Können Menschen Viren nur „töten“? Virologe: Auch „Subversion“ ist möglich

Die meisten Menschen haben von biologischer Forschung im Wesentlichen eine Vorstellung aus Science-Fiction-Filmen: Wissenschaftler geraten in Schwierigkeiten, die Menschheit steht vor einer Katastrophe und Helden retten die Erde. Im Jahr 2020 kam es tatsächlich zur Katastrophe und die neue Coronavirus-Pandemie fegte über die Welt. Womit in aller Welt waren Virologen beschäftigt? Haben Virologen einzigartige Tipps zur Bekämpfung der Epidemie? Viren können Krankheiten verursachen, aber können sie auch Krankheiten heilen? Der heutige Artikel vermittelt Ihnen ein Verständnis für die Erforschung und Anwendung von Viren.

Geschrieben von Li Qingchao (Shandong Normal University)

Viren sind eine wichtige Klasse von Krankheitserregern, die beim Menschen Krankheiten verursachen. Lange bevor die Menschen wussten, was Viren sind, hatten sie bereits Wege gefunden, mit ihnen umzugehen. In der Ming-Dynastie begannen die Chinesen, Pockenmittel gegen Menschen einzusetzen. Im Jahr 1798 erfand der britische Arzt Jenner die Methode, Kuhpocken als Impfstoff zur Vorbeugung von Pocken einzusetzen.

Im Jahr 1885 erfand der französische Wissenschaftler Pasteur den Tollwutimpfstoff.

Im Jahr 1892 wurde das erste Virus entdeckt: das Tabakmosaikvirus, das kleiner als Bakterien ist und Pflanzen krank machen kann.

Das erste Tiervirus wurde 1898 entdeckt – das Maul- und Klauenseuchevirus, das Rinder und Schafe infiziert.

Das erste menschliche Virus wurde 1901 entdeckt – das von Mücken übertragene Gelbfiebervirus.

Im Jahr 1911 wurde das Rous-Sarkom-Virus entdeckt, das bei Hühnern Tumore verursacht (Abbildung 1).

Abbildung 1. Einige wichtige Knotenpunkte in der Entwicklung der Virologie (Quelle: Wikipedia usw.)

Später vertiefte sich das Verständnis der Menschen für Viren immer mehr und die Virenforschung entwickelte sich zu einer eigenen Disziplin: der Virologie (Abbildung 2). Anders als die meisten Menschen annehmen, befasst sich die virologische Forschung neben der Beantwortung grundlegender wissenschaftlicher Fragen sowie der Vorbeugung und Behandlung viraler Erkrankungen auch mit der Entwicklung und Nutzung von Viren. Alle drei Funktionen sind untrennbar mit dem wichtigsten Werkzeug der Virenforschung verbunden: dem umgekehrten genetischen Betriebssystem. Man kann dieses System als das „Giftgeheimnisbuch“ der Virologen bezeichnen.

Abbildung 2. Die wichtigsten Inhalte der Virologieforschung und verwandter Disziplinen (vom Autor gezeichnet). Einschließlich der Struktur, Klassifizierung und Evolution von Viren; der Replikationsprozess von Viren; die Wechselwirkung zwischen Viren und Wirten sowie ihre Pathogenität und Karzinogenität; Techniken der Virusforschung (wie Virusisolierung und -kultur)

Erster Schritt: Virenerkennung Der erste Schritt in der virologischen Forschung ist die Virenerkennung.

Der Nachweis bekannter Viren wird hauptsächlich in der medizinischen Diagnostik und bei epidemiologischen Untersuchungen eingesetzt. Zu den verwendeten Nachweismethoden zählen vor allem die Symptomdiagnose, immunologische Tests, Nukleinsäuretests sowie einige Gerinnungsexperimente und andere spezifische Reaktionsnachweise.

Unbekannte Viren müssen durch Isolierung, Kultivierung und Identifizierung entdeckt werden, und schließlich können die Viren direkt unter einem Elektronenmikroskop beobachtet werden. Aber letztendlich müssen wir die Genomsequenz des Virus durch Sequenzierung erhalten. Dies liegt daran, dass die Genomsequenz des Virus dessen wichtigster Bestandteil ist. Das Erfassen der Genomsequenz des Virus ist gleichbedeutend mit dem Auffinden des Virus.

