Prophylaxe Meilenstein in der Aids-Bekämpfung

In der Aidsforschung geht es voran. Alle Virusbestandteile hat man therapeutisch schon als Angriffspunkt genutzt, um die Vermehrung des HI-Virus recht erfolgreich zu drosseln. Eine Ausnahme war bis vor kurzem das Virusprotein Ribonuklease H, ein Enzym, das für die Vermehrung des Erregers zwingend erforderlich ist.

Erstaunlicherweise hatten die Forscher dieses wichtige Virusprotein in ihrem Feldzug gegen den Aidserreger bislang außer Acht gelassen. Karin Mölling von der Universität Zürich hat mit einem einfachen und äußerst eleganten Verfahren dieses virale Enzym nun genutzt, damit sich am Ende der Erreger in einem Täuschungsmanöver selbst beseitigt.

Viele kleine Schnipsel

Die Strategie funktioniert nicht nur in der Zellkultur, sondern auch im lebenden Säugetier, berichtete die Virologin auf dem Symposium der „International Association for Comparative Research on Leukemia and Related Diseases“, das in dieser Woche in Freiburg zu Ende ging. Für die Aids-Prophylaxe könnte dieses Verfahren einen geradezu revolutionären Fortschritt bedeuten.

Nachdem der Aidserreger, der zu den Retroviren gehört, bei einer Infektion sein einzelsträngiges Erbmolekül aus Ribonukleinsäure (RNA) in das Innere der Zelle eingeschleust hat, lässt er mit Hilfe eines eigenen Enzyms, der Reversen Transkriptase, einen komplementären Strang mit der entsprechenden Erbinformation aus Desoxrbonukleinsäure (DNA) bilden. Damit aus diesem ein DNA-Doppelstrang werden kann, der dem Erreger erlaubt, sich fest im Erbgut des Wirts einzunisten, wird das infizierende RNA-Molekül zerstört.

Diese Arbeit übernimmt ebenfalls ein viruseigenes Enzym, die Ribonuklease H. Sie zerhackt das virale Genom in viele kleine Schnipsel, wobei sie an zwei Stellen besonders kräftig zupackt. Diese Schnittstellen liegen zu beiden Seiten eines nur 12 bis 20 Basen langen Genomabschnitts, der strukturell durch besonders viele Purinbasen auffällt.

Das Virusgenom wird unbrauchbar

Dieser Abschnitt ist für den korrekten Ablauf der Virusvermehrung offenbar besonders wichtig, denn er ist beim Aidserreger, der in anderen Bereichen stark variiert, immer gleich. Außerdem hat er sich im Verlauf der Evolution auch zwischen den vielen Arten von Retroviren nur wenig verändert. Karin Mölling und ihre Mitarbeiter haben diese sogenannte Polypurin-Strecke als Zielstruktur gewählt, um HIV mit seiner eigenen Waffe zu schlagen.

Die Forscher verwendeten ein kurzes, haarnadelförmig auf sich selbst zurückgefaltetes DNA-Molekül, ein Oligonukleotid, das mit seiner einen Nadelseite komplementär zum Polypurin-Bereich war. Das winzige DNA-Molekül bildete in diesem Bereich also auf einer Teilstrecke einen Doppelstrang mit dem Virus-Genom. Dieses Anlagern geschieht genau an der Stelle im Virusgenom, die im Visier des Spaltenzyms. Der Ribonuklease wird durch das Anlagern des Oligonukleotids vorgetäuscht, dass der erste Schritt der Virusvermehrung bereits gelaufen ist und die alte RNA entsorgt werden kann. Daraufhin zerschneidet das Enzym die virale RNA zu beiden Seiten der Polypurin-Strecke und macht das Virusgenom damit unbrauchbar.

