Berlin/TübingenLange Zeit stand das Rennen um einen Impfstoff gegen Covid-19 im Mittelpunkt. Mehrere vielversprechende Präparate sind nun auf dem Markt und können helfen, die Pandemie unter Kontrolle zu bringen. Doch dafür braucht es nicht nur Impfstoffe. Es fehlt an wirksamen Medikamenten, die bei einer Erkrankung mit Sars-CoV-2 verabreicht werden können und das Virus bekämpfen. Zunächst vielversprechende Ansätze, Covid-19 mit Blutplasma oder den Medikamenten Remdesivir und Dexamethason zu behandeln, haben sich nicht als Mittel der Wahl herausgestellt.

Wissenschaftler auf der ganzen Welt forschen zu möglichen Therapieansätzen. Die Suche läuft auf Hochtouren. Tübinger Bioinformatikern ist es nun gelungen, eine Schwachstelle des Virus aufzudecken, welche bei der Entwicklung eines wirksamen Medikaments entscheidend sein könnte. In einem Computermodell identifizierte das Team um Wissenschaftler Andreas Dräger ein menschliches Enzym, ohne dessen Hilfe Sars-CoV-2 sich nicht weiter vermehren kann. „Wenn wir das Enzym – die Guanylatkinase 1 – im Modell ausschalteten, wurde die Virusvermehrung gestoppt“, fasst Dräger das Ergebnis seiner Forschung zusammen.

Doch kurz von vorn: Das neuartige Coronavirus gelangt in den Körper. Es befällt dort einige Zellen und zwingt diese, für das Virus Baustoffe zu produzieren. Mit diesen kann sich Sars-CoV-2 im Körper vermehren und weitere Zellen befallen.

Genauen Bauplan des Virus ermittelt

Hier haben die Tübinger Forscher angesetzt. Sie sind in ihrem Modell davon ausgegangen, dass das Virus bereits in den Wirt, die menschliche Zelle, eingedrungen ist. „In unserem Modell ist es uns egal, wie das Virus in die Zelle kommt. Es ist da und will jetzt den Wirt zwingen, neue Viruspartikel zu produzieren“, sagt Dräger im Gespräch mit der Berliner Zeitung. „Unsere Hauptarbeit bestand nun darin, genau herauszufinden, wie das Virus gebaut ist, und aufzuschlüsseln, wie viel Material die menschliche Zelle liefern muss, um Viruspartikel herzustellen. Wenn man das weiß, kann man verschiedene Szenarien durchspielen und sehen, wie sich die biochemischen Reaktionen in den Wirtszellen während einer Virusinfektion verändern.“

Andreas Dräger, Bioinformatiker an der Universität Tübingen, über seine Forschungsergebnisse.

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Für ihren Ansatz entwickelten die Bioinformatiker ein integriertes Computermodell mit dem neuartigen Coronavirus Sars-CoV-2 und menschlichen Alveolarmakrophagen. „Wir hatten die Alveolarmakrophagen als menschliche Wirtszellen ausgewählt, weil seit Langem bekannt ist, dass verschiedene Coronaviren diese Zellen befallen und weil es für diese bereits seit 2010 ein hervorragendes und ganz spezifisches Computermodell gibt“, sagt Dräger. Das hat den Wissenschaftlern die Arbeit erheblich erleichtert und vorab aufwendige Experimente erspart.

Abwehrzellen der Lunge spielen Schlüsselrolle

Alveolarmakrophagen sind in den Lungenbläschen für die Abwehr von Fremdstoffen zuständig. Mehrere Studien schreiben diesen Zellen eine Schlüsselrolle bei der Verbreitung von Sars-CoV-2 im Körper zu: Denn sie begegnen den Viren im Körper als Erstes. Von dort aus verbreitet sich das Virus weiter. „Insgesamt deuten die Studien darauf hin, dass es von hoher Wichtigkeit wäre, die Virusvermehrung in Alveolarmakrophagen zu bekämpfen, damit diese nicht in weitere Zellen getragen werden können“, so Dräger.

