Einfach inhalieren: Mit der Genschere virale Atemwegserkrankungen bekämpfen

Weltweit erkranken jedes Jahr mehr als 17 Milliarden Menschen an viralen Atemwegs­erkrankungen. Etwa 2,4 Millionen Infizierte sterben daran. Weil Viren rasch mutieren, ist es schwierig, die Übertragung der Krankheitserreger zu kontrollieren oder zu verhindern.

Ein Forschungsteam um Dr.  Simon Krooss, Arzt und Naturwissenschaftler an der Klinik für Gastroenterologie, Hepatologie, Infektiologie und Endokrinologie an der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH), hat sich zum Ziel gesetzt, die Viren im Körper nicht einfach nur aufhalten. Stattdessen wollen die Wissenschaftler erreichen, dass das Virus komplett zerstört wird – mithilfe der CRISPR-Cas13-Technologie. Die spezielle Genschere soll nur die virale RNA-Erbinformation zerschneiden, die menschliche mRNA bleibt unversehrt. Das Forschungsvorhaben erfolgt in Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin ITEM und wird von der VolkswagenStiftung über 2 Jahre mit rund einer Milion Euro gefördert.

Test an SARS-CoV-2 erfolgreich

Dass dieser Ansatz Erfolg verspricht, hat das Forschungsteam im Rahmen des Projektes „Innovative Ansätze zur Entwicklung antiviraler Medikamente“ bereits im Zusammenhang mit SARS-CoV-2 erfolgreich in Zellkultur nachgewiesen. „Die Genschere funktioniert sehr gut und konnte in unseren Untersuchungen bis zu 90 Prozent des viralen Erbguts zerschneiden“, berichtet Krooss.

Im Anschlussprojekt widmen sich die Forschenden nun dem humanen Parainfluenzavirus 3 (HPIV3). Dieses Virus verursacht grippeähnliche Symptome und kann bei Säuglingen und immungeschwächten Menschen zu einer schweren Schädigung der Lunge führen. Bislang gibt es weder eine Behandlung noch einen Impfstoff. Ziel ist es, per Inhalation die Genschere direkt in die Atemwege zu verabreichen und dort die Virusausbreitung zu stoppen.

Biologisches Navigationssystem leitet Cas13

„Wir nutzen das CRISPR-Cas13-System, um gezielt Regionen der viralen RNA anzugreifen, die über verschiedene Virusvarianten hinweg konserviert sind, sich also nicht oder nur wenig verändern und so die Immunabwehr auch nicht austricksen können“, erläutert Krooss weiter. Herzstück des Ganzen ist Cas13 – ein Protein, das normalerweise Bakterien nutzen, um sich gegen den Angriff bestimmter Viren zu wehren. Hier soll das Enzym nun gegen HPIV3 eingesetzt werden.

Damit die Cas13 auch wirklich an der gewünschten Stelle schneidet, suchen die Forschenden zunächst nach geeigneten CRISPR-Guide-RNAs (crRNAs) gegen HPIV3. Diese leiten das Enzym wie ein biolo­gisches Navigationssystem zu der Stelle, an der es den Virus-RNA-Strang zerstören soll.

Lipid-Bläschen als neues Transportmittel

Um die Genschere überhaupt in die infizierten Zellen zu bringen, wurden zunächst virale Vektoren genutzt. Mittlerweile setzen die Forschenden allerdings auf eine andere Verpackung: Lipid-Nanopartikel. Die winzigen, rundlichen Fettstoff-Bläschen werden bereits für eine Reihe medizinischer Anwendungen als Transportmittel genutzt, etwa für therapeutische Impfstoffe.

Mit Unterstützung aus der Industrie suchen Wissenschaftler nach Mischungen, die einer Verneblung und den damit verbundenen Scherkräften standhalten, um somit den Bauplan für die Genschere tief in die betroffenen Lungenareale zu bringen. In Zellkultur und im Tiermodell wollen die Forschenden die antivirale Aktivität und Sicherheit des Lipid-Nanopartikel-Systems überprüfen, um daraus ein brauchbares Arzneimittel für die klinische Umsetzung zu entwickeln.

Auch müssen die Forschenden noch untersuchen, wie lange die Genschere in den Atemwegen überdauert und die Virusvermehrung eindämmen kann.

Virenstopp durch Inhalation

Am Ende soll dann ein Medikament stehen, das über ein Spray oder Inhaliergerät schnell und gezielt in die betroffenen Atemwege gelangt und dort die Virusinfektion stoppt. Weil das System wie ein Baukasten funktioniert und sich die crRNA beliebig neu anpassen und austauschen lässt, kann die Genschere auch gegen andere virale Krankheitserreger eingesetzt werden.

Krooss erläutert den Nutzen seiner Forschung über die Atemwege hinaus: „In unseren Experimenten ließ sich zudem die Replikation anderer hochgefährlicher Viren, darunter das Nipah-Virus und das Masernvirus, sehr gut eindämmen“, berichtet er und fasst zusammen: „CRISPR-Cas13 ist ein hervorragendes Werkzeug, um die Vermehrung verschiedener RNA-Viren zu hemmen, die beim Menschen schwere Infektionen verursachen.“