Die DNA von Viren in der Zelle verfolgen
Adenovirale DNA mit Hilfe von Click-Chemie rot markiert, das die virale DNA-bindende Protein ist in grün und die zelluläre DNA in blau ersichtlich. Neu synthetisierte adenoviralen DNA durch Klick-Chemie markiert ist in rot, eine virale DNA-bindendes Protein in grün, und die zelluläre DNA in blauer Farbe dargestellt. (Bild: Nathalie Huber / Universität Zürich)
Zürich – Wie sich Viren in der Zelle verbreiten, machen Zellbiologen und organische Chemiker der Universität Zürich sichtbar. Dank eines neuen Verfahrens konnten sie die DNA von Viren markieren und somit erstmals in Einzelmolekül-Auflösung in der Wirtszelle verfolgen. Die neuen Erkenntnisse verbessern das Verständnis, wie sich virale Krankheiten ausbreiten und wie Zellen auf Virusinfektionen reagieren.
Viren sind Krankheitserreger. Entsprechend wichtig ist es, die genauen zellulären Abläufe – angefangen vom Befall der Zelle durch das Virus bis zur Verteilung der viralen DNA innerhalb der Zelle – möglichst genau zu kennen. Doch mit den heutigen Verfahren ist es nicht möglich, die Entwicklungsschritte eines intakten Virus’ und seiner DNA im Innern einer Wirtszelle zu beobachten. Jetzt stellt ein interdisziplinäres Forschungsteam der Universität Zürich unter der Leitung des Zellbiologen Urs Greber ein Verfahren vor, mit dessen Hilfe erstmals virale DNA in der Wirtszelle in Einzelmolekülauflösung sichtbar gemacht werden kann. Das Verfahren liefert unerwartete Erkenntnisse über die Verteilung der viralen DNA in der Zelle und über die Empfänglichkeit der einzelnen Zellen für virale DNA.
Virale DNA mit Hilfe von Click-Chemie beobachten
Für ihre Untersuchungen verwendeten Greber und Kollegen Adenoviren, die beim Menschen Atemwegserkrankungen und Bindehautentzündungen auslösen können, sowie Vaccinia- und Herpesviren zusammen mit menschlichen Zellkulturen. Um die DNA eines intakten Virus’ zu markieren, setzten die Wissenschaftler auf Click-Chemie, d.h. auf einfach durchführbare, breit anwendbare chemische Reaktionstypen. Nathan Luedtke, bioorganischer Chemiker an der UZH, und seine Doktorandin Anne Neef entwickelten ein spezifisches chemisches Molekül. Dazu Luedtke: «Unser Molekül bindet sich an die virale DNA ohne diese zu verändern und bringt sie unter dem Superresolutions-Fluoreszenzmikroskop zum Aufleuchten.»
Abwehrreaktion von infizierten Zellen erstmals sichtbar
Greber und sein Team infizierten im Labor gezüchtete menschliche Zellen mit den chemisch markierten Viren. Anschliessend produzierten sie zeitlich gestaffelte Bilder von den verschiedenen Phasen der Infektion der Wirtszelle. «Mit unserer Untersuchungsmethode können wir erstmals zeigen, dass nicht alle virale DNA in den Zellkern eindringt, sondern DNA-Teile im Zytosol verbleiben, den flüssigen Bestandteilen des Zytoplasmas», erläutert Greber die Resultate. Gemäss den Wissenschaftlern ist dieses Phänomen auf die antiviralen Abwehrreaktionen der Zelle zurückzuführen. Dazu Greber: «Wir können erstmals die zelluläre Antwort auf eintretende virale DNA sichtbar machen.» Weiter können die Forscher zeigen, dass identische Zellen unterschiedlich empfänglich sind für eine virale Infektion. Greber vermutet, dass auch der Zellkern über antivirale Abwehrmechanismen verfügen könnte. Diese Fragen sollen künftige Untersuchungen klären. Die Wissenschaftler sind überzeugt, dass sich ihre an Adeno-, Vaccinia- und Herpesviren gewonnenen Erkenntnisse auch auf andere DNA-Viren oder das HI-Virus (HIV) übertragen lassen. (Universität Zürich/mc/ps)
Literatur:
I-Hsuan Wang, Maarit Suomalainen, Vardan Andriasyan, Samuel Kilcher, Jason Mercer, Anne Neef, Nathan W. Luedtke & Urs F. Greber. Tracking viral genomes in host cells at single molecule resolution. Cell Host Microbe, October 16, 2013. http://dx.doi.org/10.1016/j.chom.2013.09.004