Angesichts der rasanten Entwicklung von Wissenschaft und Technologie können Forscher heutzutage mithilfe der Deep-Sequencing-Technologie problemlos eine große Anzahl neuer Viren entdecken (Abbildung 3). Bei Patienten mit Verdacht auf eine Infektion mit unbekannten Krankheitserregern können wir an geeigneten Stellen Proben entnehmen, Nukleinsäuren extrahieren, Bibliotheken erstellen und eine Tiefensequenzierung durchführen. Nach der Sequenzierung wird die Erregersequenz mittels bioinformatischer Methoden ermittelt und die Identifizierungsergebnisse angegeben.

Abbildung 3. Deep Sequencing zur Erkennung neuer Viren, https://www.mgitech.cn/news/caseinfo/12/

Nutzen Sie den großen Trick: Wie sollten wir nach der Entdeckung des Virus forschen? Als nächstes stellen wir das wichtigste Forschungsinstrument der Virologen vor: das Reverse-Genetics-Betriebssystem.

01 Genetik und umgekehrte Genetik

Um die umgekehrte Genetik zu verstehen, müssen Sie zunächst ein wenig über Genetik wissen. Durch die Beobachtung von Organismen können wir einige strukturelle und funktionelle Merkmale entdecken, wie etwa die Farbe von Haaren, Haut und Pupillen. Diese werden Phänotypen genannt. Der Phänotyp wird durch das Genom des Organismus bestimmt, und die gesamte Genkombination eines einzelnen Organismus wird kollektiv als Genotyp bezeichnet (Abbildung 4). Der Genotyp bestimmt den Phänotyp und der Phänotyp spiegelt den Genotyp wider.

Zu Beginn kannte man die Natur der Vererbung nicht und untersuchte genetische Probleme daher zunächst auf der Grundlage des Phänotyps. Mendel verwendete Erbsen und Morgan Fruchtfliegen, um die Genetik zu studieren. Sie nutzten die Phänotypen der rot-weißen Blüten von Erbsen oder die rot-weißen Augen von Fruchtfliegen, um nach genetischen Gesetzen zu suchen und mit den Phänotypen in Zusammenhang stehende Gene zu lokalisieren. Daher untersucht die klassische Genetik den Genotyp auf der Grundlage des Phänotyps, also eine Vorwärtsgenetik.

Abbildung 4. Phänotyp und Genotyp

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0042698901002620

https://www.niaid.nih.gov/diseases-conditions/pidds-genetics-inheritance

In der Vorwärtsgenetik ist es notwendig, Mutanten mit bestimmten Phänotypen durch natürliche Mutation oder induzierte Mutagenese zu screenen und dann herauszufinden, welches Gen diesen Phänotyp bestimmt, und die Funktion des Gens zu untersuchen.

Bei der umgekehrten Genetik erhalten Wissenschaftler ein unbekanntes Gen und können es aktiv mutieren oder seinen Expressionsgrad ändern (Überexpression, Unterexpression oder Knockout). Anschließend beobachten sie, welche phänotypischen Veränderungen durch die Genmutation oder die Veränderung der Genexpression verursacht werden, und vergleichen diese mit dem Phänotyp des Wildtyps (normaler Genotyp, der nicht künstlich verändert wurde), um auf die Funktion des Gens zu schließen. Daher besteht die Methode der umgekehrten Genetik darin, die Funktion von Genen zu untersuchen, indem man den Genotyp verändert und die Ergebnisse phänotypischer Veränderungen beobachtet (Abbildung 5).

Abbildung 5. Vorwärtsgenetik und Rückwärtsgenetik

02 Voraussetzung für die Reverse Genetik ist die Gentechnik

Ausgehend von diesem Konzept ist es nicht schwer zu erkennen, dass bei der umgekehrten Genetik bestimmte Nukleinsäuresequenzen modifiziert werden müssen und dass diese Modifikationstechnologie tatsächlich erst möglich ist, nachdem wir die Struktur und Funktion der DNA, eines genetischen Materials, verstanden und eine Vielzahl gentechnischer Werkzeuge, Enzyme oder gentechnischer Methoden entwickelt haben. Gentechnik ist eine Technologie, die Biotechnologie nutzt, um die Gene von Organismen direkt zu manipulieren und die genetische Zusammensetzung von Zellen zu verändern. Daher entstand die Idee der umgekehrten Genetik später als die Idee der klassischen Genetik.

