Corona-Proteine unter Beobachtung

Warum haben Covid-19-Patienten unterschiedlich schwere Symptome? Proteinforschende aus Halle wollen mehr über den Infektionsmechanismus erfahren und untersuchen dafür die Fusion der Membranoberflächen des Corona-Virus und der menschlichen Wirtszelle.

Schritt für Schritt lernt die Wissenschaft das Virus SARS-CoV-2 besser kennen. „Sehr auffällig ist, dass die Menschen eine individuell sehr unterschiedliche Anfälligkeit gegenüber dem Corona-Virus aufweisen“, sagt Milton T. Stubbs, Direktor des Zentrums für Innovationskompetenz (ZIK) HALOmem. Das ZIK in Halle (Saale) untersucht die Struktur und Dynamik von Membranproteinen, die für die Steuerung und Regulierung lebenswichtiger Funktionen im menschlichen Körper verantwortlich sind. „Darum sind die Membranproteine auch für die Medizin und Pharmazie von großer Bedeutung“, erklärt Stubbs.

Für die Proteinforscherinnen und -forscher in Halle liegt der Fokus des Interesses jetzt auf der Membranoberfläche des Coronavirus. „Das Coronavirus gelangt in die menschliche Wirtszelle, indem sich ihr sogenanntes S-Protein mit einem Enzym-Rezeptor auf der menschlichen Wirtsmembran verbindet“, erklärt Stubbs. Infolgedessen schließen sich Virusmembran und Wirtsmembran zusammen, das Virus kann in die menschliche Zelle eindringen und sich vermehren.

Modellansicht der Membran

Im ersten Schritt der SARS-Cov-2-Infektion wird der Enzymrezeptor (pink/hellblau) auf der menschlichen Zellmembran (grau) durch das virale S-Protein (grün/gelb) erkannt und gebunden. Das führt letztendlich zu einer Fusion von viralen und menschlichen Membranen.

Milton T. Stubbs

Genetik bestimmt Enzym-Rezeptor

Dank der ZIK-Förderung durch das Bundesforschungsministerium haben die Nachwuchsforschungsgruppen von „HALOmem – membrane protein structure & dynamics“ exzellente Möglichkeiten, mithilfe von Massenspektrometrie, Kryo-Elektronenmikroskopie, Fluoreszenzspektroskopie, Röntgenkristallographie und Kernresonanzspektroskopie die Interaktionen von Membranproteinen auf atomarer Ebene zu verfolgen. Im Projekt „CORONAmem“ wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler herausfinden, warum es zu so unterschiedlichen Wechselwirkungen zwischen dem S-Protein des Virus und dem Enzym-Rezeptor des Menschen kommt.

Aktuelle Studien zeigen, dass zu 50 Prozent die genetischen Faktoren darüber bestimmen, ob infizierte Menschen unabhängig von Alter und Vorerkrankungen schwere, leichte oder gar keine Symptome zeigen. Die Wissenschaft vermutet, dass sich auch die Enzym-Rezeptoren der Menschen genetisch unterscheiden. Die Hallenser Forscher wollen nun die Rezeptoren strukturell und biophysikalisch untersuchen. „Die gewonnenen Erkenntnisse darüber, wie der Zusammenschluss der Membranproteine funktioniert, könnten helfen, die Risikopatienten besser herauszufinden und einen Weg zur personalisierten Therapie zu eröffnen“, sagt ZIK-Direktor Stubbs. Auch für die Entwicklung von Wirkstoffen gegen das Coronavirus seien die Forschungsergebnisse von Bedeutung.

Lipide bestimmen Krankheitsverlauf

Aber nicht nur genetische Faktoren bestimmen die individuell unterschiedlichen Reaktionen bei einer Infektion mit SARS-CoV-2. „Da die Zusammensetzung der Lipide, also der Fettgemische, der Wirtszelle abhängig ist vom Alter, von den Ernährungsgewohnheiten, Vorerkrankungen und somit von der Gewebestruktur des Menschen, könnte auch die Lipidzusammensetzung der Wirtszelle Einfluss darauf haben, wie leicht oder schwer das Virus sie befallen kann“, sagt Proteinforscher Milton T. Stubbs. Laut Stubbs können diese Forschungen Erkenntnisse darüber bringen, warum bestimmte Bevölkerungsgruppen anfälliger für Infektionen sind.