Das formwandelnde Vulkanvirus weist auf neue Wege zur Verabreichung von Medikamenten und Impfstoffen hin

Aus heißen vulkanischen Quellen, in denen das Wasser fast sauer ist, haben ein Forscher der University of Virginia und seine Kollegen entdeckt, wie zitronenförmige Viren zu ihrer Form kamen. Und diese Entdeckung könnte zu neuen und besseren Wegen zur Verabreichung von Medikamenten und Impfstoffen führen.

Während die überwiegende Mehrheit der Viren entweder stäbchenförmig oder kugelförmig ist (wie das für COVID-19 verantwortliche Coronavirus), waren Wissenschaftler verwirrt über die ungewöhnlichen Formen von Viren, die in einigen der rauesten Umgebungen der Erde vorkommen.

Die Forscher untersuchten ein solches Virus, als sie entdeckten, dass es seltsame Eigenschaften hat, die es ihm ermöglichen, seine Form zu verändern. Während es normalerweise einer Zitrone oder Spindel ähnelt, kann das Virus Schwänze bilden. Die Struktur, die dies ermöglicht, erklärt die Wissenschaftler wahrscheinlich, wie alte stäbchenförmige Viren zu all den heute bekannten spindelförmigen Viren geführt haben.

„Wir können jetzt ein neues Prinzip verstehen, wie Proteine ​​die Hülle bilden können, die die DNA in einem Virus verpackt“, sagte der leitende Forscher Edward H. Egelman von der UVA School of Medicine. „Dies hat nicht nur Auswirkungen darauf, zu verstehen, wie sich bestimmte Viren entwickelt haben, sondern kann möglicherweise auch für neue Wege genutzt werden, um alles von Medikamenten bis hin zu Impfstoffen zu verabreichen.“

Die Form von Viren

Das Virus, das Egelman und seine Kollegen untersuchten, Sulfolobus monocaudavirus 1 oder SMV1, hat eine Proteinhülle, die die DNA umgibt, die spindel- oder zitronenförmig ist. Aber es war fast 20 Jahre lang ein Rätsel, wie genau so viele Kopien desselben Proteins zusammenkommen können, um eine solche Form zu bilden.

Egelman und sein Team konnten die seltsamen Eigenschaften von SMV1 mithilfe von Hightech-Kryoelektronenmikroskopie und fortschrittlicher Bildverarbeitung aufdecken.

Die Forscher fanden heraus, dass SMV1 Stränge von Proteinen enthält, die aneinander vorbeigleiten, weil sie „fettig“ sind. Diese sieben Proteinstränge wurden sowohl im Körper als auch im Schwanz des Virus gefunden und verleihen dem Virus eine bemerkenswerte Fähigkeit zur Gestaltwandlung. Anstatt eine feste Form zu haben, kann es sich wie ein Kugelfisch aufblähen, um genetisches Material aufzunehmen. Gleichzeitig bilden diese Stränge eine undurchdringliche Barriere, um zu verhindern, dass die Säure, die die Stränge umgibt, die DNA im Inneren des Virus zerstört.

Das Virus ist eine gewaltige Bedrohung für die einzelligen Organismen, die es infiziert. Einmal infiziert, verwandeln sich die Wirtsorganismen in relativ riesige Fabriken, die mehr Viren produzieren. Diese Wirtszellen werden bis zu 20 Mal größer, bevor eine neue Armee von Viren hervorbricht.

Basierend auf ihren Erkenntnissen schlussfolgern Egelman und seine Mitarbeiter, dass die heutigen Viren, die wie Spindeln oder Zitronen geformt sind, wahrscheinlich von alten stäbchenförmigen Vorfahren abstammen. Die stäbchenförmigen Viren konnten nur eine begrenzte Menge an DNA enthalten, und die „schmierigen“ Eigenschaften, die SMV1 seine Form verändern ließen, hätten es den Viren der Vorfahren ermöglicht, mehr genetisches Material zu verpacken – aus evolutionärer Sicht eine nützliche Eigenschaft für Viren.

„Viren können eine große Bedrohung für die menschliche Gesundheit darstellen, wie wir an der COVID-19-Pandemie sehen“, sagte Egelman von der Abteilung für Biochemie und Molekulargenetik der UVA. „Es ist daher entscheidend, dass wir mehr darüber verstehen, wie sich Viren entwickelt haben. Aber wir können auch von Viren lernen und neue Technologien entwickeln, die auf den Prinzipien dieser sehr einfachen Strukturen basieren.“

Ihre Ergebnisse haben die Forscher in der Fachzeitschrift veröffentlicht Zelle.