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Viren schleusen ihre Erbsubstanz in unsere Zellen ein. Wie das funktioniert, lässt sich
nun an der TU Wien mit einer neuen Kombination von Analysemethoden untersuchen.
Wieb (tu) - Schnupfenviren verursachen uns Ärger, indem sie in unsere Zellen eindringen und dort die
RNA aus ihrem Inneren in das Cytoplasma der infizierten Zelle transportieren. Erst dadurch können sie sich
vermehren. Wie diese Ausschleusung der RNA aus dem Inneren des Virus im Detail abläuft, ist schwer zu untersuchen.
An der TU Wien wurden nun eine Methode entwickelt, mit der man diesen Prozess analysieren kann. Sie entstand aus
der Kombination zweier etablierter Verfahren – sogenannten „Molecular Beacons (molekulare Leuchtfeuer)“ und der
Kapillarelektrophorese im Chip-Format. Die neue Methode wurde nun publiziert und der Artikeltitel ziert das Cover
des Fachjournals „Analytical and Bioanalytical Chemistry“.
Mini-Fußball mit Erbsubstanz
Das Schnupfenvirus, das Prof. Günter Allmaier und sein Team vom Institut für Chemische Technologien und
Analytik studierten, ist relativ einfach aufgebaut. Es sieht aus wie ein Nano-Fußball mit einem Durchmesser
von ungefähr 30 Nanometern. Seine Schale besteht aus vier verschiedenen Proteinen, die jeweils 60-fach vorhanden
sind, im Inneren verbirgt sich die RNA, auf der die Erbinformation des Virus gespeichert ist.
„Bestimmte äußere Bedingungen können das Virus dazu bringen, seine RNA nach außen freizusetzen“,
erklärt Victor Weiss, PostDoc von Günter Allmaier. „In unseren Zellen wird das durch einen niedrigeren
pH-Wert ausgelöst, man kann denselben Effekt auch erzielen, indem man die Temperatur für zehn Minuten
auf 57°C erhöht.“ In diesem Fall organisieren sich die Proteine um, die Schale des Virus bekommt Löcher,
durch eines von ihnen wird dann der RNA-Strang freigegeben.
Für viele medizinische Fragen ist es wichtig, diesen Mechanismus genau zu verstehen – zum Beispiel für
die künftige Entwicklung von Medikamenten, die genau diesen RNA-Transfer verhindern. Die Dynamik dieses Vorgangs
konnte bisher nicht direkt beobachtet werden. In den Labors der TU Wien wird dieser Prozess aber nun experimentell
zugänglich gemacht.
Fluoreszierende Marker und Elektrophorese
Man verwendet sogenante „Molecular Beacons“ – das sind maßgeschneiderte RNA (oder DNA-) Moleküle mit
zwei verschiedenen Enden. An einem Ende sitzt ein Fluorophor, der aufleuchtet, wenn man ihn mit Laserlicht einer
bestimmten Wellenlänge bestrahlt, am anderen Ende ein „Quencher“, der genau dieses Aufleuchten verhindert.
„Anfangs ist das Molekül zusammengeklappt, Fluorophor und Quencher befinden sich ganz nahe nebeneinander,
dann ist die Fluoreszenz sehr gering“, erklärt Victor Weiss.
Die Molecular Beacons können allerdings an eine ganz bestimmte RNA-Sequenz andocken. Wenn das passiert, klappt
das Molekül auseinander, Fluorophor und Quencher sind plötzlich weit voneinander entfernt, und wenn man
das Molekül dann mit dem passenden Laserlicht bestrahlt, fluoresziert es.
Man kann diese Molecular Beacons also verwenden, um bestimmte RNA-Sequenzen nachzuweisen. Diese Technik wurde an
der TU Wien mit einer anderen bewährten Technik kombiniert – der Kapillarelektrophorese. Dabei trennt man
die Komponenten einer Probe nach ihrer elektrophoretischer Mobilität (Wanderungsgeschwindigkeit in einem elektrischen
Feld). Eine kleine Flüssigkeitsprobe wird in einem Chip-Kanal platziert, und dort wir ein elektrisches Feld
angelegt, in dem die unterschiedlichen Nanopartikel auf charakteristische Weise unterschiedlich schnell wandern.
Nach einer Trennstrecke von etwa eineinhalb Zentimetern trifft dann ein Laserstrahl auf die Partikel. Dort werden
dann die leuchtenden Fluorophore des ausgeklappten Molecular Beacons gemessen, die an der Viren-RNA andocken konnten.
„Die unterschiedlichen Bestandteile der Probe kommen zu unterschiedlichen Zeitpunkten beim Laser an, erst dadurch
kann man sichergehen, dass man genau misst, was man eigentlich messen möchte“, erklärt Günter Allmaier.
„Damit können wir nun beispielsweise zeigen, welches Ende der RNA zuerst aus dem Virus austritt, und wie dieser
Prozess genau abläuft.“
Im Prinzip lässt sich die Methode, die im Rahmen eines FWF Projektes gemeinsam mit der Forschungsgruppe Dieter
Blaas (Medizinische Universität Wien) entwickelt wurde, auch auf alle anderen Viren anwenden. „Uns geht es
um die Entwicklung der Methode, als Testobjekt ist das Schnupfenvirus geradezu ideal“, meint Allmaier. „Wir hoffen
aber natürlich, dass sich diese Methode in der medizinischen Forschung etabliert. Dass sie großes Potenzial
hat, haben wir nun gezeigt und zeigt sich auch in der Kooperation mit der Firma Agilent Technologies.“
Originalpublikation:
Analytical and Bioanalytical Chemistry, doi:10.1007/s00216-016-9459-2
http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00216-016-9459-2
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