Die Erforschung der Bausteine der Biologie kann zu unerwarteten Ergebnissen führen. Das geschah, als Forscher am Oak Ridge National Laboratory des Energieministeriums die Pflanzengenetik erforschten. Obwohl sich ihre Forschung auf die Verbesserung von Pflanzen für die Nutzung als Bioenergiepflanzen konzentrierte, könnten ihre Erkenntnisse bei der Entwicklung zukünftiger Behandlungen für COVID-19 helfen.
Die Biologen untersuchten eine bestimmte Proteindomäne in Pflanzen namens Plasminogen-Apfel-Nematode, kurz PAN. In Pflanzen lösen die Gene, die PAN steuern, das unkontrollierte Wachstum von Zellen aus oder begrenzen es. Bestimmte Pflanzen in freier Wildbahn nutzen diese Funktion, um Wunden wie Schorf zu „heilen“. Für Genetiker ist es nützlich, weil sie PAN nutzen können, um gentechnisch veränderte Pflanzen zu züchten. Im Oak Ridge National Laboratory nutzen Wissenschaftler es, um neue Baumarten wie Pappeln für Biokraftstoffe zu schaffen.
Zuvor hatten Wissenschaftler herausgefunden, dass diese Gene auch beim Menschen vorkommen. Sie müssen ursprünglich vor Milliarden von Jahren bei einem alten Vorfahren von Pflanzen und Tieren aufgetaucht sein. Die Gene blieben dann in unserem genetischen Code.
Doch beim Menschen scheint dieser Prozess deutlich weniger nützlich zu sein als bei Pflanzen. Während unkontrolliertes Zellwachstum bei Pflanzen gesund sein kann, ist es bei Menschen oft tödlich. Alle acht Schlüsselgene sind mit bestimmten Krebsarten verbunden. PAN wird in Tumoren häufig überexprimiert. Mediziner suchen jedoch nach Möglichkeiten, diesen Prozess zu nutzen. Krebsbehandlungen könnten möglicherweise auf PAN abzielen, um Medikamente zu Tumoren zu transportieren.
Die jüngste Entdeckung ergab, dass PAN nicht nur im Allgemeinen beim Menschen vorhanden ist, sondern insbesondere im NRP1-Rezeptorprotein. Rezeptorproteine binden an bestimmte Moleküle. Wenn das Molekül an ein Rezeptorprotein bindet, verändert sich der Rezeptor und kann ein Signal in die Zelle senden. Es ist, als würde man eine Tür öffnen.
Das Spike-Protein im Virus, das COVID-19 verursacht, nutzt diesen Prozess, um in Zellen einzudringen. NRP1 ist eines der beiden Rezeptorproteine, auf die das Virus abzielt. Während aktuelle COVID-19-Behandlungen auf den anderen Rezeptor (ACE-2 genannt) abzielen, ist NRP1 vielversprechend.
Um herauszufinden, ob sie verhindern können, dass das Virus diesen Prozess ausnutzt, veränderten die Oak Ridge-Wissenschaftler eine bestimmte Art von Aminosäure in PAN. Diese Art von Aminosäure wird benötigt, damit das Spike-Protein eindringen kann. Diese Veränderung schwächte die Interaktion von NRP1 mit dem Spike-Protein des Virus. Im Gegenzug war es für das Virus schwieriger, in die Zellen einzudringen und sich zu vermehren. Dies führte zu einer erheblichen Verringerung der Anzahl der Spike-Proteine des Virus in den menschlichen Zellen. Die Ergebnisse galten für eine Reihe verschiedener Varianten von COVID-19, einschließlich der Original-, Alpha- und Delta-Varianten.
Die Erweiterung unseres Verständnisses der grundlegenden Biologie von Pflanzen könnte uns helfen, die öffentliche Gesundheit des Menschen zu verbessern.