DNA ist das genetische Material zellulärer Organismen. Es ist stabiler als RNA und die meisten Enzymwerkzeuge in der Gentechnik wirken auf DNA. Daher wird die Veränderung des genetischen Materials hauptsächlich an der DNA vorgenommen. Wir führen genetische Materialmodifikationen hauptsächlich an Plasmiden durch (Abbildung 6), da Plasmide eine Art freie DNA außerhalb des Genoms sind, die sich selbstständig replizieren kann. Sie sind relativ einfach zu amplifizieren und können in Bakterien oder Hefen durchgeführt werden. (Weitere Informationen zu Plasmiden finden Sie in Fan Pus Artikel „Was ist ein Plasmid? Von biologischen Waffen bis hin zu gentechnisch veränderten Lebensmitteln – es hängt damit zusammen“)

Abbildung 6. Plasmid

(Quelle: https://www.genome.gov/genetics-glossary/Plasmid)

03 Infektiöse Klone

Da virale Genome normalerweise klein sind, können wir eine doppelt verknüpfte DNA-Kopie des viralen Genoms in einem Plasmid zusammensetzen. Durch die Einschleusung dieser Plasmid-DNAs, die virale Sequenzen enthalten, oder durch plasmidgesteuerte Transkription erzeugter RNA in Zellen – ein Vorgang, der als „Transfektion“ bezeichnet wird – können Zellfabriken angewiesen werden, virale Proteine ​​zu produzieren, neue virale Genome zu replizieren und diese zusammenzusetzen und freizusetzen, um infektiöse Viruspartikel zu produzieren.

Das virale Genom kann entweder DNA oder RNA sein. Das Genom eines DNA-Virus kann amplifiziert, geschnitten und dann direkt mit einem Plasmid verknüpft werden. Während das Genom eines RNA-Virus einen reversen Transkriptionsprozess erfordert, um die DNA-Synthese zu steuern, und dann in DNA umgewandelt wird, bevor es mit einem Plasmid verknüpft wird. Diese Plasmide, die virale Genomsequenzen tragen und infektiöse Viruspartikel produzieren können, werden als „infektiöse Klone“ bezeichnet. Durch Transfektion des konstruierten infektiösen Klons in Zellen oder durch Transfektion von Zellen nach der Transkription in RNA können neue Viren produziert werden (Abbildung 7).

Abbildung 7. Konstruktion infektiöser Klone und Virusproduktion, adaptiert aus Wikipedia

04 Umgekehrtes genetisches Betriebssystem

Wie bereits erwähnt, besteht die Idee der umgekehrten Genetikforschung darin, die Gensequenz zu ändern, den Phänotyp basierend auf dem Genotyp zu untersuchen und dann die Genfunktion zu untersuchen. Dasselbe gilt für Viren: Durch die Konstruktion infektiöser Klone, deren genetische Veränderung und die Übertragung der modifizierten infektiösen Klone in Zellen können Viren mit Mutationen erzeugt werden. Diese neuen Viren werden dann verwendet, um Zellen oder Wirte zu infizieren, und Phänotypen wie Virusreplikation und Wirtssymptome werden beobachtet, sodass die Funktionen virusbezogener Gene untersucht werden können (Abbildung 8). Wir nennen dieses System ein umgekehrtes genetisches Betriebssystem des Virus.

Abbildung 8. Reverse-Genetik-System für die Virenforschung, adaptiert aus Wikipedia

Nehmen wir als Beispiel das kürzlich veröffentlichte reverse genetische Betriebssystem für das neue Coronavirus [1]: Es verwendet Hefe, um infektiöse Klone zu erhalten. Zunächst wird die genomische RNA des neuen Coronavirus rücktranskribiert und amplifiziert, um DNA-Fragmente zu erhalten, oder die DNA-Version des Virus wird direkt synthetisiert, und dann wird das infektiöse Klonplasmid rekombinant in Hefe synthetisiert. Nachdem das Plasmid extrahiert wurde, wird es transkribiert und in RNA synthetisiert. Nachdem die RNA in die Zellen transfiziert wurde, kann das neue Coronavirus produziert werden (Abbildung 9).

Abbildung 9. Infektiöser Klon des Coronavirus[1]

Ob für die Forschung, Impfstoffe oder Behandlungen: Um ein Virus herzustellen, müssen wir das Plasmid modifizieren. Während des Modifikationsprozesses verwenden wir gentechnische Werkzeuge wie Enzymschnittstellen, Screeningmarker und notwendige Plasmidfragmente. Gleichzeitig werden unsere Virussequenzen aus natürlichen Viren gewonnen. Beim Entwurf und der Herstellung infektiöser Klone werden wir zwangsläufig auf bestehende theoretische Modelle und Designideen zurückgreifen. Selbst wenn ein neues Virus künstlich von Grund auf synthetisiert wird, bleiben künstliche Spuren beispielsweise in der Häufigkeit der Codon-Verwendung zurück. Daher lässt sich leicht erkennen, ob ein Virus künstlich synthetisiert wurde.

Die Anwendung des umgekehrten genetischen Betriebssystems von Viren in der Virologieforschung ist ein sehr wichtiges Instrument in der Virologie und verwandten Bereichen der Biowissenschaften. Es kann für die Grundlagenforschung, die Untersuchung der Funktionen verschiedener Gene im Virus und auch für die Impfstoffentwicklung verwendet werden. Viren können, beladen mit verschiedenen Gensequenzen, auch als Vektoren für andere biowissenschaftliche Forschungsarbeiten verwendet werden. Darüber hinaus werden mit der Entwicklung der Biowissenschaften die Aussichten für den Einsatz viraler Vektoren in der Zelltherapie, Gentherapie und Krebsbehandlung immer vielversprechender.

01 Grundlagenforschung und Anwendung

Ideen und Werkzeuge der Virologie finden in der biologischen Grundlagenforschung breite Anwendung. Derzeit werden virale Vektoren in verschiedenen Bereichen wie Genüberexpression, Knockout, Knockdown und Tiermodellmodifikation eingesetzt. Nehmen wir als Beispiel die Anwendung von Pseudoviren in der virologischen Forschung (Abbildung 10): Wir können die grundlegende Methode des umgekehrten genetischen Betriebssystems verwenden, um Pseudoviruspartikel zu erzeugen, sodass die Hülle des Pseudoviruspartikels das Hüllprotein des untersuchten Virus enthält, mit dem die Antigenität, Neutralisierung und der frühe Infektionsprozess von Viruspartikeln simuliert werden können; Allerdings enthalten die Partikel nur defekte virale Genome oder gar kein Genom, sodass das Pseudovirus den viralen Replikationszyklus nicht abschließen kann und beim Wirt keine Erkrankung verursacht. Aufgrund der besseren Sicherheit können wir mithilfe von Pseudoviruspartikeln einige gefährliche Viren in Laboren mit relativ niedrigen Biosicherheitsstufen untersuchen.

Abbildung 10. Pseudovirale Partikel, die in der Coronavirus-Forschung verwendet werden (zitiert nach GenScript)

02 Impfstoffforschung, -entwicklung und -produktion

Jeder von uns ist geimpft. Sie können die Narbe an Ihrem Arm berühren, die durch die BCG-Injektion entstanden ist. Impfstoffe verhindern Krankheiten, indem sie den Körper zur Entwicklung eines erworbenen Immunschutzes anregen. Je nach den Bestandteilen des Impfstoffs kann dieser in inaktivierte Impfstoffe, abgeschwächte Lebendimpfstoffe, Toxoide, Untereinheitenimpfstoffe, rekombinante Protein- oder Polypeptidimpfstoffe, virale Vektorimpfstoffe, DNA- oder RNA-Impfstoffe usw. unterteilt werden. Impfstoffe müssen zwei Bedingungen gleichzeitig erfüllen: Sie müssen den Körper zur Bildung eines wirksamen Immunschutzes anregen und dürfen keine Krankheiten verursachen. Der Impfvorgang ähnelt einem militärischen Training des Immunsystems: Training des Immunsystems, ohne den Körper zu schädigen. Bei der sogenannten Immunität handelt es sich eigentlich um die Fähigkeit des Körpers, Krankheitserreger bei der nächsten Begegnung schnell zu eliminieren und so zu verhindern, dass Menschen (oder Tiere) krank werden.

