Von Covid-Boostern bis hin zu jährlichen Grippeschutzimpfungen fragen sich die meisten von uns: Warum so viele und so oft?

Es gibt einen Grund, die Impfstoffe zu aktualisieren. Viren mutieren schnell, was ihnen helfen kann, dem körpereigenen Immunsystem zu entkommen, wodurch zuvor geimpfte Personen einem Infektionsrisiko ausgesetzt werden. Mithilfe der KI-Modellierung ist es Wissenschaftlern zunehmend gelungen Vorhersagen, wie sich Viren entwickeln werden. Aber sie mutieren schnell und wir müssen immer noch aufholen.

Eine alternative Strategie besteht darin, den Kreislauf mit einem universellen Impfstoff zu durchbrechen, der den Körper trainieren kann, ein Virus trotz Mutation zu erkennen. Ein solcher Impfstoff könnte neue Grippestämme ausrotten, selbst wenn sich das Virus in nahezu nicht erkennbare Formen verwandelt hat. Die Strategie könnte auch endlich einen bringen Impfstoff gegen HIV, was bisher der Fall war notorisch umgangen Jahrzehntelange Bemühungen.

Diesen Monat hat ein Team der UC California Riverside unter der Leitung von Dr. Shou-Wei Ding, hat einen Impfstoff entwickelt das eine überraschende Komponente des körpereigenen Immunsystems gegen eindringende Viren freisetzte.

Bei Babymäusen ohne funktionsfähige Immunzellen zur Abwehr von Infektionen schützte der Impfstoff vor tödlichen Dosen eines tödlichen Virus. Der Schutz hielt mindestens 90 Tage nach der ersten Impfung an.

Die Strategie basiert auf einer kontroversen Theorie. Die meisten Pflanzen und Pilze verfügen über eine angeborene Abwehr gegen Viren, die ihr genetisches Material zerhackt. Wissenschaftler diskutieren seit langem darüber, ob derselbe Mechanismus, der als RNA-Interferenz (RNAi) bezeichnet wird, bei Säugetieren – einschließlich Menschen – existiert.

„Es ist ein unglaubliches System, weil es an jeden Virus angepasst werden kann“, sagte Dr. Olivier Voinnet von der Eidgenössischen Technischen Hochschule, der zusammen mit Ding die Theorie vertrat. sagte Natur in letzter Zeit 2013.

Ein verborgenes RNA-Universum

RNA-Moleküle sind normalerweise mit der Übersetzung von Genen in Proteine ​​verbunden.

Aber sie sind nicht nur biologische Botenstoffe. Eine Vielzahl kleiner RNA-Moleküle durchstreifen unsere Zellen. Einige Proteinkomponenten transportieren während der DNA-Translation die Zelle. Andere verändern die Art und Weise, wie DNA ausgedrückt wird, und können sogar als Vererbungsmethode dienen.

Für die Immunität sind jedoch kleine interferierende RNA-Moleküle oder siRNAs von grundlegender Bedeutung. Bei Pflanzen und Wirbellosen sind diese Moleküle bösartige Verteidiger gegen Virusangriffe. Um sich zu vermehren, müssen Viren die Maschinerie der Wirtszelle kapern, um ihr genetisches Material zu kopieren – oft ist es RNA. Die eingedrungenen Zellen erkennen das fremde Erbgut und starten automatisch einen Angriff.

Bei diesem Angriff, der als RNA-Interferenz bezeichnet wird, zerhackt die Zelle das RNA-Genom der eindringenden Viren in winzige Stücke – siRNA. Anschließend schleust die Zelle diese viralen siRNA-Moleküle in den Körper, um das Immunsystem zu alarmieren. Die Moleküle greifen auch direkt in das Genom des eindringenden Virus ein und blockieren dessen Replikation.

Hier ist der Clou: Auf Antikörpern basierende Impfstoffe zielen normalerweise auf eine oder zwei Stellen eines Virus ab und machen sie anfällig für Mutationen, wenn diese Stellen ihre Zusammensetzung ändern. Durch RNA-Interferenz werden Tausende von siRNA-Molekülen erzeugt, die das gesamte Genom abdecken – selbst wenn ein Teil eines Virus mutiert, ist der Rest immer noch anfällig für den Angriff.

Dieses leistungsstarke Abwehrsystem könnte eine neue Generation von Impfstoffen hervorbringen. Es gibt nur ein Problem. Während es bei Pflanzen und Fliegen beobachtet wurde, wurde festgestellt, ob es bei Säugetieren vorkommt Sehr umstritten.

„Wir glauben, dass RNAi seit Hunderten von Millionen Jahren antiviral wirkt“, sagt Ding sagte Natur im Jahr 2013. „Warum sollten wir Säugetiere auf eine so wirksame Abwehr verzichten?“

Natürlich geborene Viruskiller

In der Studie von 2013 in WissenschaftDing und Kollegen schlugen vor, dass auch Säugetiere über einen antiviralen siRNA-Mechanismus verfügen – dieser wird einfach durch ein Gen unterdrückt, das die meisten Viren tragen. Das als B2 bezeichnete Gen wirkt wie eine „Bremse“ und erstickt jegliche RNA-Interferenzreaktion von Wirtszellen, indem es deren Fähigkeit zur Herstellung von siRNA-Schnipseln zerstört.

Die Beseitigung von B2 sollte die RNA-Interferenz wieder in Schwung bringen. Um die Theorie zu beweisenDas Team entwickelte gentechnisch ein Virus ohne funktionierendes B2-Gen und versuchte, Hamsterzellen und immungeschwächte Babymäuse zu infizieren. Das sogenannte Nodamura-Virus wird in freier Wildbahn von Mücken übertragen und ist oft tödlich.

Aber ohne B2 verlor selbst eine tödliche Dosis des Virus seine Infektionskraft. Die Babymäuse erzeugten schnell eine kräftige Dosis siRNA-Moleküle, um die Eindringlinge zu vertreiben. Infolgedessen kam es nie zu einer Infektion, und die Lebewesen überlebten – selbst wenn sie bereits immungeschwächt waren.

„Ich bin fest davon überzeugt, dass die RNAi-Reaktion zumindest für einige Viren relevant ist, die Säugetiere infizieren.“ sagte Ding damals.

New-Age-Impfstoffe

Viele Impfstoffe enthalten entweder eine tote oder eine lebende, aber veränderte Version eines Virus, um das Immunsystem zu trainieren. Wenn der Körper erneut mit dem Virus konfrontiert wird, produziert er T-Zellen, um das Ziel abzutöten, B-Zellen, die Antikörper abpumpen, und andere Immun-„Gedächtniszellen“, um vor zukünftigen Angriffen zu warnen. Ihre Wirkung hält jedoch nicht immer an, insbesondere wenn ein Virus mutiert.

Anstatt T- und B-Zellen zu sammeln, bietet die Auslösung der siRNA-Antwort des Körpers eine andere Art der Immunabwehr. Dies kann durch die Löschung des B2-Gens in lebenden Viren erreicht werden. Diese Viren können zu einem neuen Impfstofftyp verarbeitet werden, an dessen Entwicklung das Team gearbeitet hat und der auf RNA-Interferenz zur Abwehr von Eindringlingen basiert. Die daraus resultierende Flut an siRNA-Molekülen, die durch den Impfstoff ausgelöst wird, würde theoretisch auch einen gewissen Schutz vor künftigen Infektionen bieten.

„Wenn wir ein mutiertes Virus herstellen, das das Protein zur Unterdrückung unserer RNAi [RNA-Interferenz] nicht produzieren kann, können wir das Virus schwächen. „Es kann sich bis zu einem gewissen Grad replizieren, verliert dann aber den Kampf gegen die RNAi-Reaktion des Wirts“, sagt Ding sagte in einer Pressemitteilung zur neuesten Studie. „Ein so geschwächtes Virus kann als Impfstoff zur Stärkung unseres RNAi-Immunsystems eingesetzt werden.“

In die Studie, versuchte sein Team die Strategie gegen das Nodamura-Virus, indem es dessen B2-Gen entfernte.

Das Team impfte junge und erwachsene Mäuse, die beide genetisch immungeschwächt waren, da sie keine T-Zellen- oder B-Zellen-Abwehr aufbauen konnten. In nur zwei Tagen schützte die einzige Impfung die Mäuse vollständig vor einer tödlichen Virusdosis und die Wirkung hielt über drei Monate an.

Am schädlichsten sind Viren für gefährdete Bevölkerungsgruppen – Säuglinge, ältere Menschen und immungeschwächte Personen. Aufgrund ihres geschwächten Immunsystems sind aktuelle Impfstoffe nicht immer so wirksam. Die Auslösung von siRNA könnte eine lebensrettende Alternativstrategie sein.

Obwohl es bei Mäusen funktioniert, bleibt abzuwarten, ob Menschen ähnlich reagieren. Aber es gibt viel, worauf man sich freuen kann. Das „Brems“-Protein B2 wurde auch in vielen anderen häufigen Viren gefunden, darunter Dengue-Fieber, Grippe und einer Familie von Viren, die Fieber, Hautausschlag und Blasen verursachen.

Das Team arbeitet bereits an einem neuen Grippeimpfstoff, der lebende Viren ohne das B2-Protein verwendet. Im Erfolgsfall könnte der Impfstoff möglicherweise als Nasenspray hergestellt werden – vergessen Sie den Nadelstich. Und wenn ihre siRNA-Theorie zutrifft, könnte ein solcher Impfstoff das Virus abwehren, selbst wenn es zu neuen Stämmen mutiert. Das Spielbuch könnte auch angepasst werden, um neue Covid-Varianten, RSV oder was auch immer die Natur als nächstes auf uns wirft, anzugehen.

Diese Impfstrategie sei „weitgehend auf eine beliebige Anzahl von Viren anwendbar, breit wirksam gegen jede Variante eines Virus und sicher für ein breites Spektrum von Menschen“, so Studienautor Dr. Rong Hai sagte in der Pressemitteilung. „Dies könnte der universelle Impfstoff sein, nach dem wir gesucht haben.“

Bild-Kredit: Diana Polechina / Unsplash

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• Quelle: https://singularityhub.com/2024/04/22/a-universal-vaccine-against-any-viral-variant-a-new-study-suggest-its-possible/