Universeller Grippeimpfstoff bald nicht mehr Zukunftsmusik?

Wer sich gegen Grippe impfen lassen will, muss diese Impfung praktisch jedes Jahr wiederholen. Denn die Grippeviren mutieren ständig, so dass bisherige Antikörper nicht mehr wirken. Ausserdem braucht das Herstellen des Impfstoffs seine Zeit. Neun Monate vor der nächsten Grippewelle wird deshalb versucht vorherzusagen, welche Virenstämme diesmal wohl kommen werden. Je nachdem, wie treffend die Vorhersage war, wirkt der Impfstoff besser oder nicht ganz so gut.

Es wäre also enorm nützlich, einen Grippeimpfstoff zu haben, der etwas breiter wirkt. Dann müsste man sich auch nicht jedes Jahr neu impfen lassen, und die Angst vor einer Pandemie hielte sich in Grenzen. Forschern an der Mount Sinai School of Medecine (nein, die steht nicht in Ägypten, sondern in New York) scheint hier ein entscheidender Durchbruch gelungen zu sein.

Ziel des Impfstoffes ist das Protein Hämagglutinin (HA) in der Virenhülle, genauer die Untereinheit HA2. Diese variiert zwischen verschiedenen Virenstämmen nämlich nur wenig im Vergleich zum Rest des Proteins. Jetzt gibt es aber ein Problem (sonst hätten wir den universellen Impfstoff ja schon lange): Die Untereinheit HA2 steckt grossteils in der Virenhülle, und was daraus herausragt, wird von der Untereinheit HA1 verdeckt. Aus diesem Grund können Antikörper an HA2 nur schlecht andocken. Die Forschungsgruppe hat daher nach Wegen gesucht, die HA2-Untereinheit im Impfstoff freizulegen und somit für Antikörper zugänglich zu machen.

Erfolgreich waren sie mit der Methode, den störenden Kopfbereich der HA1-Untereinheit herauszuschnipseln und die beiden Enden durch einige wenige Aminosäuren, die Bausteine der Proteine, zu ersetzen. Das sieht dann so aus:

Oben das Schema des ungefalteten Proteins HA. Der mittlere Teil der HA1-Untereinheit (blau) wird entfernt und durch verschieden Aminosäurensequenzen ersetzt. Unten Modelle des vollständig gefalteten Proteins mit und ohne HA1-"Kopf". Steel et al. 2010.

Mit einem Impfstoff aus solchen "kopflosen" HA-Proteinen wurden Mäuse erfolgreich gegen Grippeviren desselben Stammes immunisiert. Die Antikörper, die die Mäuse produziert hatten, wurden auch auf ihre Wirksamkeit gegen andere Virenstämme gestestet. Dabei ergab sich folgendes Muster: War das kopflose HA-Protein vom Subtyp H1, waren die Antikörper wirksam gegen die Subtypen H1, H2 und H5, nicht aber gegen H3. Bei kopflosem HA vom Subtyp H3 verhielt es sich gerade umgekehrt: diese Antikörper bekämpften erfolgreich H3-Viren, nicht aber H1, H2 oder H5.

Dieses Verhalten macht durchaus Sinn, wenn man den Aufbau des HA-Proteins näher betrachtet. Da lassen sich die H-Subtypen in zwei grosse Gruppen teilen, die sich im Aufbau von HA deutlich unterscheiden. H1, H2 und H5 gehören zur ersten Gruppe, H3 hingegen zur zweiten. Deshalb zeigten die Antikörper bei der jeweils anderen Gruppe keine Wirkung.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass hiermit möglicherweise der Grundstein gelegt wurde für einen Impfstoff, der gleichzeitig gegen mehrere Influenza-Subtypen wirkt.

Quelle:
Steel, J. et al. Influenza Virus Vaccine Based on the Conserved Hemagglutinin Stalk Domain. mBio 1:1 e00018-10; Published 18 May 2010, doi:10.1128/mBio.00018-10 (Bei mBio handelt es sich übrigens um ein brandneues Journal der American Society for Microbiology - online und frei zugänglicher Volltext.)

Eine Fabrik aus DNA

Das ist richtig cool: Eine Fabrik aus DNA-Molekülen, die Nanopartikel zusammenbauen. Nein, es ist kein verspäteter Aprilscherz, das funktioniert wirklich.

Grob umrissen sieht das folgendermassen aus: Ein dichtes Gewebe aus DNA-Strängen bildet das Grundgerüst (ein sogenanntes DNA-Origami). Darauf bewegt sich der "Läufer" vorwärts, der aus mehreren kurzen DNA-Strängen besteht. An mehreren Stationen wird dieser "Läufer" mit Nanopartikeln beladen. So wird es möglich, Nanopartikel nach einem regelmässigen Muster zusammenzuführen.

 Schema der Fertigungsstrasse. Der "Läufer" bewegt sich von links nach rechts und nimmt dabei Nanopartikel (grün) auf. Hongzhou Gu et al. 2010.

