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Wie der Schnupfen in die Zelle kommt

Wie Viren ihre Erbsubstanz in unsere Zellen einschleusen, lässt sich nun mit einer neuen Kombination von Analysemethoden untersuchen.

Schnupfenviren verursachen uns Ärger, indem sie in unsere Zellen eindringen und dort die RNA aus ihrem Inneren in das Cytoplasma der infizierten Zelle transportieren. Erst dadurch können sie sich vermehren. Wie diese Ausschleusung der RNA aus dem Inneren des Virus im Detail abläuft, ist schwer zu untersuchen. An der TU Wien wurden nun eine Methode entwickelt, mit der man diesen Prozess analysieren kann.

Das Schnupfenvirus, das Prof. Günter Allmaier und sein Team vom Institut für Chemische Technologien und Analytik an der TU Wien studierten, besteht aus vier verschiedenen Proteinen, im Inneren verbirgt sich die RNA, auf der die Erbinformation des Virus gespeichert ist. Bestimmte äußere Bedingungen könnten das Virus dazu bringen, seine RNA nach außen freizusetzen, erklärt Victor Weiss, PostDoc von Günter Allmaier. „In unseren Zellen wird das durch einen niedrigeren pH-Wert ausgelöst, man kann denselben Effekt auch erzielen, indem man die Temperatur für zehn Minuten auf 57 °C erhöht.“ In diesem Fall organisieren sich die Proteine um, die Schale des Virus bekommt Löcher, durch eines von ihnen wird dann der RNA-Strang freigegeben. Für viele medizinische Fragen ist es wichtig, diesen Mechanismus genau zu verstehen – zum Beispiel für die künftige Entwicklung von Medikamenten, die genau diesen RNA-Transfer verhindern.

Die Forscher verwenden sogenante „Molecular Beacons (molekulare Leuchtfeuer)“ – das sind maßgeschneiderte RNA (oder DNA-) Moleküle mit zwei verschiedenen Enden. An einem Ende sitzt ein Fluorophor, der aufleuchtet, wenn man ihn mit Laserlicht einer bestimmten Wellenlänge bestrahlt, am anderen Ende ein „Quencher“, der genau dieses Aufleuchten verhindert. Anfangs befinden sich Fluorophor und Quencher ganz nahe nebeneinander und somit ist die Fluoreszenz sehr gering. Die Molecular Beacons können allerdings an eine ganz bestimmte RNA-Sequenz andocken. Dabei klappt das Molekül auseinander, Fluorophor und Quencher sind dann weiter voneinander entfernt, so dass es bei Bestrahlung mit passendem Laserlicht fluoresziert.

Diese Technik wurde mit der Kapillarelektrophorese kombiniert. Dabei werden die Komponenten einer Probe nach ihrer elektrophoretischen Mobilität getrennt. Eine kleine Flüssigkeitsprobe wird in einem Chip-Kanal platziert, und dort wird ein elektrisches Feld angelegt, in dem die unterschiedlichen Nanopartikel auf charakteristische Weise unterschiedlich schnell wandern. Nach einer Trennstrecke von etwa eineinhalb Zentimetern trifft dann ein Laserstrahl auf die Partikel. Dort werden dann die leuchtenden Fluorophore des ausgeklappten Molecular Beacons gemessen, die an der Viren-RNA andocken konnten.

Die unterschiedlichen Bestandteile der Probe kommen zu unterschiedlichen Zeitpunkten beim Laser an, erst dadurch kann man sichergehen, dass man genau misst, was gemessen werden soll. „Damit können wir nun beispielsweise zeigen, welches Ende der RNA zuerst aus dem Virus austritt, und wie dieser Prozess genau abläuft, erklärt Günter Allmaier.“ Im Prinzip lässt sich die Methode auch auf alle anderen Viren anwenden und bietet daher großes Potenzial in der medizinischen Forschung.

Originalveröffentlichung:

[V. U. Weiss, C. Bliem, I. Gösler, S. Fedosyuk, M. Kratzmeier, D. Blaas, G. Allmaier, In vitro RNA release from a human rhinovirus monitored by means of a molecular beacon and chip electrophoresis, Analytical and Bioanalytical Chemistry Volume 408 Issue 16, DOI:10.1007/s00216-016-9459-2]

www.tuwien.ac.at

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