COVID-19: Wie Alpakas die Anti-Virus-Forschung revolutionieren

Wie bereits einige Male berichtet wurde, lässt die Wirkung der bisher eingesetzten Behandlungsmethoden gegen COVID-19 oftmals zu wünschen übrig. Ein Forscherteam aus Göttingen konnte nun Mini-Antikörper, sogenannte Nanobodies, entwickeln, die sowohl den ursprünglichen Virusstamm als auch dessen Mutationen wirksam bekämpfen. Alpakas spielten bei der Forschung eine äußerst wichtige Rolle.

Vigucna pacos und seine Nanobodies

Das Alpaka (Vigucna pacos) stammt ursprünglich aus den südamerikanischen Anden und ist eine domestizierte Kamelform (Camelidae), die schon von den Inkas gezüchtet wurden – vorrangig wegen ihrer Wolle. Alpakas sind Pflanzenfresser und Herdentiere, deren Bestand sich in der Europäischen Union auf etwa 55.000 Tiere beläuft. Nicht nur, dass sie besonders wertvoll für Ökosysteme sind, weil sie zum Beispiel keine Trittschäden auf Weiden verursachen, sie besitzen auch eine einzigartige Antikörperklasse, die unter den Säugetieren so nur bei den Camelidae vorkommt. Nanobodies sind Teil ihres adaptiven Immunsystems und stehen bei dem Forschungsansatz der Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts (MPI) für biophysikalische Chemie und Universitätsmedizin Göttingen (UMG) nun im Vordergrund.

Britta, Nora und Xenia

Diese drei Namen gehören zu jenen Alpakas, denen das Forscherteam aus Göttingen mehrmals einen Teil des Spikeproteins injizierte, damit sie Antikörper gegen diesen Proteinteil bilden können. Nach der letzten Injektion und der darauffolgenden (geringen) Blutabnahme war ihre Arbeit auch schon wieder getan. Alles Weitere ist Sache von Enzymen, Bakteriophagen und Hefen. Görlich erklärt: „Die Belastung für unsere Tiere ist insgesamt sehr gering, vergleichbar mit einer Impfung und Blutuntersuchung beim Menschen.“

Mithilfe von Bakteriophagen zum gewünschten Ergebnis

Nach der erfolgten Blutabnahme wandern die Gewebeproben ins Labor, wo weitere Schritte vorgenommen werden. Die Wissenschaftler gewannen dabei Baupläne für rund eine Milliarde verschiedener Nanobodies. Mithilfe von Bakteriophagen fischten sie die besten heraus, testeten sie auf ihre Wirksamkeit und verbesserten sie in mehreren Design-Zyklen immer weiter. Hier gilt: Nicht jeder Antikörper wirkt neutralisierend auf das Virus. Wie gut das Virus ausgeschaltet werden kann, wurde anhand von Virusfunktionen in Zellkulturen im Labor nachgestellt. Antje Dickmann von der Universität Göttingen erläutert: „Dabei schauen wir, welche Nanobodies verhindern, dass sich die Viren in Zellkulturen vermehren. Indem wir die Nanobodies in vielen verschiedenen Verdünnungen testen, finden wir heraus, welche Menge ausreicht, um diesen Effekt zu erzielen.“ Beeindruckend war hierbei vor allem, wie wenige Nanobodies benötigt wurden, um eine Infektion zu verhindern – gerade einmal ein Millionstel Gramm der Nanobodies in einem Liter Medium reicht aus.

Klein, aber oho!

Es ist nicht das erste Mal, dass Nanobodies entwickelt wurden, um COVID-19 zu bekämpfen. Auf den ersten Blick unterscheiden sich die Nanobodies der Göttinger auch nicht von Mini-Antikörpern aus anderen Laboren. Sie alle binden an die Oberfläche des Spikeproteins, welches das Virus benötigt, um seine Wirtszelle zu erkennen und in sie einzudringen. Generell sind, laut Dirk Görlich, dem Direktor am MPI für biophysikalische Chemie, die aus den Alpakas stammenden Nanobodies sehr viel kleiner und einfacher aufgebaut als herkömmliche Antikörper. Dadurch können sie sehr leicht in das Gewebe eindringen. Es ist somit durchaus denkbar, dass man sie in Zukunft inhalieren und das Infektionsgeschehen somit bereits in den Atemwegen eindämmen kann.

Extreme Stabilität und höchste Wirksamkeit

Nicht nur, dass sie sehr viel kleiner sind als herkömmliche Antikörper, die Nanobodies der Göttinger binden auch 1.000 Mal stärker an das Spikeprotein des ursprünglichen Stamms und dessen Mutationen, als bisher eingesetzte Mini-Antikörper. Ein weiterer Pluspunkt: „Unsere Nanobodies halten Temperaturen von 95°C aus, ohne zerstört zu werden oder Aggregate zu bilden“, erklärt Matthias Dobbelstein, Direktor des Instituts für Molekulare Onkologie an der UMG. „Das sagt uns zum einen, dass sie im Körper lange genug aktiv bleiben könnten, um zu wirken. Zum anderen lassen sich temperaturstabile Nanobodies viel einfacher herstellen, verarbeiten und lagern.“ Ein wesentliches Thema, wenn es um die Lagerung von Medikamenten in ressourcenärmeren Gegenden geht.

Einsatz im Therapiegeschehen

Ziel ist es nun weiter, die Nanobodies für den therapeutischen Einsatz vorzubereiten. Das Forscherteam möchte den sicheren Einsatz als Wirkstoff testen, damit er vor allem Menschen, die schwer erkranken und auch jenen, die nicht geimpft sind bzw. nur einen geringen Impfschutz aufbauen konnten, zugutekommen kann. Auch der Einsatz bei Impfstoffen ist im Gespräch. Darüber hinaus könnte der Gebrauch von Nanobodies die meistgenützten herkömmlichen Antikörper ersetzen und somit die Zahl der Tiere in der Antikörperproduktion erheblich reduzieren. Im Hinblick auf den Tierschutz ist das eine vielversprechende Alternative.