßen durch Wassermoleküle in den Körperflüssigkeiten, stetig hin und her. Sikora erinnert das Virus daher auch an einen Tänzer, der eine Vielzahl von Armen, Händen und Fingern in kontinuierlicher Bewegung hält.

Sikora ist Physiker und nach einem Forschungsaufenthalt am Max Planck-Institut für Biophysik in Frankfurt wieder zurück in Klosterneuburg und an der Universität Wien. Er ist der Erstautor einer Studie, die, finanziert unter anderem mit Mitteln des FWF, zeigt, wie sich das Virus bewegt und welche Rolle dabei die Glykanmoleküle auf der Oberfläche des Virus spielen. Erst das dynamische Modell macht deutlich, mit welchen Mechanismen sich das Virus vor den Antikörpern schützt und welche Stellen an den Spikes mögliche alternative Ziele für das Andocken von Antikörpern sein könnten. "Man sieht, dass alles in Bewegung ist, wobei die Spikes sich am Stamm im Vergleich weniger bewegen. Die Glykanmoleküle sind noch mehr in Bewegung. Sie bewegen sich viel schneller als das Virus selbst", erläutert Sikora in einem Telefongespräch. "Hat man nur ein statisches Bild, bleibt die Schutzwirkung der Glykanmoleküle unentdeckt, weil sie ja scheinbar nur eine kleine Fläche bedecken." Die Zuckermoleküle halten die Antikörper physisch davon ab, die Spikes unschädlich zu machen. Sie kommen aufgrund der Bewegung nicht zu den Stellen, wo sie ansetzen müssen.

Schon im Oktober des letzten Jahres war es ihm gemeinsam mit anderen gelungen zu zeigen, dass sich die Spikes mit den Zuckermolekülen bedecken, und auch, wie die Spikes in der Membran des Virus "wurzeln". Die umfassende Glykosylierung gibt dem Virus die notwendige Zeit, um den Attacken des Immunsystems zu entgehen, bis es eine Zelle nach dem ACE2-Rezeptor abgesucht hat und sich fest an ihn bindet, bevor die Antikörper dies blockieren. Das Virus braucht ACE2, um in die Zelle einzudringen und RNA einzuschleusen.

ACE2 ist ein Enzym auf der Oberfläche von Zellen und die einzige Andockstation für die Spikes. Seine Rezeptorflächen müssen daher immer zu der ACE2-Stelle passen. Die permanente Bewegung der Zuckermolekülketten bewirkt, dass große Flächen des Virus geschützt sind, dieser Schutz aber variabel genug bleibt, damit das Virus noch an die Zellen andocken kann. "Das Virus kann also seine Spikes nicht gänzlich mit Glykanmolekülen bedecken, dann würde es sich selbst die Rezeptorflächen zu ACE2 versperren", so Sikora.

Weil das Virus so abhängig vom ACE2-Rezeptor ist, kann es diese Stelle nicht komplett durch Mutationen verändern. Sikora und seine Kollegen haben weitere Stellen auf dem Spikeprotein gefunden, die für Antikörper zugänglich sind und die von den bisherigen Impfstoffen noch nicht adressiert werden. "Das ist insofern gut, als wir einen ganz breiten Impfansatz haben können, also einen Impfstoff, der gleich für alle diese Stellen Antikörper produziert, sodass die Impfstoffe auch dann noch wirken, wenn das Virus mutiert."

In dieser Darstellung eines Spikes von Sars-CoV-2 markieren die violetten Stellen potenzielle Zielgebiete für Antikörper. Diese Stellen werden von der kontinuierlichen Bewegung der Zuckermolekül-Ketten (grün) nicht geschützt. - © Illustration: M. Sikora, S. von Bülow, F. E. C. Blanc, M. Gecht, R. Covino, G. Hummer
In dieser Darstellung eines Spikes von Sars-CoV-2 markieren die violetten Stellen potenzielle Zielgebiete für Antikörper. Diese Stellen werden von der kontinuierlichen Bewegung der Zuckermolekül-Ketten (grün) nicht geschützt. - © Illustration: M. Sikora, S. von Bülow, F. E. C. Blanc, M. Gecht, R. Covino, G. Hummer

Die Zuckermoleküle scheinen generell eine wichtige Rolle bei der Interaktion zwischen der Rezeptorbindungsfläche von Sars-CoV-2 und ACE2 zu spielen. Glykanmoleküle finden sich nämlich auch auf der Oberfläche des Enzyms und das Virus "klebt" sich geradezu an den Rezeptor. Forschungen an der Lehigh Universität in Pennsylvania haben Sars-CoV-2 in dieser Hinsicht mit Sars-CoV-1 verglichen, das sich wesentlich leichter von der Rezeptorfläche trennen ließ und wohl unter anderem aus diesem Grund weniger ansteckend war als das aktuelle Virus.

Sars-CoV-2 ist nicht das einzige Virus mit einer Hülle und mit Spikes. Die Forschungen von Mateusz Sikora und seinen Forschungskollegen zu Sars-CoV-2 sind daher auch mögliche Ansatzpunkte für Impfstoffe gegen andere Viren. Auch HIV, das Ebola und das Hepatitis-Virus haben Spikes, die durch Glykanmoleküle geschützt sind. Bei HIV sind es besonders viele und das ist ein Grund, warum es noch keinen wirksamen HIV-Impfstoff gibt. "Sars-CoV-2 hat nur wenige Zuckermoleküle. Das ist in dem Fall unser Glück."