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Medizin

Dr. Paul-Albert König (links) von der Core Facility Nanobodies und Dr. Florian I. Schmidt vom Institut für Angeborene Immunität der Universität Bonn.
Mit Zellkultur im Labor: Dr. Paul-Albert König (links) von der Core Facility Nanobodies und Dr. Florian I. Schmidt vom Institut für Angeborene Immunität der Universität Bonn.
© Volker Lannert/Uni Bonn

Nanobodies gegen SARS-CoV-2

Ein internationales Forscherteam hat neuartige Antikörper-Fragmente gegen das SARS-Coronavirus gefunden und weiterentwickelt. Diese „Nanobodies“ sind viel kleiner als klassische Antikörper. Sie dringen daher besser ins Gewebe ein und lassen sich leichter in größeren Mengen herstellen.

Antikörper sind eine wichtige Waffe des Immunsystems zur Abwehr von Infektionen. Sie heften sich an Oberflächen-Strukturen eines Bakteriums oder Virus und verhindern so seine Vermehrung. Eine Strategie im Kampf gegen Krankheiten ist es daher, in großen Mengen wirksame Antikörper herzustellen. Allerdings ist die Produktion schwierig und zeitaufwändig.

Eine mögliche Alternative sind sogenannte Nanobodies. „Dabei handelt es sich um Antikörper-Fragmente, die so simpel aufgebaut sind, dass man sie von Bakterien oder Hefen produzieren lassen kann, was mit geringeren Kosten verbunden ist“, erklärt Dr. Florian Schmidt von der Universität Bonn.

Allerdings bildet das Immunsystem fast unendlich viele verschiedene Antikörper, und sie alle erkennen unterschiedliche Zielstrukturen. Nur ganz wenige von ihnen sind also zum Beispiel dazu in der Lage, SARS-CoV-2 außer Gefecht zu setzen. „Wir haben zunächst ein Oberflächen-protein des Coronavirus in ein Alpaka und ein Lama injiziert“, erläutert Schmidt. „Ihr Immunsystem produziert dann vor allem solche Antikörper, die sich gegen dieses Virus richten.“ Aus den Blutproben der Tiere gewannen die Forscher die genetische Information aller Antikörper, die diese gerade produzierten. Diese „Bibliothek“ enthielt immer noch Millionen verschiedene Baupläne. Mit einem aufwändigen Verfahren sortierten sie diejenigen davon heraus, die das Spike-Protein als wichtige Struktur auf der Oberfläche des Corona-Virus erkennen. „Insgesamt erhielten wir so Dutzende Nanobodies, die wir weiter untersuchten“, erklärt Dr. Paul-Albert König, Erstautor der Studie.

Spike-Protein entscheidend

Vier Moleküle erwiesen sich in Zellkulturen tatsächlich als effektiv gegen den Erreger. „Durch Röntgenstruktur- und Elektronenmikroskopie-Analysen konnten wir zudem zeigen, auf welche Weise sie mit dem Spike-Protein des Virus interagieren“, erklärt König. Das Spike-Protein ist entscheidend für die Infektion: Es wirkt wie eine Art Klettband, mit dem sich der Erreger an die angegriffene Zelle heftet. Danach ändert das Klettband aber seine Struktur: Es wirft den Bestandteil ab, der für die Anheftung wichtig ist, und sorgt dafür, dass die Hülle des Virus mit der Zelle fusioniert. „Auch die Nanobodies scheinen diesen Vorgang auszulösen, bevor das Virus auf seine Zielzelle trifft“, sagt König. „Die Änderung ist vermutlich irreversibel; das Virus kann also nicht mehr an seine Zielzellen binden.“

Ein weiterer Vorteil von Nanobodies: Durch ihren einfachen Aufbau lassen sie sich leicht zu Molekülen kombinieren, die dadurch mehrere hundert Mal effektiver sein können. Zudem scheint laut König die Wahrscheinlichkeit deutlich zu sinken, dass das Virus durch eine Mutation resistent gegen den Wirkstoff wird. Mittelfristig könnten sich die Moleküle zu einer neuen vielversprechenden Therapieoption entwickeln, sind die Forscher überzeugt.

Originalpublikation: König P et al. Structure-guided multivalent nanobodies block SARS-CoV-2 infection and suppress mutational escape. Science; DOI: 10.1126/science.abe6230

Quelle: Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn