Veröffentlicht am 27. April 2023
Blog Silvio Steiner – SARS-CoV-2
Virus-Wirt-Interaktionen: Wie Coronaviren zelluläre Abwehrsysteme untergraben
Interview mit Dr. Silvio Steiner
Ursprünglich ging es bei meiner Doktorarbeit um die Rolle von Stress Granules* (SG) im Kontext der antiviralen Zellabwehr besser zu verstehen. Während einer Infektion blockieren viele Viren die Entstehung von SG und deshalb wird spekuliert, dass diese auch eine Rolle bei der zellulären Verteidigung einnehmen. Mein Ziel war es, diese Granules während der Virusinfektion zu analysieren und zu verstehen, ob und wie sie sich von anderen Stresssituationen unterscheiden.
Abbildung 1
Während einer Infektion blockieren viele Viren die Entstehung von SG und deshalb wird spekuliert, dass diese eine Rolle bei der zellulären Verteidigung einnehmen. Um die möglichen Funktionen der SG während einer Virusinfektion zu verstehen, untersuchte ich ihre Protein-Zusammensetzung.
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Der Beginn der Covid-19-Pandemie hat die Ziele meiner Doktorarbeit stark beeinflusst. Als Forschungslabor, welches sich bereits vor der Pandemie auf die Erforschung von Coronaviren spezialisierte, richteten wir unsere Forschungsprioritäten zu dieser Zeit völlig auf SARS-CoV-2 aus. Dies bewirkte, dass meine Arbeit mit den SG in den Hintergrund rückte, und daraus folgte eine Spaltung meines Doktorats in zwei thematische Teile.
Aufgrund der dringlichen Lage war es von hoher Priorität, möglichst viel über die Eigenschaften von SARS-CoV-2 in Erfahrung zu bringen, um den Virus besser bekämpfen zu können. Einen besonderen Fokus legte unser Team auf Virus-Wirt Interaktionen: Zum Beispiel wie die Temperaturunterschiede zwischen den oberen und unteren Atemwegen sich auf SARS-CoV-2 im Vergleich zu SARS-CoV auswirken. Wir untersuchten auch, wie menschliche Lungenzellen im Verlauf der Infektion auf das Virus reagieren. Darüber hinaus untersuchten wir die Funktionen von verschiedenen viralen Proteinen von SARS-CoV-2, um besser zu verstehen, wie das Virus unsere Zellen manipuliert.
Abbildung 2
Die Temperaturunterschiede zwischen den oberen und unteren Atemwegen wirkt sich auf die Reproduktion des SARS-CoV-2-Virus aus. Bei der tieferen Temperatur der oberen Atemwege kann sich der Virus in Zellen des menschlichen Atemwegepithels besser vermehren und die Verteidigung gegen das Virus ist verlangsamt.
«Created with BioRender.com»Am Beispiel des Modell-Coronavirus, Murines Hepatitis Virus (MHV)**, habe ich die Zusammensetzung der SG während einer laufenden Infektion charakterisiert und dies mit jenen SG verglichen, welche durch ein chemisches Stresssignal ausgelöst werden. Meine Ergebnisse deuten darauf hin, dass die SG, welche durch Infektion mit dem MHV entstehen, eine stark abgeänderte Komposition im Vergleich zu den chemisch induzierten SG haben und nicht mehr dem klassischen Bild von SG entsprechen.
Für unsere Studien von SARS-CoV-2 in der Gruppe von Prof. Dr. Volker Thiel haben wir menschliche Lungenzellen verwendet, um Unterschiede zwischen SARS-CoV-2 und seinem Vorgänger (SARS-CoV) zu analysieren. Unser Team fand z.B. heraus, dass sich SARS-CoV-2 besser bei den tieferen Temperaturen der oberen Atemwege vermehrt. Dies hat sehr wahrscheinlich zur viel schnelleren Verbreitung von SARS-CoV-2 gegenüber SARS-CoV beigetragen. Zusätzlich haben wir auch analysiert, was in den Lungenzellen während der Infektion passiert und welche zellulären Reaktionen hervorgerufen werden.Meine Erkenntnisse leisten einen Beitrag zum Verständnis, wie unsere Zellen mit gewissen Stresssituationen umgehen und wie diese Funktionen möglicherweise von Viren unterwandert werden können.
Unsere Forschung an SARS-CoV-2 trägt zum besseren Verständnis des Virus und seines Einflusses auf den menschlichen Körper bei und kann dabei helfen, das Virus besser zu bekämpfen. Unsere Ergebnisse bilden ein Fundament, auf dem weiter aufgebaut werden kann. Ein besonderes Projekt war auch das Schreiben eines Übersichtsartikels (Review) für ein wissenschaftliches Journal. Dabei haben wir die Literatur zum Lebenszyklus von Coronaviren zusammengefasst und eine Ressource geschaffen, die anderen Wissenschaftlern bei ihrer Arbeit helfen kann.Es war eine wahnsinnig spannende Herausforderung, während den frühen Tagen der SARS-CoV-2-Pandemie mitten in der Forschung zu sein und die neusten Erkenntnisse live miterleben zu können. Direkt mit diesem neuen, unbekannten Virus in einem Hochsicherheitslabor zu arbeiten war sehr aufregend und ich konnte dabei sehr viel lernen.
Allgemein mochte ich die Vielfältigkeit der Arbeit und die Möglichkeit, mein Projekt mitgestalten zu können. Ich konnte viele neue Techniken lernen und zum Teil auch in unserem Labor etablieren. Die grossartige Teamdynamik und die koordinierte Zusammenarbeit mit den Teammitgliedern, speziell auch während der schwierigen Lage in der Pandemie, hat mir sehr gut gefallen. Auch die Betreuung von Bachelor- und Masterstudenten war eine super Erfahrung.Ich werde noch weiter am IVI in der Gruppe von Prof. Dr. Volker Thiel arbeiten. Dabei werde ich primär daran arbeiten, die Funktion des sogenannten NSP1-Proteins von SARS-CoV-2 zu charakterisieren. Dieses Protein kann die Abwehrfähigkeit von menschlichen Zellen unterdrücken und es dem Virus erleichtern, die Zellen zu übernehmen.
Anschliessend an die spannenden Jahre in der Forschung möchte ich danach neue Erfahrungen sammeln und sehen, wie es ist, in der Privatwirtschaft oder im öffentlichen Sektor zu arbeiten.
Glossar
sind kleine Ansammlungen von Proteinen und RNA-Molekülen, die in Zellen gebildet werden, wenn sie einer stressigen Situation ausgesetzt sind, wie zum Beispiel einer Infektion, Temperaturschocks oder Nahrungsmittelentzug. Diese Granulate helfen, die Zelle zu schützen, indem sie die Produktion von unnötigen Proteinen stoppen und sich auf die Reparatur von Schäden konzentrieren. Stress Granules können auch von Viren ausgenutzt werden, um ihre eigene Vermehrung in der Zelle zu fördern. Einige Viren sind in der Lage, die Stressgranulierung zu hemmen oder zu manipulieren, um die antivirale Immunantwort zu umgehen und sich selbst zu replizieren.
(MHV) ist ein Coronavirus, das Mäuse infizieren und Lebererkrankungen verursachen kann. Es ist verwandt mit SARS-CoV-2, SARS-CoV und MERS-CoV und wird in der Wissenschaft oft als Modellvirus zur Erforschung von Coronaviren benutzt.