Virale Genvektoren, die Abkömmlinge natürlicher Viren sind, wurden speziell im Labor hergestellt und können verwendet werden, um genetisches Material in zu untersuchende Zellen einzubringen. Damit lassen sich zum Beispiel die Mechanismen für Wachstum, Bewegung und Stoffwechselvorgänge in Zellen Schritt für Schritt nachvollziehen, so die Bioingenieurinnen um Flavia Leite.
Viren als Hochleistungsmaschinen
Natürliche Viren sind winzige molekulare Maschinen, die hocheffizient Wirtszellen infizieren und sie dazu bringen, Viruspartikel zu produzieren. Die meisten davon sind kürzer als die kürzeste Wellenlänge des sichtbaren Lichts (violett bei 380 Nanometer = Milliardstel 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. Roter 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 Hüllen schützen das Genom des Virus, in dem viele neue Viren aus infizierten Zellen produziert werden können. Diese Aufgabe wird ungewollt von den Wirtszellen übernommen, die sich dadurch meist selbst schädigen. „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 überspringen“, erklärte er der Österreichischen Presseagentur: Sobald die Wissenschaftler sie im Experiment einsetzen, wird das Virus – die Gene haben fast aufgebraucht und kann keine neuen Zellen oder gar Menschen oder andere Tiere infizieren. „Ihre einzige Aufgabe ist es, Proteine in die Zellen zu transportieren“, sagt der Industrielle.
Keine Vermischung mit Coronaviren
Auf Biosicherheitswerkbänken in Biosicherheitslaboren (Schutzstufe 1-2) hantieren Forscher mit Virengenen. Hier dürften sich beispielsweise keine SARS-CoV-2-Viren vermehren, weil sie sich theoretisch mit den Genen des Virus infizieren könnten, sagt Leite: Dieses Risiko würde nur die Forscher selbst treffen, weil die Viren, die zu Genträgern degradiert sind, sie könnten nicht weiter verbreiten. „Sie werden auf äußerst sorgfältige Weise so konstruiert, dass sie keines der Gene haben, die sie zur Herstellung neuer Viren verwenden könnten“, erklärt Leite. Nadine Poncioni/ISTA Vorbereitung des Säugetierzellmediums, das Techniker verwenden, um Viren im Labor zu züchten Anstelle des ursprünglichen genetischen Materials, das das Virus replizieren soll, fügen sie ein beliebiges Gen in die Zellen ein, über dessen Funktion die Forscher mehr erfahren möchten, sagt Leite. Ein Teil dieses genetischen Codes soll in das native Genom der Zelle eingefügt werden. Mit sogenannten „Adeno-assoziierten Viren“ kann man beispielsweise ein grün fluoreszierendes Protein herstellen. Die Zielzellen – oder bestimmte Strukturen in ihnen – würden dann unter dem Mikroskop grün leuchten, wenn sie UV-Licht ausgesetzt werden. Neben grün gibt es auch blau, rot und gelb fluoreszierende Proteine, sodass man viele verschiedene Strukturen farblich markieren könnte, um ihr Wachstum zu beobachten.
Inaktivierung von Genen durch Licht
„Unsere Viren fungieren auch als molekulare Werkzeuge“, sagt Leite: „Man kann damit zum Beispiel ein Gen ausschalten, um zu verstehen, welche Rolle es in der Zelle spielt.“ und deaktiviert werden. „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 “Lendoviren” wiederum haben die “besondere Fähigkeit”, die Teile des genetischen Materials (DNA) herzustellen, die einen dauerhaften Teil des Genoms einer Zelle tragen. „Auf diese Weise wird die eingebrachte DNA dann an die Nachkommen der Zelle weitergegeben und wir können kontinuierliche Zelllinien herstellen“, sagt Leite. Und hier ist es möglich, das grün fluoreszierende Protein einzuführen. „Am ISTA verfolgt beispielsweise Sandra Siegert damit mikrogliale Immunzellen im Gehirn und Michael Sixt beobachtet mit Lentiviren, wie sich Immunzellen durch dichtes Gewebe bewegen.“ Die Gruppe Virus Service am ISTA in Klosterneuburg stellt auch Abkömmlinge der Tollwutviren her. „Während es in seiner natürlichen Form sehr gefährlich ist, kann es Neurowissenschaftlern im Labor dabei helfen, Verbindungen im Gehirn zu kartieren“, sagte der Virus-Servicetechniker Mark Smyth gegenüber Direction. So wird der Informationsweg unter dem Mikroskop sichtbar, indem das Virus Neuronen dazu bringt, fluoreszierende Proteine zu produzieren.