Sehen wir uns ein Beispiel für die Verwendung eines Reverse-Genetik-Systems zur Herstellung eines Impfstoffs an (Abbildung 11). Wir wissen, dass die Grippe häufig mutiert und dass die jedes Jahr vorherrschenden Virusstämme unterschiedlich sein können. Nach der Änderung seiner „Verkleidung“ wird es vom Immunsystem nicht mehr erkannt. Daher müssen wir neue Grippeimpfstoffe auf der Grundlage der in dem jeweiligen Jahr vorherrschenden Virusstämme herstellen. Hier kommt das umgekehrte genetische Betriebssystem ins Spiel: 1. Wir erkennen die in der Klinik vorherrschenden starken Stämme und erhalten ihre Antigen-kodierenden Sequenzen; 2. Anschließend haben wir mittels Gentechnik die codierenden Sequenzen des antigenen Teils in die infektiösen Klone der schwachen Impfstoffstämme rekombiniert. 3. Anschließend transfizieren wir diese Plasmide in die Zellen und können so neue, schwache Impfstoffstämme produzieren, die starke Stammantigene tragen, aber nicht pathogen sind und zur Vorbeugung der in diesem Jahr weit verbreiteten Grippe eingesetzt werden können.

Abbildung 11. Reverse-Genetik-System zur Herstellung eines Grippeimpfstoffs (Quelle: Wikipedia, vom Autor bearbeitet)

Der wirksamste Weg, Viruserkrankungen vorzubeugen, ist die Entwicklung von Impfstoffen. Um die neue Coronavirus-Epidemie zu verhindern und unter Kontrolle zu bringen, arbeiten Forscher auf der ganzen Welt mit Hochdruck an der Entwicklung eines Impfstoffs gegen das neue Coronavirus. Der vom Team des Akademikers Chen Wei in China entwickelte rekombinante neue Coronavirus-Impfstoff (Adenovirus-Vektor) („Ad5-nCoV“) ist in die klinische Phase II der Tests eingetreten. Wie der Name schon sagt, ist der in diesem Impfstoff verwendete virale Vektor das Adenovirus, ein unbehülltes DNA-Virus. Wir löschen die krankheitsverursachenden Gene und einige irrelevante Gene im Adenovirus und führen dann rekombinant die Antigenprotein-Expressionsgene des neuen Coronavirus ein, um einen Coronavirus-Impfstoff auf Basis des Adenovirus-Vektors herzustellen. Adenovirusvektoren zeichnen sich durch hohe Effizienz, hohen Titer (Titer bezieht sich auf die Konzentration des Virus) und geringe Pathogenität aus und integrieren sich nicht in die Chromosomen der Wirtszelle. Sie sind ein häufig verwendeter viraler Vektor. Derzeit verwenden Forscher im In- und Ausland auch Strategien wie inaktivierte Impfstoffe, Untereinheitenimpfstoffe, Pseudoviruspartikel, Pockenvirus-Vektorimpfstoffe und Nanopartikelimpfstoffe zur Entwicklung von Impfstoffen (Abbildung 12). Zu diesen Nanopartikel-Impfstoffen zählen Nanopartikel, die aus viralen Antigenen und selbstassemblierten Proteinkomponenten bestehen.

Abbildung 12. Strategie zur Entwicklung eines COVID-19-Impfstoffs

(Quelle: https://research.sinica.edu.tw/covid-19-vaccine-academia-sinica/)

03 Viren können auch Krankheiten heilen

Viren oder virale Vektoren können auch in der Phagentherapie, Zelltherapie, Gentherapie sowie in der Krebsbehandlung und -prävention eingesetzt werden.

Durch die Entdeckung und Anwendung verschiedener Antibiotika konnte die Schädigung der menschlichen Gesundheit durch Bakterien erheblich reduziert werden. Der Missbrauch von Antibiotika hat jedoch das Problem der bakteriellen Resistenz mit sich gebracht. Einige Bakterien weisen eine Mehrfachresistenz gegen Antibiotika auf. Wir sprechen dann von Superbakterien. Eine Infektion mit Superbakterien ist sehr gefährlich und stellt in der Medizin ein sehr schwieriges Problem dar. Bakteriophagen sind Viren, die Bakterien infizieren können. Daher ist die Verwendung von Bakteriophagen zur Behandlung medikamentenresistenter bakterieller Infektionen zu einer der Ideen zur Behandlung bakterieller Infektionen geworden. Im Jahr 2015 reiste ein Wissenschaftlerpaar der University of California durch Ägypten, als der Ehemann, Tom Patterson, mit einem Superbug infiziert wurde und sich in einem kritischen Zustand befand. Später erholte er sich durch eine Phagentherapie (Abbildung 13).

