Längere „Stacheln“ und knubbelige Form: Forscher haben das erste biologisch korrekte 3D-Modell des Coronavirus SARS-CoV-2 erstellt – verfügbar auch zum Selbstausdrucken per 3D-Drucker. Das Modell im Maßstab eine Million zu eins zeigt Länge und Form der krönchenförmigen Oberflächenproteine realistischer als das CDC-Modell und enthüllt auch, dass der „Rumpf“ des Virus keine ebenmäßige Kugel ist.
Seine Form ist unverkennbar: Typisch für Coronaviren wie den aktuellen Pandemie-Erreger SARS-CoV-2 sind die vorstehenden Oberflächenproteine – die „Krönchen“, die dieser Virengruppe ihren Namen gaben. Sie umfassen auch das Spike-Protein, mit dem das Virus an die menschlichen Zellen andockt und in sie eindringt. Außerdem gehört das Coronavirus zu den behüllten Viren: Sein Erbgut ist durch eine kugelförmige, proteinhaltige Membran vor Umwelteinflüssen geschützt.
3D-Modell auf Basis neuester Erkenntnisse
Doch wie SARS-CoV-2 im Detail aussieht, ist selbst mit Elektronenmikroskopen nur schwer zu ermitteln. Die neuesten Erkenntnisse dazu trägt deshalb eine internationalen Corona Structural Task Force aus sieben Nationen und unterschiedlichsten Fachbereichen wie Chemie, Physik, Informatik und Strukturbiologie zusammen. Jetzt haben die Forscher um Andrea Thorn von der Universität Würzburg ein erstes 3D-Modell des neuen Coronavirus entwickelt.
Das Besondere daran: Das neue 3D-Modell im Maßstab eine Million zu eins bildet die Größenverhältnisse und Strukturen des Virus realitätsgetreu ab. Neben den krönchenartigen Oberflächenproteinen zeigt es auch Lage und Art von zwei Hüllproteinen, den E- und M-Proteinen. In seinen Details ist diese Darstellung beispielsweise präziser als die verbreitete Darstellung des Virus von der US-Seuchenschutzbehörde CDC, wie Thorn und ihr Team erklären.
So sieht das Virus wirklich aus
Konkret zeigt das Modell: Das Virus ist nicht wirklich rund und symmetrisch, sondern eher etwas knubbelig mit unebener Oberfläche. Zudem sind die vorstehenden „Stacheln“ des Coronavirus – im 3D-Modell grün – länger als bislang dargestellt, die Virenhülle ist im Verhältnis zu diesen „Krönchen“ kleiner. Weil die Enden dieser Oberflächenproteine durch Zuckeranlagerungen (im Modell grau) glykolisiert sind, bekommen sie zudem eine klumpige, unregelmäßige Form.
Mit ihren strukturbiologischen Molekülmodellen wollen die Wissenschaftler dazu beitragen, die Entwicklung eines Impfstoffes oder einer Therapie gegen Covid-19 zu beschleunigen. Gleichzeitig aber geht es ihnen auch darum, der breiten Öffentlichkeit eine bessere Vorstellung des „unsichtbaren Feindes“ zu verschaffen. „Wir hoffen, dass wir das Virus damit begreifbarer machen können“, sagt Thorn.
Zum Selbstausdrucken mit dem 3D-Drucker
Der Clou jedoch: Die Forscher haben die Druckdateien für ihr Viren-Modell frei ins Internet gestellt. Das buchstäblich begreifbare Modell von SARS-CoV-2 kann dadurch mit jedem normalen 3D-Drucker ausgedruckt werden. Das fertige Modell ist 17 Zentimeter groß – perfekt zum Anfassen und genau Betrachten. Eine Anleitung für den 3D-Druck und die Bemalung des Virus sowie die notwendigen Dateien stellt die Corona Structural Task Force auf ihrer Homepage zur Verfügung.
„Wir haben auch ein Rhinovirus und einen Antikörper im selben Maßstab in den Dateien hochgeladen“, so die Forscher. Am Rhinovirus könne man gut erkennen, wie groß SARS-CoV-2 im Vergleich zu anderen Viren ist. Der Antikörper illustriert, wie unser Immunsystem sich gegen das Coronavirus wehrt. Denn diese Abwehrmoleküle binden spezifisch an bestimmte Strukturen der viralen Oberflächenproteine. Im besten Fall verhindern sie dadurch den Befall der Zellen und die Vermehrung des Virus.
Quelle: Rudolf-Virchow-Zentrum – Center for Integrative and Translational Bioimaging
