2021

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Das Coronavirus SARS-CoV-2 und die Krankheit Covid-19

Neue Forschungsergebnisse erklären, weshalb das Medikament eher schwach wirkt Remdesivir ist das erste Medikament gegen Covid-19, das unter Auflagen in Europa zugelassen wurde. Der Wirkstoff soll dierasante Vermehrung des SARS-CoV-2-Erregers in menschlichen Zellen unterdrücken, indem er die virale Kopiermaschine, die RNA-Polymerase, stoppt. Forschende vom Göttinger Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie und der Universität Würzburg haben nun aufgeklärt, warum Remdesivir die virale Polymerase während des Kopierens stört, sie aber nicht vollständig hemmt.

Direktor Patrick Cramer. "Remdesivir behindert zwar die Polymerase in ihrer Arbeit, aber erst mit einiger Verzögerung. Und das Medikament stoppt das Enzym nicht vollständig."

Cramers Team am MPI für biophysikalische Chemie hatte zu Anfang der Pandemie aufgeklärt, wie das Coronavirus sein RNA-Erbgut verdoppelt - für den Erreger eine echte Mammutaufgabe. Denn die Virus-RNA besteht aus einer Kette von rund 30'000 RNA-Bausteinen und ist damit besonders lang.

Pausieren statt blockieren

Nach dem Einbau von Remdesivir in das Virus-Erbgut untersuchten die Forscherinnen und Forscher die Polymerase-RNA-Komplexe mithilfe biochemischer Methoden und der Kryo-Elektronenmikroskopie. Wie sie herausfanden, pausiert der Kopiervorgang genau dann, wenn sich die RNA-Kette nach Einbau von Remdesivir um drei weitere RNA-Bausteine verlängert hat.

"Einen vierten Baustein lässt die Polymerase nicht mehr zu. Das liegt an nur zwei Atomen in der Struktur von Remdesivir, die sich an einer bestimmten Stelle der Polymerase verhaken. Allerdings blockiert Remdesivir die RNA-Produktion nicht komplett. Oft arbeitet die Polymerase nach einer Fehlerkorrektur auch weiter", erläutert Goran Kokic, wissenschaftlicher Mitarbeiter in Cramers Labor. Gemeinsam mit den anderen Erstautoren der Studie, Hauke Hillen, Dimitry Tegunov, Christian Dienemann und Florian Seitz, führte er die entscheidenden Experimente durch, die jetzt im Wissenschaftsjournal Nature Communications veröffentlicht wurden.

Zu verstehen, wie Remdesivir wirkt, eröffnet Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern neue Chancen, das Virus zu bekämpfen. "Jetzt, da wir wissen, wie Remdesivir die Corona-Polymerase hemmt, können wir daran arbeiten, die Substanz und ihre Wirkung zu verbessern. Darüber hinaus wollen wir nach neuen Substanzen fahnden, die die virale Kopiermaschine stoppen", so Max-Planck-Direktor Cramer. "Die jetzt angelaufenen Impfungen sind essenziell, um die Pandemie unter Kontrolle zu bringen. Aber wir müssen weiterhin auch wirksame Medikamente entwickeln, die im Fall von Infektionen den Krankheitsverlauf von Covid-19 mildern."

Originalpublikation:

Goran Kokic*, Hauke Sven Hillen*, Dimitry Tegunov*, Christian Dienemann*, Florian Seitz*, Jana Schmitzova, Lucas Farnung, Aaron Siewert, Claudia Hoebartner, Patrick Cramer (*gleichwertiger Beitrag/equal contribution)

Mechanism of SARS-CoV-2 polymerase inhibition by remdesivir
Nature Communications 12, 279 (2021)

https://dx.doi.org/10.1038/s41467-020-20542-0

Quelle: Text Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie, Göttingen, 13. Januar 2021

Viren << HI-Virus Viren sind Erreger von Infektionskrankheiten bei Menschen, Tieren, Pflanzen und Bakterien. Viren sind Mikroorganismen mit einer Grösse von einigen Nanometer bis etwa 300 nm, welche auf lebende Wirtszellen angewiesen sind. Viren haben keinen eigenen Stoffwechsel. Viren sind die kleinsten sich selbst reproduzierenden Organismen, welche in der Natur vorkommen. Die meisten Viruskrankheiten, welche bei Menschen vorkommen, sind akute Infektionen. Diese Infektionen führen nach einer bestimmte Inkubationszeit zu u.a. Organveränderungen, welche häufig, aber nicht immer, zu Krankheitssymptomen (Grippesymptome wie Fieber oder Schnupfen, Ausschläge, Entzündungen von Körperorganen usw.) führen. SARS-Coronavirus Coronaviren führen zu einem breiten Spektrum von Krankheiten. Die einzelnen Vertreter der Coronaviren unterscheiden sich in ihren Auswirkungen beträchtlich. Diese Auswirkungen reichen von leichten Erkältungssymptomen bis zu schweren Lungenkrankheiten, welche mit einer hohen Todesrate verbunden sind. Das HI-Virus gehört zu einer Familie von Viren, die in den letzten Jahrzehnten intensiv studiert wurden: den Retroviren. Ihr Erbgut besteht aus Ribonukleinsäure (RNS, englisch RNA), während das Erbgut der menschlichen Zelle aus Desoxyribonukleinsäure (DNS, englisch DNA) aufgebaut ist. Sie unterscheiden sich von anderen RNA-Viren zudem durch ein spezielles Eiweiss, die Reverse Transkriptase, das die Viren zu ihrer Vermehrung benötigen. Die HI-Viren gehören zu einer Untergruppe der Retroviren. Sie führen erst nach einer langen Phase ohne Beschwerden zu chronischen Erkrankungen. Viren besitzen eigenes genetisches Material und können menschliche Zellen sehr gezielt infizieren. Dank der eingeschleusten Gene vermehren sich die Viren dann auf Kosten ihrer Wirtszelle. Erbfaktoren - Gene (Genom) - DNA Zu den Hauptbestandteilen eines Zellkerns gehören die «Nucleoproteide». «Nucleoproteide» sind Substanzen, die aus «Nucleinsäuren» und einem Protein (Eiweiss) bestehen. Die «Nucleinsäuren» steuern die Bildung der Enzyme in den Zellen. Sie sind damit die Träger der «Erbfaktoren = Gene = Genom». Eine wichtige «Nucleinsäuren» ist die «Desoxyribonucleinsäure (DNS)». Die DNS wird auch DNA (engl. A = Acid = Säure) genannt. Die DNS ist in den Chromosomen lokalisiert. Bei der Zellkernteilung werden die Chromosomen längs geteilt. Jeder der geteilten Zellkerne enthält jeweils die Hälfte jedes einzelnen Chromosoms.

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