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Neutralisierung von Viren mit DNA-Origami-Fallen

Nanogroße Schalen aus DNA können Viren einfangen und unschädlich machen.

Gesundheit

Wenn Sie in den letzten Jahren auf Nachrichten über Antibiotikaresistenzen geachtet haben, werden Sie wissen, dass Antibiotika Bakterien und keine Viren bekämpfen. Wie werden Viruserkrankungen dann behandelt? Tatsache ist, dass es für die meisten Virusinfektionen keine wirksamen Behandlungen gibt. Das will ein Forschungsteam aus Deutschland und den USA nun mit seiner neuartigen Behandlungsstrategie ändern. Mit Unterstützung der EU-finanzierten Projekte VIROFIGHT und DNA ORIGAMI MOTORS haben die Forschenden nanoskalige Schalen aus DNA entwickelt, die Viren einfangen und sie daran hindern, mit Wirtszellen zu interagieren. Die Methode zur Neutralisierung von Viren wird DNA-Origami-Methode genannt, bei der im Wesentlichen DNA gefaltet wird, um 3D-Formen im Nanomaßstab zu erzeugen. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Nature Materials“ veröffentlicht. Die nanoskaligen Virusfallen haben die Form eines Ikosaeders, das aus 20 dreieckigen Flächen besteht. Moleküle, die das Innere dieser Formen auskleiden, binden an die Viren und helfen ihnen, das Virus einzudämmen. Das Forschungsteam variierte die Bindungsstellen an den Kanten der Dreiecksflächen, um geschlossene Hohlkugeln und Kugeln mit Öffnungen oder Halbschalen zu erzeugen. „Schon eine einfache Halbschale der richtigen Größe zeigt eine messbare Reduzierung der Virusaktivität“, bemerkte Studien-Seniorautor Prof. Dr. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) in einer auf der Website der Universität veröffentlichten Pressemitteilung. „Bringen wir auf der Innenseite fünf Bindungsstellen für das Virus an, beispielsweise passende Antikörper, erreichen wir bereits eine Blockierung des Virus von 80 Prozent, bauen wir mehr ein, erreichen wir eine komplette Blockade.“

Erfolgreiche Falle für zwei Viren

Durch Zellkulturtests mit Mausserum, menschlichen Zellen und Viren entdeckten die Forschenden, dass ihre Virusfallen erfolgreich Viren einfangen konnten, bevor sie an menschliche Zellen binden konnten. Die DNA-Nanostrukturen blieben im Mausserum 24 Stunden lang stabil, schlossen zwei Virustypen, nämlich adeno-assoziierte Viren und Hepatitis B, ein und verhinderten, dass sie die menschlichen Zellen im Serum infizierten. „Wir sind sehr zuversichtlich, dass dieses Material auch vom menschlichen Körper gut vertragen wird“, so Prof. Dr. Dietz. Studien-Mitautorin Prof. Dr. Ulrike Protzer, ebenfalls von der TUM, erklärte, wie sich Behandlungen gegen Bakterien und Viren unterscheiden. „Bakterien haben einen Stoffwechsel. Da können wir sie auf verschiedenen Wegen angreifen“, stellte sie fest. „Viren haben dagegen keinen eigenen Stoffwechsel, antivirale Medikamente richten sich daher fast immer gezielt gegen ein bestimmtes Enzym eines einzelnen Virus. Eine solche Entwicklung kostet Zeit. Sollte sich die Idee realisieren lassen, Viren einfach mechanisch zu eliminieren, so wäre das breit anwendbar und damit ein wichtiger Durchbruch insbesondere für neu auftretende Viren.“ Laut Prof. Dr. Dietz ebnet diese Technologie auch anderen medizinischen Anwendungen den Weg. „Denkbar wäre es auch als multivalenter Antigenträger für Impfungen, als DNA- oder RNA-Träger für die Gentherapie oder als Transportvehikel für Arzneimittel einzusetzen“, berichtet er. Als Nächstes will das Team die Virusfallen in lebenden Mäusen testen. Die TUM koordiniert sowohl VIROFIGHT (General-purpose virus-neutralizing engulfing shells with modular target-specificity) als auch DNA ORIGAMI MOTORS (Constructing and Powering nanoscale DNA origami motors). Das erste Projekt endet 2024 und das zweite 2022. Weitere Informationen: VIROFIGHT-Projekt DNA-ORIGAMI-MOTORS-Projekt

Schlüsselbegriffe

VIROFIGHT, DNA ORIGAMI MOTORS, Virus, DNA, Zelle, DNA-Origami, Origami, Virusinfektion