Viren sind als Krankheitserreger bekannt, die von lästig bis tödlich reichen können, wie das Erkältungsvirus (Rhinovirus), SARS-CoV-2 und HIV. „Reduzierte Versionen“ verschiedener Viren sind jedoch als Genträger für Wissenschaftler nützlich, um Zellen zu markieren und Zellfunktionen zu verändern. Ein “Viren-Service-Team” des Austrian Institute of Science and Technology (ISTA) in Klosterneuburg (Niederösterreich) baut diese Genwerfer für Forschungszwecke, berichtet ISTA in einer Aussendung.
ISTA-Forscher nutzen gentechnisch veränderte Viren für die biologische Forschung (Symbolbild)
Durch eigens im Labor hergestellte Träger von Virusgenen, die von natürlichen Viren abstammen, kann genetisches Material in Zellen eingebracht werden, um sie zu untersuchen. Laut den Bioingenieuren um Flávia Leite können so beispielsweise die Mechanismen des Wachstums, der Bewegung und der Stoffwechselaktivitäten von Zellen Schritt für Schritt verfolgt werden.
Natürliche Viren sind kleine molekulare Maschinen, die hocheffizient Wirtszellen infizieren und sie dazu bringen, Viruspartikel zu produzieren. Die meisten von ihnen sind kleiner als die kürzeste Wellenlänge des sichtbaren Lichts (violett bei 380 Nanometer = Milliardstel Meter). Sie sind laut Leite über die ganze Welt verstreut.
Virus inofensius
Viren bestehen aus einer Proteinhülle, die manchmal (wie beim Coronavirus) von einer zusätzlichen Fetthülle umgeben ist. Diese Beschichtungen schützen das virale Genom, wo geschrieben steht, dass viele neue Viren aus infizierten Zellen produziert werden können. Diese Aufgabe wird versehentlich von Wirtszellen übernommen, die dadurch meist geschädigt werden.
„Im Labor des Virus Service verwenden wir modifizierte Viren, die nicht mehr gefährlich sind“, sagt Leite. „Man kann Zellen infizieren, also in sie eindringen, aber sie sind nicht ansteckend und können nicht auf einen neuen Wirt springen“, sagte er der APA: Sobald Wissenschaftler sie im Experiment einsetzen, würden die Virus-Genwerfer ausgehen. und er konnte keine neuen Zellen infizieren, nicht einmal einen Menschen oder ein anderes Tier. „Ihre einzige Aufgabe ist es, Proteine an die Zellen zu liefern“, sagt der Bioingenieur.
Forscher handhaben Viren-Genwerfer in Biosicherheitswerkbänken in Biosicherheitslaboren (Schutzstufe 1-2, SARS-CoV-2-Viren sollten sich hier nicht vermehren dürfen), weil sie sich theoretisch mit den Genwerfern des Virus infizieren könnten, sagt Leite: Das Das Risiko würde nur die Forscher selbst treffen, denn die zu Genträgern degradierten Viren könnten sich nicht weiter ausbreiten. „Sie werden extrem sorgfältig gebaut, damit sie keine Gene besitzen, die es ihnen erlauben würden, neue Viren zu produzieren“, erklärt Leite.
Viren als molekulare Werkzeuge
Anstelle des ursprünglichen genetischen Materials für die Virusvermehrung tragen sie beliebige Gene in die Zellen ein, über die Forscher mehr wissen wollen, berichtet er. Ein Teil dieses genetischen Codes soll in das natürliche Genom der Zelle eingefügt werden.
Mit sogenannten „Adeno-assoziierten Viren“ kann beispielsweise ein Green Fluorescent Protein (GFP) hergestellt werden. Zielzellen oder bestimmte Strukturen in ihnen würden unter dem Mikroskop hellgrün aussehen, wenn sie mit ultraviolettem Licht bestrahlt würden. Neben grün gibt es auch blau, rot und gelb fluoreszierende Proteine, sodass es möglich wäre, mehrere unterschiedliche Strukturen farblich zu markieren, um ihre Entwicklung zu beobachten.
„Unsere Viren fungieren auch als molekulare Werkzeuge“, sagt Leite, „man kann damit zum Beispiel ein Gen ausschalten, um zu verstehen, welche Rolle es in der Zelle spielt.“ Darüber hinaus veränderten Forscher manchmal Gene, um sie mit Lichtblitzen ein- und auszuschalten. „Adeno-assoziierte Viren sind für Neurowissenschaftler besonders nützlich, weil sie auf verschiedene Arten von Gehirnzellen abzielen“, erklärt der Forscher. Das bedeutet, dass Sie einzelne Gehirnstrukturen untersuchen können.
Möglichkeit zur Erzeugung kontinuierlicher Zelllinien
„Lentiviren“ wiederum haben die „besondere Fähigkeit“, Erbgutstücke (DNA) herzustellen, die einen integralen Bestandteil des Genoms einer Zelle tragen. „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 zum Beispiel verfolgt Sandra Siegert damit mikrogliale Immunzellen im Gehirn, und Michael Sixt beobachtet mit Lentiviren, wie sich Immunzellen durch dichtes Gewebe bewegen.“
Das Team des ISTA Virus Service in Klosterneuburg stellt auch Abkömmlinge von Tollwutviren her. „Während es in seiner natürlichen Form sehr gefährlich ist, kann es Neurowissenschaftlern im Labor dabei helfen, Verbindungen zum Gehirn zu kartieren“, sagt Mark Smyth, Virus Service Techniker. „Bei richtiger Anwendung infiziert es Nervenzellen in entgegengesetzter Richtung zum Informationsfluss. Zum Gehirn.“ So wird der Weg der Information unter dem Mikroskop sichtbar, wenn das Virus Neuronen dazu bringt, fluoreszierende Proteine zu produzieren.
(APA/rot, Foto: APA/APA/dpa/gms/dkfz/A9999 Dkfz)