Mithilfe einer Kombination von Abbildungstechniken haben Wissenschaftler Viren dabei beobachtet, wie sie in eine Zelle eindringen, indem sie die äußeren Membranen durchstoßen und die Zellwände auflösen. Die Forscher verknüpften dabei neue Erkenntnisse mit bestehenden Daten und entwickelten daraus ein nahezu vollständiges Szenario des Ablaufs eines Virenangriffs.
Die Ergebnisse haben einen zweifachen Nutzen: Sie zeigen die inneren Mechanismen der komplexen viralen Nanomaschinen bei der Zellinfektion und geben zudem Hinweise für die Entwicklung zukünftiger effektiver Genfähren für die Gentherapie. Die Studie wurde in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift The Cell veröffentlicht.
Unter der Leitung von Michael Rossmann von der amerikanischen Purdue University und Vadim Mesyanzhinov vom Shemyakin-Ovchinnikov Institut für Bioorganische Chemie in Moskau haben die Forscher Röntgenkristallographische Daten, die die dreidimensionalen Details der Virenproteine wiedergibt mit Kryo-Elektronenmikroskopischen Aufnahmen kombiniert, um zu sehen, wie sich die Proteine des Bakteriophagen T4 während des Zellangriffs umgruppieren. Die Kryo-Elektronenmikroskopie funktioniert analog zur normalen Elektronenmikroskopie, die Proben werden jedoch vor der Untersuchungen gefroren um Strahlungsschäden zu minimieren und das Bild klarer zu machen.
Indem sie Tausende von Aufnahmen des Virus aus unterschiedlichen Richtungen kombinierten, konnten die Forscher das Geschehen mit einer Auflösung von nur wenigen Atomen abbilden und ein Modell konstruieren, wie ein Bakteriophage eine Zelle infiziert. „Die Ergebnisse wecken die Hoffnung, das Viren dazu dienen könnten, spezifische Zellen anzusprechen, um in diese ein Genom zu injizieren, dass nützliche, neue Gene für die Zielzelle enthält“, erklärt Michael Rossmann.
Nachdem die Wissenschaftler die Beziehungen zwischen den Einzelproteinen bestimmt haben, werden sie als nächsten Schritt die Änderungen in der Struktur untersuchen, die während des Angriffs auftreten. „Diese Arbeiten eröffnen uns neue Wege in der Anwendungen solcher Hybridtechniken, wie wir es jetzt getan haben indem wir Kristallographie und Elektronenmikroskopie kombiniert haben“, so Rossmann. Parag Chitnis, Programmdirektor der National Science Foundation, die diese Forschungsarbeiten gefördert hat, ergänzt: “Viren – diese wunderschönen Maschinen – zeigen uns wie wir zukünftig Nanotechnologien mit einem breiten Anwendungsspektrum entwickeln können.“
(National Science Foundation, 24.08.2004 – NPO)