Abbildung 13. Phagentherapie bei Superbug-Infektion

https://www.bbc.com/zhongwen/simp/world-50336647

Krebs ist eine Krankheit, die eine ernsthafte Bedrohung für die menschliche Gesundheit darstellt, und bestimmte Viren, die wir onkolytische Viren nennen, können eine Tumorauflösung verursachen. Zu den onkolytischen Viren zählen Adenovirus, Pockenvirus, Alphavirus, Newcastle-Disease-Virus, Herpes-simplex-Virus-1, Masernvirus usw. (Abbildung 14). Diese Viren können so modifiziert werden, dass sie in der Krebsbehandlung eingesetzt werden können: Einerseits verursachen sie keine Krankheiten, andererseits können sie Tumorzellen abtöten. Onkolytische Viren behandeln Tumore über viele Mechanismen, beispielsweise durch die Zerstörung von Tumorblutgefäßen, das Abschneiden von Tumornahrungsquellen, das direkte Abtöten von Tumorzellen oder die Auslösung zellulärer Immunreaktionen gegen Tumore.

Abbildung 14. Onkolytische Viren und ihre Wirkmechanismen [2]

Das menschliche Immunsystem ist wie eine Armee, die der Invasion fremder Krankheitserreger widerstehen und gleichzeitig abnormale „Rebellenzellen“ identifizieren und eliminieren kann. Allerdings können sich einige Zellen dieser Überwachung entziehen und werden vom Immunsystem nicht erkannt und eliminiert, sodass sie sich ungehindert vermehren. Dies sind Krebszellen. Bei Zelltherapiemethoden können lentivirale Vektoren verwendet werden, um Rezeptoren (CARs) auf den Soldaten des Immunsystems, den T-Zellen, zu installieren, die Krebszellen erkennen können. So wird das Immunsystem dabei unterstützt, Tumore zu erkennen und zu eliminieren (Abbildung 15). Lentivirale Vektoren sind modifizierte HIV-Viren. Sie verfügen über eine hohe Infektionseffizienz und können exogene Gene stabil in das Zellgenom einfügen. Sie werden häufig in der Zelltherapie eingesetzt.

Abbildung 15. CAR-T-Zelltherapie

Mit der rasanten Entwicklung der Technologie zur Genomeditierung werden die Aussichten für die Gentherapie immer vielversprechender. Gentherapie ist die Behandlung oder Vorbeugung von Krankheiten durch die Veränderung von Genen. Die wichtigsten Methoden sind der Ersatz mutierter Gene, das Ausschalten schädlicher Gene oder die Einführung neuer Gene. Die Gentherapie eignet sich insbesondere zur Behandlung genetischer Erkrankungen, kann aber auch zur Behandlung von Viruserkrankungen oder Krebs eingesetzt werden.

Die Genesung des „Schmetterlingsjungen“ ist ein klassisches Beispiel für Gentherapie. Im Jahr 2017 wurde Hassan, ein Junge, der an junktionaler Epidermolysis bullosa litt, wegen schwerer Hautschäden am ganzen Körper ins Krankenhaus eingeliefert. Seine Haut war äußerst empfindlich und riss bei der geringsten Berührung auf, und sein Leben war in Gefahr. Diese schwere genetische Erkrankung wird durch eine Anomalie im Laminin-Gen der Haut verursacht. Im übertragenen Sinn wird das kranke Kind auch „Schmetterlingsjunge“ genannt. Die Wissenschaftler luden das normale Adhäsionsprotein-Gen in einen retroviralen Vektor und verwendeten das Virus dann, um in vitro kultivierte Hautzellen zu infizieren. Das normale Gen wurde durch den viralen Vektor in diese Hautzellen eingeführt, sodass sie normale Proteine ​​exprimieren konnten. Nachdem die genetisch veränderte Haut in vitro kultiviert wurde, wird sie auf den Körper des Kindes transplantiert und ersetzt nach und nach die ursprüngliche Haut, um den Behandlungszweck zu erreichen (Abbildung 16).

