Simulationsmodell entwickelt
Forscher der Uni Münster helfen, virale Infektionsverläufe besser zu verstehen

Münster -

Virale Wirkungsmechanismen sind bislang kaum erforscht. Einem Team des Instituts für Genetik von Herzerkrankungen an der Uni Münster ist nun eine wichtige Entwicklung gelungen: Die Arbeitsgruppe hat ein Virus-Expressionsmodell aufgebaut, mit dem sich eine Vielzahl viraler Infektionen simulieren und analysieren lässt – auch die mit dem Coronavirus. 

Donnerstag, 08.10.2020, 12:32 Uhr aktualisiert: 08.10.2020, 13:13 Uhr
Simulationsmodell entwickelt : Forscher der Uni Münster helfen, virale Infektionsverläufe besser zu verstehen
Arbeitsgruppen-Leiter Prof. Guiscard Seebohm am Patch-Clamp-Messplatz. Foto: Marlen Keß/ Uni Münster

Es ist nur ein 120 Millionstel Millimeter groß und legt doch ganze Staaten lahm: das Corona-Virus. Selbst wenn es eines Tages wieder verschwindet, virale Infektionen werden auch danach zu den häufigen und schwierig zu behandelnden Erkrankungen des Menschen gehören. Selbst jahrzehntelange Forschung hat nur wenige standardisierte Impfstoffe und Behandlungsstrategien gegen eine nur geringe Zahl von Viren hervorgebracht.

Auch die viralen Wirkungsmechanismen sind laut einer Mitteilung der Uni Münster bislang kaum erforscht – ein Grund für Prof. Dr. Guiscard Seebohm und sein Team des Instituts für Genetik von Herzerkrankungen an der Westfälischen Wilhelms-Universität (WWU) Münster, sich genau diesem Thema zu widmen. Jetzt ist dem Team eine wichtige Entwicklung gelungen: Die Arbeitsgruppe hat ein Virus-Expressionsmodell aufgebaut, mit dem sich eine Vielzahl viraler Infektionen simulieren und analysieren lässt – auch die mit SARS-CoV-2. Die Ergebnisse sind in der aktuellen Ausgabe des „Nature“-Journals „Scientific Reports“ nachzulesen.

Expressionsmodell basiert auf Stammzellen

Deutlich weniger bekannt als SARS-CoV-2, aber auf die gleiche Weise übertragbar, ist das Coxsackie-Virus B3 (CVB3). „Seine Symptome ähneln meist der einer Grippe, das gilt auch für die Erholungsdauer. Nach zwei bis drei Wochen ist der CVB3-infizierte Patient in der Regel wieder gesund, meist ohne offensichtliche Langzeitschäden“, erläutert Guiscard Seebohm. Aber eben nicht immer, ergänzt der Leiter der Abteilung Zelluläre Elektrophysiologie und Molekularbiologie: Neben Akut-Infektionen berge eine virale Infektion auch die Gefahr einer chronischen Infektion.

Die Folge kann eine kontinuierliche Schädigung bestimmter innerer Organe sein, die zum Tod führen kann. So können nach Monaten oder Jahren bei einigen der früheren CVB3-Patienten Herzmuskelentzündungen oder eine Diabetes-Erkrankungen des Typs I auftreten. Histologische Untersuchungen bei Betroffenen zeigten teils gravierende Schäden in der Gewebsstruktur. Auch Jahre nach der akuten Infektion belegen Gewebeanalysen das Vorhandensein viralen Erbguts.

Die wichtigsten Infos zum Coronavirus

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  • Immer mehr neue Fälle und Nachrichten rund um das neue Coronavirus Sars-CoV-2 - auch in Deutschland. Doch woran erkenne ich eine Infektion? Und was mache ich dann?

    (Zuletzt aktualisiert am 14. August 2020)

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  • Woran erkenne ich eine Infektion?

    Die Symptome der von dem Virus verursachten Erkrankung Covid-19 (für Corona virus disease 2019) sind eher unspezifisch. Zu den am häufigsten genannten Symptomen zählen laut Robert-Koch-Institut (RKI) Husten, Fieber, Schnupfen, sowie Geruchs- und Geschmacksverlust. Auch über Atemnot, Halskratzen, Kopf- und Gliederschmerzen sowie Schüttelfrost wurde berichtet. Einige Betroffene leiden zudem an Übelkeit und Durchfall. Damit ist es für Laien unmöglich, die Krankheit von der regulären Grippe oder einem grippalen Infekt zu unterscheiden, erklärt Oliver Witzke, Direktor der Klinik für Infektiologie der Universitätsmedizin Essen. Bei einem schwereren Verlauf sind Atemprobleme oder eine Lungenentzündung möglich.

