Schneller auf neue Virusvarianten reagieren

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Mithilfe genetischer Methoden stellten die Forschenden zunächst sogenannte Pseudoviren her, die zwar in Zellen eindringen, sich aber nicht vermehren können und daher für Mensch und Umwelt ungefährlich sind. Ausgegangen sind die Forschenden von der neuen Virusvariante mit Immun-Escape, also BA.2.86. „Um herauszufinden, welche Mutationen für den Immun-Escape dieser Virusvariante verantwortlich sind, haben wir verschiedene Pseudoviren hergestellt, bei denen jeweils eine der 33 verschiedenen Mutationen rückgängig gemacht wurde, und zwar in Richtung des Ursprungsvirus BA.2“, erklärt Dr. Najat Bdeir, wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Abteilung Virale Immunologie am HZI und Erstautorin der Studie. In umfangreichen Zellversuchen haben die Forschenden dann untersucht, wie gut die jeweiligen Pseudoviren durch Immunzellen bekämpft werden können. Dafür nutzten sie Immunzellen „aus dem echten Leben“. „Für die Studie konnten wir Blutseren einer Kohorte von 40 Personen, die im Gesundheitsbereich tätig sind, zur Verfügung stellen“, sagt Prof. Georg Behrens von der Klinik für Rheumatologie und Immunologie der Medizinischen Hochschule Hannover. „Die Teilnehmenden waren mehrfach geimpft, unter anderem mit dem zu diesem Zeitpunkt aktuellen und gegen Omicron XBB.1.5 wirksamen Impfstoff.“

„Rückwärts bringt uns hier vorwärts!“

Mit Reverse Mutational Scanning konnten die Forschenden die für den Immun-Escape verantwortlichen Mutationen eindeutig identifizieren. Doch warum ist es wichtig, von der neuen Virusvariante auszugehen und die einzelnen Mutationen rückgängig zu machen, das Mutational Scanning „reverse“, also rückwärts anzuwenden? „Das ist wichtig, weil unsere Immunzellen so vielfältig sind. Sie können an unterschiedlichen Stellen am Virus binden, die sich teilweise auch überlappen“, erklärt Cicin-Sain. „Würden wir von der Ursprungsvariante ausgehen und eine zu testende Mutation einfügen, gibt es mit großer Wahrscheinlichkeit noch genügend andere Immunzellen, die die Ursprungsvariante des Virus trotzdem noch erkennen und ausschalten können. Der tatsächliche Beitrag, den die Mutation zum Immun-Escape leistet, kann auf diese Weise nicht hinreichend detektiert werden. Wir müssen also von der neuen Variante ausgehen und uns von dort aus rückwärts vorarbeiten – rückwärts bringt uns hier vorwärts!“

Die Forschenden hoffen, dass ihr neues Verfahren auch die künftige Impfstoffentwicklung vorwärtsbringen und beschleunigen kann. Mit Reverse Mutational Scanning könnten künftig auch andere Viren und ihre Varianten auf Immun-Escape verantwortliche Mutationen hin untersucht werden. „Denkbar wäre auch, mit dieser neuen Methode Machine-Learning-Modelle zu trainieren, um dann KI-Modelle zu entwickeln, mit denen vorhergesagt werden kann, welche potenziellen Mutationen eines Virus zu Immun-Escape führen könnten“, sagt Cicin-Sain. „Wenn auf der Basis schon vorab angepasste Impfstoffe hergestellt werden könnten, wären wir auch mal schneller als das Virus!“

Neben der Abteilung Virale Immunologie von Luka Cicin-Sain war auch die Abteilung „Struktur und Funktion der Proteine“ von Prof. Wulf Blankenfeldt an dieser Studie beteiligt. Wissenschaftler:innen des Zentrums für Individualisierte Infektionsmedizin (CiiM), des Deutschen Primatenzentrums – Leibniz-Institut für Primatenforschung und des Leibniz-Instituts DSMZ – Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen sowie das Deutsche Zentrum für Infektionsforschung (DZIF) haben die Studie ebenfalls mit ihrer Expertise unterstützt.

Text: Nicole Silbermann