Für die Tübinger Forscher ein Glücksfall. Denn als sie vor einem Jahr mit ihrer wissenschaftlichen Untersuchung begannen, war die Bedeutung dieser Abwehrzellen in den Lungenbläschen für die Verbreitung des Coronavirus noch nicht bekannt. Die Studien erschienen erst in den vergangenen Monaten.

In mehreren Analysen haben die Bioinformatiker in ihrem Computermodell nun systematisch getestet, welche biochemischen Reaktionen in infizierten Zellen anders ablaufen als in nicht-infizierten Zellen. Hier konnten die Forscher in ihren weiteren Versuchen ansetzen. Indem Reaktionen gezielt ausgeschaltet wurden, kamen sie den Prozessen auf die Spur, die für das Virus besonders wichtig sind. „Wir erstellten eine Rangliste enzymkatalysierter Reaktionen. Ganz oben steht das Enzym GK1, die Guanylatkinase“, sagt Dräger.

GK1 ist auch bei anderen Viruserkrankungen von Bedeutung, beispielsweise bei Herpes. Dort aktiviert das Enzym einen Wirkstoff, welcher die Vermehrung der Herpesviren einschränkt. Im Falle von Sars-CoV-2 hilft es hingegen dabei, dass sich die Viren vervielfältigen können. GK1 spielt eine wichtige Rolle im Stoffwechsel der Bausteine von Ribonukleinsäuren (RNA) und ist damit auch maßgeblich am Aufbau viraler RNA, wie der von Sars-CoV-2 beteiligt.

Kein Chemiker kann im Labor 3000 Prozesse überprüfen. Das ist zeitlich gar nicht machbar.

Bioinformatiker Andreas Dräger

Doch kann man ein Enzym einfach ausschalten, ohne dass es dem Menschen schadet? „Der Mensch hat einen sehr komplexen Stoffwechsel und ist nicht direkt auf GK1 angewiesen. Das konnten wir im Computermodell simulieren.“ Und genau hierhin liegt auch der Vorteil des Modells. Die Forscher haben systematisch mehr als 3000 biochemische Reaktionen analysiert. „Kein Chemiker kann im Labor 3000 Prozesse überprüfen. Das ist zeitlich gar nicht machbar. Im Computer konnten wir in ganz kurzer Zeit eine Reaktion nach der anderen ausschalten und beobachten, ob die menschliche Zelle ihren Erhaltungsstoffwechsel noch macht, also ob sie weiter existieren kann“, sagt Dräger.

Weitere Tests notwendig

Und das war bei GK1 der Fall. Wird das Enzym mittels eines Medikamentes ausgeschaltet, sollten für den Menschen keine Nachteile entstehen. Doch bisher sind das nur Annahmen aus Computersimulationen. Sie müssen nun noch im Labor bestätigt werden. Die Tübinger Wissenschaftler arbeiten hierfür mit dem Fraunhofer-Institut in Hamburg zusammen.

Es sind bereits einige Hemmstoffe für das Enzym GK1 bekannt und zugelassen. Sie könnten die Grundlage für ein Medikament gegen Covid-19 bilden. In einem nächsten Schritt werden diese bereits zugelassenen Mittel nun auf ihre Wirksamkeit gegen das Coronavirus getestet. Dabei wird auch untersucht, wie verträglich die Stoffe für den Menschen sind.

„Wenn sich ein bereits vorhandenes Medikament als wirksam erweist, dann könnte man innerhalb der nächsten 18 Monate ein Mittel gegen Covid-19 haben“, sagt Dräger. 18 Monate klingt sehr lang. Hier sind aber die weiteren Experimente und das Zulassungsverfahren mit den nötigen Studienreihen an Patienten bereits eingerechnet. Ein völlig neues Medikament auf den Markt zu bringen, kann Jahrzehnte dauern. Das hängt auch sehr von den vorhandenen Forschungsgeldern ab.

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