Viren sind als Krankheitserreger bekannt, die von lästig bis tödlich reichen können, wie z. B. Erkältung (Rhinovirus), SARS-CoV-2 und HIV. Allerdings sind „Schnittversionen“ verschiedener Viren Wissenschaftlern als Genfähren, also als eine Art Transportvehikel, nützlich, um Zellen zu markieren und Zellfunktionen zu verändern. Ein “Virus Service Team” des IST Austria baut diese Genwerfer für Forschungszwecke, berichtete das ISTA.
Mit speziell angefertigten Virus-Genträgern im Labor, die von natürlich vorkommenden Viren abstammen, kann genetisches Material zu Studienzwecken in Zellen eingebracht werden. Damit lassen sich zum Beispiel Wachstums-, Bewegungs- und Stoffwechselmechanismen von Zellen Schritt für Schritt nachvollziehen, so die Bioingenieurinnen um Flavia Leite.
Viren als hocheffiziente Maschinen
Natürliche Viren sind kleine molekulare Maschinen, die hocheffizient Wirtszellen infizieren und sie dazu bringen, Viruspartikel zu produzieren. Die meisten von ihnen sind kleiner als die kürzeste Wellenlänge des sichtbaren Lichts (violett bei 380 Nanometer = eine Milliarde Tausendstel Meter). Sie sind laut Leite über die ganze Welt verstreut.
Yvonne Vallis/ISTA Immunzellen, die mit einer Art von Adeno-assoziiertem Virus (AAV9) infiziert sind. Das Virus trägt genetisches Material, das infizierte mikrogliale Immunzellen im Gehirn dazu bringt, ein grün fluoreszierendes Protein zu produzieren. Der rote Farbstoff zeigt Mikrotubuli an, die Teil des Zytoskeletts sind.
Viren bestehen aus einer Proteinhülle, die manchmal (wie beim Coronavirus) von einer zusätzlichen Fetthülle umgeben ist. Diese Beschichtungen schützen das virale Genom, wo geschrieben steht, dass viele neue Viren aus infizierten Zellen produziert werden können. Diese Aufgabe übernehmen unfreiwillig die Wirtszellen, die dadurch oft geschädigt werden.
„Im Labor des Virus Service verwenden wir modifizierte Viren, die nicht mehr gefährlich sind“, sagt Leite. „Sie können Zellen infizieren, also in sie eindringen, aber sie sind nicht ansteckend und können nicht auf einen neuen Wirt springen“, erklärte er der Österreichischen Presse-Agentur: Sobald Wissenschaftler sie im Experiment einsetzen, wäre das Virus .. Die genetischen Shuttles sind fast erschöpft und könnten weder neue Zellen noch Menschen oder andere Tiere infizieren. „Seine einzige Aufgabe ist es, Proteine an die Zellen zu liefern“, sagt der Bioingenieur.
Sie vermischen sich nicht mit dem Corona-Virus
Auf Biosicherheitswerkbänken in Biosicherheitslaboren (Schutzstufe 1-2) betreiben Forscher Virengenfähren. Hier dürften sich beispielsweise keine SARS-CoV-2-Viren vermehren, weil sie sich theoretisch mit den Genfähren des Virus infizieren könnten, sagt Leite. : Dieses Risiko würde nur die Forscher selbst treffen, denn die zu Genträgern degradierten Viren könnten sich nicht weiter ausbreiten. „Sie sind äußerst sorgfältig konstruiert, damit sie keines der Gene besitzen, mit denen sie neue Viren produzieren könnten“, erklärt Leite.
Nadine Poncioni/ISTA Vorbereitung des Säugetierzellmediums, das Techniker verwenden, um Viren im Labor zu züchten
Anstelle des ursprünglichen Erbmaterials für die Virusvermehrung schleusen sie beliebige Gene in die Zellen ein, über deren Funktion die Forscher mehr wissen wollen, berichtet Leite. Ein Teil dieses genetischen Codes ist darauf ausgelegt, sich in das natürliche Genom der Zelle einzufügen.
Mit den sogenannten „Adeno-assoziierten Viren“ lässt sich beispielsweise ein grün fluoreszierendes Protein herstellen. Die Zielzellen oder bestimmte Strukturen in ihnen würden unter dem Mikroskop hellgrün erscheinen, wenn sie ultraviolettem Licht ausgesetzt würden. Neben grün gibt es auch blau, rot und gelb fluoreszierende Proteine, sodass es möglich wäre, mehrere verschiedene Strukturen farblich zu codieren, um ihre Entwicklung zu beobachten.
Gene ausschalten mit Licht
„Unsere Viren funktionieren auch als molekulare Werkzeuge“, sagt Leite: „Man kann damit zum Beispiel ein Gen ausschalten, um zu verstehen, welche Rolle es in der Zelle spielt.“ „Adeno-assoziierte Viren sind für Neurowissenschaftler besonders nützlich, weil sie auf verschiedene Arten von Gehirnzellen abzielen“, erklärt der Forscher. So können Sie einzelne Hirnstrukturen untersuchen.
IST Austria Das Hauptgebäude des Austrian Institute of Science and Technology in Maria Gugging
„Lentiviren“ wiederum haben die „besondere Fähigkeit“, die Teile des Erbguts (DNA), die sie tragen, zu einem dauerhaften Bestandteil des Genoms einer Zelle zu machen. „So wird die eingebrachte DNA dann an die Nachkommen der Zelle weitergegeben und wir können kontinuierliche Zelllinien erzeugen“, sagt Leite. Auch hier ist die Einbringung von grün fluoreszierendem Protein möglich. „Am ISTA zum Beispiel verfolgt Sandra Siegert damit mikrogliale Immunzellen im Gehirn, und Michael Sixt beobachtet mit Lentiviren, wie sich Immunzellen durch dichtes Gewebe bewegen.“
Das Team des ISTA Virus Service in Klosterneuburg stellt auch Tollwutvirus-Derivate her. „Obwohl es in seiner natürlichen Form sehr gefährlich ist, kann es Neurowissenschaftlern im Labor dabei helfen, Verbindungen im Gehirn zu kartieren“, sagte Virus Service-Techniker Mark Smyth gegenüber Direction. So wird der Informationsweg unter dem Mikroskop sichtbar, da das Virus Neuronen dazu bringt, fluoreszierende Proteine zu produzieren.