Abbildung 16. Genetisch veränderte Haut, hergestellt mit viralen Vektoren zur Behandlung der junktionalen Epidermolysis bullosa[3]

Spinale Muskelatrophie ist eine tödliche genetische Erkrankung. Bei betroffenen Kindern werden die Motoneuronen im Hirnstamm und Rückenmark nach und nach zerstört und sie verlieren langsam die Fähigkeit zu sprechen und zu gehen. Schließlich können sie nicht einmal mehr atmen und schlucken und werden schließlich umgebracht. Studien haben ergeben, dass diese Krankheit durch Anomalien im SMN1-Gen verursacht wird. Der von Novartis in den USA entwickelte Adenovirus-assoziierte Virusvektor kann das normale SMN1-Gen in das Genom des Patienten einbauen und so die Krankheit behandeln. Dieses virale Vektormedikament erfordert nur eine Injektion und die Kosten für eine Injektion betragen bis zu 2 Millionen US-Dollar (Abbildung 17). Bei dem hier verwendeten AAV-Virus handelt es sich um ein defektes Virus, dessen Replikation auf Adenoviren angewiesen ist. Es verursacht selbst keine Krankheit, kann sich teilende und sich nicht teilende Zellen infizieren (Nervenzellen teilen sich normalerweise nicht) und kann ortsspezifisch in das menschliche Chromosom 19 integriert werden. Es ist ein häufig verwendeter viraler Vektor.

Abbildung 17. Das teuerste Medikament der Geschichte, das AAV-Virus, wird zur Behandlung der spinalen Muskelatrophie eingesetzt

Fazit: Viren sind wichtige Krankheitserreger, die beim Menschen Krankheiten verursachen. Von der Antike bis heute sind verschiedene Viren der Albtraum der Menschheit. Auch in der heutigen Gesellschaft sind die menschliche Gesundheit, die Wirtschaft und die Gesellschaft angesichts der neuen Coronavirus-Pandemie noch immer stark beeinträchtigt. Da die Grenzen zwischen Mensch und Natur immer mehr verschwimmen, sich Klima und Umwelt dramatisch verändern und der internationale Austausch und Transport von Menschen und Tieren immer häufiger wird, werden neu auftretende Viruserkrankungen immer und in zunehmendem Maße eine ernsthafte Bedrohung für die menschliche Gesellschaft darstellen, deren Auftreten äußerst wahrscheinlich ist, bereits aufgetreten ist oder gerade auftritt.

Durch die virologische Forschung konnten wir große Fortschritte bei der Früherkennung, Behandlung und Prävention neu auftretender Viruserkrankungen erzielen. Wir entdecken immer schneller neue Viren, treffen immer schneller wirksame Präventionsmaßnahmen und Entscheidungen und entwickeln immer schneller Medikamente und Impfstoffe. Verglichen mit früheren Seuchen in der Geschichte ist die Fähigkeit der menschlichen Gesellschaft, mit Infektionskrankheiten umzugehen, nicht mehr das, was sie einmal war. Gleichzeitig hat die virologische Forschung auch viele bemerkenswerte Ergebnisse für die Grundlagenforschung in den Biowissenschaften und die medizinische Forschung hervorgebracht. Wir sagen oft, dass das 21. Jahrhundert das Jahrhundert der Biowissenschaften ist. Viele Experten betrachten die Biowissenschaftstechnologien, die durch die Genomeditierung repräsentiert werden, als Hauptkomponente der vierten industriellen Revolution und all dies ist untrennbar mit virologischen Werkzeugen verbunden. Daher ist die virologische Forschung sowohl aus der Perspektive der Entwicklung der Biowissenschaften als auch der menschlichen Gesundheit sehr wichtig.

Verweise

[1] https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.02.21.959817v1.full.pdf

[2] Ungerechts, G., Bossow, S., Leuchs, B., Holm, PS, Rommelaere, J., Coffey, M., Coffin, R., Bell, J., und Nettelbeck, DM (2016). Onkolytische Viren in die Klinik bringen: Produktion, Reinigung und Charakterisierung verschiedener onkolytischer Viren in klinischer Qualität. Molekulartherapie – Methoden und klinische Entwicklung 3, 16018–13.

[3] https://www.nature.com/articles/nature24753

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