Gefürchteter Einbau lässt sich verhindern

Die Vermehrung von HIV und anderer Retroviren ließ sich mit dem als siRNA („small interfering RNA“) bezeichneten Oligonukleotid stark drosseln. Bemerkenswerter Weise wurden auch Viren erfasst, die gegen gängige Aidsmedikamente resistent waren. Sogar wenn die Virologen Viruspartikel im Reagenzglas, also außerhalb der Zelle, mit dem Oligonukleotid behandelten, waren diese nicht mehr infektiös. Das hängt damit zusammen, dass sowohl die Reverse Transkriptase als auch die Ribonuklease H Bestandteile des reifen Viruspartikels sind. Vor allem aber konnten die Forscher erstmals zeigen, dass sich der gefürchtete feste Einbau des Virusgenoms in das Zellgenom mit ihrem Verfahren von vorneherein verhindern lässt, wenn man die Zellen bereits vor der Virusinfektion mit dem Oligonukleotid behandelt.

Um ihre Strategie auch am lebenden Organismus zu erproben, behandelten die Wissenschaftler eine retrovirale Infektion bei Mäusen. Sie infizierten Tiere mit dem SFFP-Virus („Spleen Focus Forming Virus“), das bei Mäusen einen tödlichen Blutkrebs verursacht. Fünf Tage nach der Infektion spritzten sie ihnen zweimal das zur Polypurin-Strecke dieses Erregers genau passende und durch chemische Modifikation stabilisierte Oligonukleotid. Das Virusgenom im Blut sank daraufhin stark ab, doch war der Effekt nur vorübergehend, denn die Virusmenge nahm später wieder zu. Nur wenn die Forscher die Behandlung alle zwölf Stunden wiederholten, konnten die Viren dauerhaft in Schach gehalten werden.

Aufwendiges Verfahren

Viel überzeugender war dagegen die prophylaktische Behandlung der Mäuse. Infizierten die Forscher die Tiere mit dem Erreger und behandelten sie gleichzeitig, sowie eine Stunde später nochmals mit dem Oligonukleotid, wurde die Virusvermehrung so stark gehemmt, dass einige Tiere doppelt so lang überlebten wie ohne das Medikament. Verwendeten sie für die Infektion nicht allzu hohe Virusmengen, blieben einige Tiere von der Infektion ganz verschont. Offensichtlich war es dem Erreger nicht gelungen, sich im Erbgut der Tiere einzunisten, weil sein Genom zuvor zerschnitten wurde. Einen solchen Effekt hat man bei der Suche nach Aidsmitteln noch nie gesehen.

Zwar haben Forscher aus Dresden und Hamburg unlängst ein aufwendiges Verfahren entwickelt, mit dem sich das Aidsvirus-Genom aus dem Wirtszellgenom molekular wieder quasi herausschneiden ließ. Doch müsste man die entsprechende Genschere für jeden Virustyp eigens maßschneidern und auch erst noch Wege finden, wie man das Verfahren am lebenden Organismus nutzen könnte. Dagegen sind Oligonukleotide kommerziell leicht herzustellen und einfach anzuwenden, auch wenn bislang völlig rätselhaft ist, wie sie ins Innere von Zellen gelangen.

Hilfreich für Neugeborene

Die größten Chancen für den Kampf gegen Aids dürften in der Prophylaxe liegen. Mit Oligonukleotiden kann man nun versuchen, eine Infektion abzufangen, bevor der Erreger im Wirtsgenom fast unerreichbar wird. Wie Karin Mölling in Freiburg darlegte, stehen dabei lokal angewandte vaginale Mikrobizide in Form von Cremes oder Zäpfchen im Vordergrund, die die Oligonukleotide enthalten. Auch für die Behandlung von Neugeborenen infizierter Mütter könnte das Oligonukleotid-Verfahren hilfreich sein.

Erfolgt die Behandlung während der Geburt, ließe sich womöglich das Einnisten der frisch übertragenen Erreger bei den Kindern verhindern. Auch zur unmittelbaren Behandlung nach einem Sexualkontakt mit einem -infizierten Partner sowie nach der Verwendung einer verunreinigten Spritze könnte sich eine HIV-Infektion möglicherweise vermeiden lassen. Wie sehr die Oligonukleotide noch zu modifizieren sind, damit sie den medizinischen Anforderungen für Prophylaxe und Therapie genügen, wollen die Forscher nun in weiteren Tierversuchen klären.