Coronavirus-Struktur

Molekülstrukturmodelle des Coronavirus verbessern

Ein internationales Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, die „Coronavirus Structural Task Force“, arbeitet daran, die Struktur der Coronaviren genau zu beschreiben und Strukturmodelle zu verbessern, was von Bedeutung für die Entwicklung von Arzneimitteln ist.

Das von der „Coronavirus Structural Task Force“ entwickelte Virusmodell ist nach Angaben der Universiät Hamburg das genaueste, das bisher weltweit existiert. Es zeigt beispielsweise, dass das Virus nicht ganz rund ist, und die zufällige Anordnung der Stacheln. © Coronavirus Structural Task Force/K. Nolte und SciStyle.com/ T. Splettstößer

Die Bekämpfung des Coronavirus hat die Zusammenarbeit der Wissenschaftscommunity weltweit in hohem Maß verändert und intensiviert. An der Universität Hamburg leitet Dr. Andrea Thorn eine internationale Forschungsgruppe, die Molekülmodelle des Virus aus der ganzen Welt verbessert, um die Entwicklung von Arzneimitteln zu ermöglichen.

Die Funktionsweise des Coronavirus zu entschlüsseln, ist eine entscheidende Voraussetzung für die Entwicklung von Impfstoffen und neuen Medikamenten. Weltweit arbeiten Tausende Forschende an dieser Aufgabe. Modelle zeigen jedoch oft nur das „Virion“; also die Form, in der das Virus in den menschlichen Körper gelangt, und in der es lediglich vier verschiedene Eiweißmoleküle besitzt. Nachdem es eine Lungenzelle befallen hat, bildet es jedoch 24 weitere Eiweißmoleküle. Wie diese aufgebaut sind und wie sie es schaffen, das Immunsystem lahmzulegen und menschliche Zellen zu „Virusfabriken“ umzubauen, erforscht die Strukturbiologin Dr. Andrea Thorn.

Dr. Andrea Thorn verstärkt seit Ende 2020 die Corona-Forschung an der Universität Hamburg. Sie ist Leiterin einer Nachwuchsgruppe, die im Fachbereich Physik angesiedelt ist. © UHH/C. Rogers

„Diese Eiweißmoleküle sind wie Roboter, die die Wirtszelle Schritt für Schritt übernehmen. Wenn wir ihre Struktur kennen, können wir daraus ableiten, wie sie arbeiten – und sie dann gezielt stoppen“, sagt Thorn. Bereits vor über einem Jahr hat sie für ihre Forschung ein internationales Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern zusammengestellt, die „Coronavirus Structural Task Force“. Heute sind 26 Forschende aus sieben Ländern daran beteiligt, und die Gruppe wird von der Universität Hamburg aus koordiniert. In der aktuellen Ausgabe von „Nature Structural & Molecular Biology“ beschreibt das Team seine Arbeit. Es überprüft Molekülstrukturen des Virus, die weltweit in Experimenten gemessen werden, und verbessert die Molekülstrukturmodelle.

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Jede Woche werden Dutzende Molekülstrukturen in der „Protein Data Bank“ (PDB) neu veröffentlicht: einer globalen Datenbank, die 1971 als erste öffentliche und frei zugängliche digitale Datenquelle der Biologie in den USA gegründet wurde. Die Forschungsgruppe um Dr. Thorn verwendet bestehende und neue Methoden zur Verbesserung der dort hinterlegten Strukturen: eine Mischung aus automatischer Software, künstlicher Intelligenz und manueller 3D-Überprüfung einzelner Atome am Computer. „Diese Arbeit ist ein großer Gewinn für die Forschenden in der Arzneimittelentwicklung und der Virologie, die mit den Strukturen weiterarbeiten. Sie müssen die bestmöglichen Molekülmodelle bekommen. Fehler können dazu führen, dass ihre Forschung in eine falsche Richtung läuft oder Arzneimittel später nicht wirken“, sagt Thorn.

Die Ergebnisse stellt die „Coronavirus Structural Task Force“ der Wissenschaftsgemeinde auf der Internetseite „insidecorona.net“ frei zur Verfügung. Sie bietet auch Hintergrundinformationen, Animationen und ein Modell des Coronavirus zum 3D-Druck an. Mit diesen Daten können Interessierte sogar ein eigenes Modell des Virus drucken: Eine Möglichkeit, von der unter anderem Schulklassen bereits Gebrauch gemacht haben, berichtet Thorn.

Publikation
Croll, T.I., Diederichs, K., Fischer, F. et al.: Making the invisible enemy visible; Nat Struct Mol Biol (2021). https://doi.org/10.1038/s41594-021-00593-7
https://doi.org/10.1038/s41594-021-00593-7

Quelle: Universität Hamburg

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