Viren sind bekanntermaßen Krankheitserreger, die von lästig bis tödlich reichen können, wie die gewöhnlichen Erkältungsviren (Rhinoviren), SARS-CoV-2 und HIV. Allerdings sind „abgeschwächte Versionen“ verschiedener Viren als Genträger für Wissenschaftler nützlich, um Zellen zu markieren und Zellfunktionen zu verändern. Ein „Viren-Service-Team“ des Institute of Science and Technology Austria (ISTA) in Klosterneuburg (Niederösterreich) baue solche Gen-Shuttles für Forschungszwecke, berichtete ISTA in einer Aussendung.
ISTA-Forscher nutzen gentechnisch veränderte Viren für die Bioforschung (Symbolbild)
Genetisches Material kann in zu untersuchende Zellen eingeführt werden, indem speziell hergestellte virale Genträger aus dem Labor verwendet werden, die Derivate natürlicher Viren sind. Laut der Bioingenieurin um Flávia Leite wird es damit beispielsweise möglich, die Mechanismen von Wachstum, Bewegung und Stoffwechselvorgängen in Zellen Schritt für Schritt zu verfolgen.
Natürliche Viren sind kleine molekulare Maschinen, die Wirtszellen sehr effizient infizieren und sie dazu bringen, Viruspartikel zu produzieren. Die meisten davon sind kleiner als die kürzeste Wellenlänge des sichtbaren Lichts (violett bei 380 Nanometer = Milliardstel Meter). Laut Leyte sind sie auf der ganzen Welt verbreitet.
Viren werden neutralisiert
Viren bestehen aus einer Proteinhülle, die manchmal (wie beim Coronavirus) von einer zusätzlichen Fetthülle umgeben ist. Diese Beschichtungen schützen das Virusgenom, auf dem geschrieben steht, dass viele neue Viren von den infizierten Zellen produziert werden können. Diese Aufgabe wird unwissentlich von den Wirtszellen übernommen, die sich dabei meist selbst zerstören.
„Im Labor des Virus Service verwenden wir modifizierte Viren, die nicht mehr gefährlich sind“, sagt Leite. „Sie können die Zellen infizieren, dh. in sie einzudringen, aber sie sind nicht infektiös und können nicht zu einem neuen Wirt springen”, erklärte sie gegenüber der APA: Sobald Wissenschaftler sie im Experiment einsetzen, sind die Genfähren des Virus aufgebraucht und es kann keine neuen Zellen infizieren bzw sogar eine Person oder ein anderes Tier. „Ihre einzige Aufgabe ist es, Proteine an die Zellen zu liefern“, sagt der Bioingenieur.
Forscher handhaben die viralen Genfähren auf Biosicherheitswerkbänken in Biosicherheitslaboren (Schutzstufe 1-2, SARS-CoV-2-Viren sollten sich hier nicht vermehren dürfen), da sie theoretisch mit viralen Genfähren infiziert werden könnten, sagt Leite: Diese Gefahr bestünde betreffen nur die Forscher selbst, denn zu Genträgern degradierte Viren können sich nicht weiterverbreiten. „Sie werden äußerst sorgfältig so manipuliert, dass sie keine der Gene besitzen, die es ihnen ermöglichen würden, neue Viren zu produzieren“, erklärt Leite.
Viren als molekulare Werkzeuge
Anstelle des ursprünglichen genetischen Materials des Virus zur Replikation tragen sie jedes Gen in die Zellen, über das Forscher mehr erfahren möchten, berichtet sie. Ein Teil dieses genetischen Codes soll in das native Genom der Zelle eingefügt werden.
Mit den sogenannten “Adeno-assoziierten Viren” kann beispielsweise grün fluoreszierendes Protein (Green Fluorescent Protein – GFP) hergestellt werden. Die Zielzellen oder bestimmte Strukturen in ihnen leuchten dann unter dem Mikroskop grün, wenn sie ultraviolettem Licht ausgesetzt werden. Neben grün gibt es auch blau, rot und gelb fluoreszierende Proteine, sodass es möglich wäre, mehrere verschiedene Strukturen farblich zu markieren, um ihre Entwicklung zu verfolgen.
„Unsere Viren fungieren auch als molekulare Werkzeuge“, sagt Leite: „Man kann damit zum Beispiel ein Gen ausschalten, um herauszufinden, welche Rolle es in einer Zelle spielt.“ Außerdem verändern Forscher manchmal Gene, um sie einzuschalten und aus. Lichtblitze. „Adeno-assoziierte Viren sind für Neurowissenschaftler besonders nützlich, weil sie auf verschiedene Arten von Gehirnzellen abzielen“, erklärt der Forscher. So können Sie einzelne Hirnstrukturen untersuchen.
Die Erzeugung kontinuierlicher Zelllinien ist möglich
„Lentiviren“ wiederum haben die „besondere Fähigkeit“, die Teile des genetischen Materials (DNA), die sie tragen, zu einem integralen Bestandteil des Genoms der Zelle zu machen. „Auf diese Weise wird die eingebrachte DNA dann an die Nachkommen der Zelle weitergegeben und wir können kontinuierliche Zelllinien erzeugen“, sagt Leite. Auch hier ist die Einbringung von grün fluoreszierendem Protein möglich. „Am ISTA verfolgt beispielsweise Sandra Siegert damit mikrogliale Immunzellen im Gehirn und Michael Sixt beobachtet mit Lentiviren die Bewegung von Immunzellen durch dichtes Gewebe.“
Das Virenservice-Team des ISTA in Klosterneuburg stellt auch Tollwutvirus-Derivate her. „Obwohl es in seiner natürlichen Form sehr gefährlich ist, kann es Neurowissenschaftlern im Labor dabei helfen, Verbindungen im Gehirn zu kartieren“, sagt Virenservice-Techniker Mark Smith. „Bei richtiger Anwendung infiziert es Nervenzellen in entgegengesetzter Richtung des Informationsflusses das Gehirn.” So wird der Informationsweg unter dem Mikroskop sichtbar, da das Virus Neuronen dazu bringt, fluoreszierende Proteine zu produzieren.
(APA/rot, Foto: APA/APA/dpa/gms/dkfz/A9999 Dkfz)
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