Coronavirus: So baut SARS-CoV-2 das Innere der Zelle zum eigenen Nutzen um

Radikale Zell-Veränderungen nach SARS-CoV-2-Infektion

Was passiert, nachdem das Coronavirus SARS-CoV-2 in eine Zelle eingedrungen ist? Dieser Frage ging nun ein Forschungsteam an der Universität Heidelberg auf den Grund und zeigte auf beeindruckende Art und Weise, wie das Virus besetzte Lungenzellen zuerst in Virenfabriken umfunktioniert und anschließend die zelluläre Selbstzerstörung provoziert.

Die Forschenden der Universität Heidelberg dokumentierten im Rahmen einer aktuellen Studie, wie im Zuge einer SARS-CoV-2-Infektion ein radikaler Umbauprozess im Zellinneren stattfindet. Das Team spricht von einer Rekonstruktion der ganzen Zelle. Um dies zu erreichen übernimmt das Virus die Maschinerien der Wirtszelle und verändert diese zugunsten des Erregers. Die Forschungsergebnisse wurden kürzlich in dem renommierten Fachjournal „Cell“ vorgestellt.

Feindliche Übernahme

Mithilfe modernster bildgebender Analyse, genauer gesagt mittels fokussierter Ionenstrahl-Rasterelektronenmikroskopie, bildete die Arbeitsgruppe des Europäischen Laboratoriums für Molekularbiologie (EMBL) erstmals den SARS-CoV-2-Infektionsablauf auf Zellebene in 3D ab. Auf diese Weise konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mehr über das Virus selbst und dessen Replikation erfahren. So fand das Team beispielsweise heraus, wie es dem Virus gelingt, infizierte Zellen umzuprogrammieren.

Grundlage für neue Medikamente

Wie bereits bekannt ist, sterben von SARS-CoV-2 infizierte Zellen innerhalb von 24 bis 48 Stunden ab. Wie es im Detail dazu kommt, galt bislang als noch nicht ausreichend verstanden. Die aktuelle Studie konnte an dieser Stelle Licht ins Dunkel bringen. Die Identifizierung der morphologischen Veränderungen, die nach einer Coronavirus-Infektion stattfinden, kann dem Studienteam zufolge maßgeblich zur Entwicklung neuer Medikamente beitragen.

„Um Medikamente zu entwickeln, welche die virale Replikation unterdrücken und damit auch die Folgen der Infektion und des virusinduzierten Zelltods, ist es entscheidend, die biologischen Mechanismen, die den Replikationszyklus des Virus antreiben, besser zu verstehen,“ erläutert Ralf Bartenschlager aus dem Studienteam. Er ist Professor in der Abteilung für Infektionskrankheiten der Universität Heidelberg.

SARS-CoV-2 macht Zellen zur Virusfabrik

Die Forschenden zeigen erstmalig in dreidimensionalen Abbildungen, wie das Virus drastische Umbauten im Zellinneren anstößt. Die Zelle wird so zu einer regelrechten Virusfabrik umfunktioniert. „Wir liefern kritische Einblicke in virusinduzierte Strukturveränderungen in den untersuchten menschlichen Zellen,“ berichtet Bartenschlager.

SARS-CoV-2 schafft sich selbst beste Bedingungen

Dies gelingt dem Virus, indem es zuerst das sogenannte Endomembransystem besetzt – eine Art Aufteilungszentrum der Zelle, wo verschiedene Abteilungen und Orte innerhalb der Zelle definiert werden. Nach der Übernahme zwingt das Virus die Zelle dazu, eine spezielle Organelle entstehen zu lassen, in der beste Bedingungen für die Replikation des Virus vorherrschen.

Genauer gesagt: SARS-CoV-2 lässt von der Zelle zahlreiche Membranen produzieren, die wie Ballons abgeschirmte Bereiche innerhalb der Zelle bilden. In diesen Blasen repliziert und vermehrt sich das Virus in Rekordzeit. Wie das Forschungsteam berichtet, finden diese drastischen Umbauten bereits wenige Stunden nach der Infektion der Zelle statt. „Wir sehen, wie und wo sich das Virus innerhalb der Zelle vermehrt und wie es seine Wirtszellen manipuliert, um nach der Vermehrung freigesetzt zu werden,“ fügt Studienkoautor Dr. Yannick Schwab hinzu.

Erkenntnisse beschleunigen die Entstehung von Therapien

Bislang war nur wenig über den Mechanismus bekannt, der infizierte Zellen absterben lässt. Die nun vorhanden Informationen können den Forschenden zufolge dazu beitragen, die Entwicklung von geeigneten Therapien zu beschleunigen.

Um die weltweiten Fortschritte im Kampf gegen das Virus voranzutreiben, stellten die Forschenden ihre Erkenntnisse frei zur Verfügung. „Ich glaube, dass wir damit einen Präzedenzfall dafür schaffen, dass wir alle Daten, die wir produziert haben, mit der wissenschaftlichen Gemeinschaft teilen“, unterstreicht Schwab. Das Team hofft so, zur Entwicklung eines antiviralen Medikaments beizutragen. (vb)