Erstaunlich, nicht wahr? Aber weshalb verwendet man dazu gerade DNA? Dazu muss ich etwas ausholen. Im Erbgut liegt die DNA in Form einer Doppelspirale vor. Die beiden Stränge halten dabei durch Wasserstoffbrücken (WSB) zusammen, und zwar sind es zwischen den Nukleotiden Adenin (A) und Thymin (T) zwei WSB, und zwischen den Nukleotiden Guanin (G) und Cytosin (C) drei WSB. Deshalb kann A nur mit T und G nur mit C kombiniert werden. Ein Strang mit einer bestimmten Nukleotidsequenz (z.B. AGTC) verbindet sich mit einem Strang mit komplementärer Nukleotidsequenz (im Beispiel TCAG). Durch geschickte Auswahl der Nukleotidreihenfolge und durch Hilfsstränge lässt sich DNA in geradezu bizarre Formen falten. Solche Kunstwerke werden DNA-Origami genannt.

Beispiele von DNA-Origami. Links Modell, rechts Bild im Rasterkraftmikroskop. Der weisse Balken im letzten Bild (s) misst 100 nm. Paul W. K. Rothemund 2006.

Der Läufer besteht aus einzelnen DNA-Strängen, die nur stellenweise zu Doppelsträngen verbunden sind. Er hat vier Beine mit Füssen aus Einzelsträngen, die an Fortsätze mit komplementärer Nukleotidsequenz aus dem Origami binden können. Normalerweise steht der Läufer auf zwei Füssen. Um ihn vorwärts zu bewegen, wird die Verbindung zu einem Fuss gelöst, worauf sich einer der freien Füsse einen neuen Halt sucht. Solche Roboter aus DNA werden übrigens auch als "Nubots" für "nucleic acid robots" bezeichnet.

"Läufer" aus DNA-Strängen. Die mit F bezeichneten Stränge sind die Füsse. Hongzhou Gu et al. 2010.

Quelle:

Gu, H. et al. Nature 465, 202-205 (13 May 2010) | doi:10.1038/nature09026 - abstract

Das erste mehrzellige Tier, das ohne Sauerstoff auskommt

Bis vor kurzem kannte man keine vielzelligen Tiere, die nicht auf Sauerstoff angewiesen sind. Obwohl theoretisch denkbar, hatte man solche nie gefunden. Bis vor kurzem. Aber jetzt haben Biologen eines entdeckt. Was ist das für ein Tierchen, und wo und wovon lebt es?

Es handelt sich um eine neue Tierart des Stammes der Korsetttierchen. Diese sind kleiner als ein Millimeter, haben einen stachelbewehrten Kopf und einen Rumpf mit plattenbesetztem Panzer. Es scheinen also recht standhafte Tierchen zu sein. Sie leben im Meeresboden, wo sie sich an Sandkörner heften.

 Eines der anaeroben Korsetttierchen. Die Färbung ist künstlich.

Grösse des Tierchens ca. 0.2 mm.

Die neue Art wurde im Mittelmeer entdeckt, und zwar im Bassin L'Atalante, einem hypersalinen, anoxischen Tiefseebecken. Die Lebensbedingungen dort sind harsch: hoher Druck, hoher Salzgehalt, toxischer Schwefelwasserstoff und kein Sauerstoff.

Diesem Korsetttierchen fehlt ein wesentlicher Zellbestandteil, in welchem bei Tieren Sauerstoff verarbeitet und Energie gewonnen wird: die Mitochondrien. Stattdessen wurden in ihm Organellen entdeckt, die bisher noch nie in einem mehrzelligen Tier gefunden wurden. Diese heissen Hydrogenosomen und dienen demselben Zweck wie die Mitochondrien, nur dass sie nicht Sauerstoff (O₂) verarbeiten. Anstelle dessen nehmen sie Molekülen, die H-Atome enthalten, die H-Atome weg und bilden daraus Wasserstoff (H₂). Für alle, die etwas chemische Kenntnisse haben: Es handelt sich dabei um eine Reduktion, also eine Elektronenaufnahme. Die zugehörige Oxidation ist der Abbau von Traubenzucker (Glucose) zu CO₂.

Hier finden wir auch einen möglichen Grund, warum die Tierchen hohen Schwefelwasserstoffkonzentrationen standhalten. Schwefelwasserstoff verhindert nämlich die Sauerstoffverarbeitung in den Mitochondrien, deshalb ist er für uns giftig. Ausserdem behindert er auch den Sauerstofftransport durch das Blut. Aber wenn man keine Mitochondrien hat, ist das natürlich kein Problem.

Das grosse Rätsel ist jetzt die Evolution dieses Tieres. Wie kam es dazu, dieses unwirtliche Habitat zu besiedeln? Und wie erreichte es die Anpassung, d.h. wie entwickelten sich die Hydrogenosomen? So sind die unscheinbaren Korsetttierchen plötzlich enorm spannend geworden.

Quellen:
Danovaro, R. et al. BMC Biology 2010, 8:30 doi:10.1186/1741-7007-8-30