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  • Wie gefährlich ist Covid-19?

    Die Krankheitsverläufe variieren laut Robert-Koch-Institut stark, von symptomlosen Verläufen bis hin zu schweren Pneumonien mit Lungenversagen und Tod. Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation WHO verläuft die Krankheit gerade bei Kindern und jungen Erwachsenen mild. Insgesamt erkrankt nach WHO-Angaben etwa jeder fünfte Infizierte so schwer, dass er im Krankhaus behandelt werden müsse.

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  • Wie wird das Virus übertragen?

    Das neue Coronavirus ist von Mensch zu Mensch übertragbar. Der Hauptübertragungsweg ist die Tröpfcheninfektion, also ein Einatmen von Erregern, die ein Erkrankter zum Beispiel beim Husten verteilt. Dies kann direkt von Mensch-zu-Mensch über die Schleimhäute geschehen oder auch indirekt über Hände, die dann mit Mund- oder Nasenschleimhaut sowie die Augenbindehaut in Kontakt gebracht werden.

    Doch auch, wenn nicht gehustet oder geniest wird, kann sich das Virus ausbreiten - über unsichtbare Schwebeteilchen in der Luft. Die sogenannten Aerosole sind winzige, in der Luft schwebende Partikel, die entstehen, wenn Tröpfchen fein vernebelt werden, zum Beispiel beim Sprechen und Singen.

    Es wurden auch Fälle bekannt, in denen sich Personen bei Betroffenen angesteckt haben, die nur leichte oder unspezifische Krankheitszeichen gezeigt hatten. Die Viren wurden auch in Stuhlproben einiger Betroffener gefunden.

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  • Wie lange dauert die Inkubationszeit?

    Die Inkubationszeit, also die Zeit von der Ansteckung mit den Viren bis zum Ausbruch der Krankheit, kann nach Einschätzung des Robert-Koch-Instituts bis zu 14 Tage betragen. Im Durchschnitt beträgt sie der WHO zufolge 5 bis 6 Tage (Spannweite 1 bis 14 Tage).

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  • Was tun, wenn man Kontakt zu einer infizierten Person hatte?

    Personen, die einen persönlichen Kontakt zu einer Person hatten, bei der das SARS-CoV-2-Virus im Labor nachgewiesen wurde, sollten sich unverzüglich und unabhängig von Symptomen an ihr zuständiges  Gesundheitsamt  wenden.

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  • Wenn Sie Symptome feststellen... 

    Zuständig sind die Hausärzte oder der ärztliche Bereitschaftsdienst (Rufnummer 116 117). Betroffene sollten vor dem Gang zur Haus- oder Kinderarztpraxis unbedingt dort anrufen. Am Telefon wird das weitere Vorgehen und tatsächliche Risiko beraten. In Notfällen, etwa bei Atemnot, sollen sich die Betroffenen an den Notruf 112 oder eine Rettungsstelle wenden.

    Wer einen begründeten Verdacht hat, mit Sars-CoV-2 infiziert zu sein, sollte Kontakte meiden und zu Hause bleiben - wie auch bei der Grippe.

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  • Welche Vorsichtsmaßnahmen sollte man ergreifen?

    Wichtig außerdem, und zwar für alle: Gute Handhygiene, also regelmäßiges Waschen mit Seife. Zudem sollten die Hände vom eigenen Gesicht ferngehalten und aufs Händeschütteln verzichtet werden. Wichtig auch: Richtiges Husten und Niesen - in ein Einmaltaschentuch oder die Armbeuge also. Geschlossene Räume sollte man regelmäßig lüften.

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  • Was bringen Masken?

    Das Tragen einer sogenannten Alltagsmaske trägt dazu bei, andere Personen vor feinen Tröpfchen und Partikeln die man zum Beispiel beim Sprechen, Husten oder Niesen ausstößt, zu schützen. Für diesen Fremdschutz durch eine Mund-Nasen-Bedeckung gibt es inzwischen erste wissenschaftliche Hinweise , aufgrund derer die WHO ihre Empfehlung zum Tragen von Masken geändert hat. Der Eigenschutz durch die Maske ist bisher wissenschaftlich nicht belegt.

