Spektakuläre Aufnahmen Wie sich Aids-Viren selbst bauen

Fataler Bausatz: Hat er einmal sein Erbgut in Zellen des Immunsystems geschleust, baut sich der Aids-Erreger selbst zusammen. Heidelberger Forscher haben nun erstmals sichtbar gemacht, wie junge HI-Viren aus einzelnen Protein-Bausteinen entstehen - auf beeindruckenden 3D-Aufnahmen.

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Aids ist eine Seuche, die seit über 25 Jahren die Menschheit terrorisiert. Die Krankheit wird vom HI-Virus hervorgerufen, das nach und nach bestimmte Zellen des Immunsystems befällt und zerstört. Forscher wissen mittlerweile ziemlich genau, wie das Virus aufgebaut ist. Doch was genau in den Zellen eines HIV-Infizierten geschieht und wie die Virenvermehrung im Detail abläuft, war bislang unklar.

Unreife HI-Viren: Die Stützhülle aus Proteinen enthält Löcher und wird zur Kugel gekrümmt
John Briggs

Unreife HI-Viren: Die Stützhülle aus Proteinen enthält Löcher und wird zur Kugel gekrümmt

Heidelberger Wissenschaftler um John Briggs und Hans-Georg Kräusslich haben nun untersucht, wie junge HI-Viren gebaut werden und heranreifen. Mit Hilfe spezieller elektronenmikroskopischer Technik machten sie den Aufbau junger Virenpartikel sichtbar - mit noch niemals zuvor erreichter Genauigkeit. Im Fachmagazin " Proceedings Of The National Academy Of Sciences" präsentierten die Wissenschaftler ihre Arbeit. Sie hoffen, mit diesem Wissen möglicherweise einmal Medikamente entwickeln zu können, die Aids-Viren beim Selbst-Zusammenbau stoppen.

HI-Viren sind kugelförmig - doch sein Herz ist das Kapsid, ein kegelförmiger Behälter aus Proteinen, der das Erbgut einhüllt und schützt. Das Erbgut von HI-Viren sind zwei Kopien eines einsträngigen RNA-Moleküls. Es enthält nur neun Gene - das ist der gesamte Bauplan für ein neues Virus.

Der Kapsidbehälter ist umgeben von einer Doppelmembran aus Fettmolekülen, wie sie auch menschliche und tierische Zellen umschließen. Kein Wunder, das Virus stiehlt sie den Zellen, die es befallen hat. Eigentlich ist die Membran elastisch, aber ein kugelförmiges Stützskelett aus Proteinen darunter hält sie ballförmig.

An seiner Oberfläche hat HIV ganz bestimmte Andockproteine, die wie ein Schlüssel auf Rezeptoren an der Außenseite der Immunzellen passen. So dockt es an, seine Membran verschmilzt mit der der Zelle, und das Kapsid wird eingeschleust. Wie die Büchse der Pandora gibt es seine brisante Fracht, die Viren-RNA, in die Zelle frei. Es wird in doppelsträngige DNA übersetzt, in das Erbgut eingebaut und die Zelle so missbraucht, millionenfach neue Viren zu produzieren.

Eines der Virengene, Gag genannt, spielt dabei eine ganz entscheidende Rolle: Es codiert ein Protein, das der Baustein ist für Kugelskelett und Kapsid des Virus.

Das kugelförmige Proteingerüst wird nochmal umgebaut

Kräusslich und Briggs haben rekonstruiert, wie viele Gag-Proteine sich zusammenlagern und heranreifende Virenhüllen selbstständig aufbauen. Das Gag-Molekül ist hexagonal - hat also sechs Bindungsstellen und bindet allen diesen Positionen weitere Gag-Steine.

Doch aus geometrischen Gründen müsste so eigentlich eine ebene Protein-Fläche entstehen. Wie aber kommt es zur Kugelform?

"Wenn sich eine hexagonale Struktur bildet - so wie eine Bienenwabe - , dann ist sie zunächst zweidimensional, also flach", sagte Kräusslich im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE. "Wenn man einfach immer mehr hexagonale Elemente aneinanderreiht und sie zu einer Kugel biegt, entsteht Stress und irgendwann geht es nicht weiter." Um daraus ein kugeliges Gebilde zu machen, so Kräusslich, müssten laut den Regeln der Geometrie entweder nicht hexagonale Elemente eingebaut werden.

Die Forscher vergrößerten die sich bildenden Kugel-Partikel so stark, dass sie die Feinstruktur analysieren konnten. Sie fanden heraus: Beim Zusammenlagern der Gag-Bausteine entstehen unregelmäßig immer wieder Löcher im Protein-Gitter. Sie ermöglichen der Ebene erst die Krümmung zur Kugel. Einer Kugel mit Löchern. "Ein sehr einfaches Bauprinzip", sagt Kräusslich.

Diese frühen Virenkugeln werden in den befallenen Zellen dicht unter der Membran zusammengebaut - das hatten Forscher in früheren Studien herausgefunden. Wie ein Wolf im Schafspelz tarnen sich die HI-Viren dann, indem sie sich mit Teilen der Zellmembran umhüllen.

Das kugelförmige Proteingerüst baut sich nun um: Während ein Teil der Gag-Proteine weiterhin die Membran stützt, formt ein anderer Teil das kegelförmige Kapsid - fertig ist ein neues HI-Virus.

Der Selbst-Zusammenbau dauert nur sechs Minuten, wie frühere Studien ergaben. In Massen produzieren infizierte Zellen neue HI-Viren - und gehen dabei selbst zugrunde. Wie Wissenschaftler früher schon herausgefunden haben, manipuliert das Virus die Zellen sogar derart, dass sie an andere Immunzellen andocken und sie so infizieren, ohne dass die Viren ins Blut gelangen müssen.

Kräusslich und Briggs erhoffen sich von ihren Forschungen neue Ansatzpunkte für neue Medikamente gegen HIV. Dazu wollen sie nun auch noch feinere Aufnahmen des Proteingerüstes anfertigen - um Schwachstellen darin zu finden.



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