    Das Robert Koch-Institut empfiehlt das generelle Tragen einer Mund-Nasen-Bedeckung im öffentlichen Raum, wenn ein Abstand von mindestens 1,5 Metern nicht immer eingehalten werden kann. Diese Empfehlung beruht auf Untersuchungen, die belegen, dass ein gewisser Anteil von Übertragungen von SARS-CoV-2 unbemerkt erfolgt. Denn schon vor dem Auftreten der ersten Krankheitszeichen können Infizierte ansteckend sein.

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  • Noch Fragen?

    Das Robert-Koch-Institut hat eine Liste mit Antworten auf häufig gestellte Fragen zum Coronavirus zusammengestellt.

    Weitere Informationen gibt es hier:

    Hotline der Stadt Münster : 0251/4921077 (Mo-Do 8-18, Fr 8-13.30)

    Bürgertelefon des NRW-Gesundheitsministeriums 0211/91191001 (Mo-Fr 8-18 Uhr) | Ansprechpartner am Bürgertelefon beantworten allgemeine Fragen zum Corona-Virus und zur Vorbeugung.

    Unabhängige Patientenberatung Deutschland: 0800/0117722 | Die Unabhängige Patientenberatung Deutschland mit Sitz in Berlin ist eine gemeinnützige GmbH. Im gesetzlichen Auftrag informiert und berät sie Ratsuchende in gesundheitlichen und gesundheitsrechtlichen Fragen, damit diese sich im Gesundheitswesen besser zurechtfinden, informierte eigene Entscheidungen treffen und ihre Rechte wahrnehmen können.

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Wie es zum chronischen Verlauf einer CVB3-Infektion kommt und wie eine akute Infektion genau verläuft, ist bis heute unzureichend untersucht. Das Forscherteam um Guiscard Seebohm ist in dieser Hinsicht ein großer Schritt nach vorn gelungen: Sie entwickelten ein auf Stammzellen basierendes Expressionsmodell für CVB3, um den Wirkmechanismen dieses Virus' – als Prototyp für Virenwirkung allgemein – auf den Grund zu gehen.

Das Modell wurde in einer Studie auf dessen Kontrollierbarkeit in Herzmuskelzellen untersucht, die aus Stammzellen gezüchtet wurden. Dabei integrierte die Forschergruppe die Erbinformation einer nicht-infektiösen Variante des CVB3 in das Erbgut humaner Stammzellen. Letztere können im Labor in beliebiges menschliches Gewebe umgewandelt werden und ermöglichen die präzise Erforschung viraler Mechanismen. Mithilfe eines chemischen Signals kann die Expression von CVB3 gezielt eingeschaltet werden.

Simulation einer Vielzahl von Krankheitsverläufen

„Durch dieses einzigartige und kontrollierbare System lässt sich eine Vielzahl von Krankheitsverläufen simulieren und erstmals mit höchster Präzision analysieren“, betont Guiscard Seebohm. Den Wissenschaftlern gelang es, im Modell die CVB3-Expression sowohl in Stammzellen als auch in differenzierten Herzmuskelzellen zeitlich zu steuern. Zugleich variierten sie die Menge an viralen Proteinen und deren Lokalisation. Das bedeutet, dass sowohl das Ausmaß der Virusinfektion, das Infektionsmuster als auch der Zeitverlauf den jeweiligen wissenschaftlichen Fragestellungen angepasst werden können.

Durch die Generierung des ersten voll kontrollierbaren Virus-Expressionsmodells in humanen Zellen, dessen erwiesene Funktionalität und die Übertragbarkeit auf den Patienten, eröffnen sich zahlreiche neue Ansätze für die Forschung. Es lässt sich nicht nur die Infektion mit CVB3 und anderen Viren, wie Corona- und Influenzaviren, mit höchster Auflösung untersuchen.

Die Grenzen des wissenschaftlich erforschbaren Bereiches werden durch diesen neuen Ansatz erweitert. Folgestudien zur kontrollierten Expression von CVB3 in hiPSC sind bereits in Arbeit und zeigen vielversprechende Resultate. Dr. Stefan Peischard, Erstautor der jetzt publizierten Studie, und seine Teamkollegen von der Arbeitsgruppe Seebohm erhoffen sich einen großen Nutzen für betroffene Patienten.

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