Lateinamerika: Mit Lamas und Alpakas gegen HIV / AIDS

In den Hochebenen der Anden sind vier kamelartige Tiere beheimatet. Seit Jahrtausenden hält die Bevölkerung Lamas und Alpakas als Haustiere, denn Genügsamkeit, Ausdauer und Eignung für Höhen über 4.000 Metern machten sie schon in der Inka-Zeit zu wichtigen Nutztieren. Sie wurden aus den wilden Stammformen der Guanakos und Vikunjas gezüchtet, die ausschließlich in freier Wildbahn leben. Die Guanakos, Vikunjas, Alpakas und Lamas gehören alle zur Familie der Neuweltkameliden (Kleinkamele), die in Südamerika heimisch sind – vor allem in Peru, Bolivien, Argentinien und Chile. Lamas und Alpakas werden in unzugänglichen Regionen der Anden immer noch als Lasttier verwendet, außerhalb Südamerikas inzwischen gezüchtet und die Wolle geschoren und verarbeitet. Bei Kamelen und den nahe verwandten Alpakas und Lamas findet sich eine Besonderheit: Nur diese Säugetiere verfügen über einzelkettige Antikörper und macht sie deshalb für eine mögliche Heilung von HIV / AIDS interessant.

Auch wenn Patienten in den westlichen Ländern von – sehr kostspieligen – antiviralen Medikamenten profitieren, die den Ausbruch von AIDS verhindern können, kann der Seuche vor allem in den Ländern der südlichen Hemisphäre kaum Einhalt geboten werden. Neue Medikamente werden also dringend gesucht, auch weil die alten Therapeutika wegen viraler Resistenzen ihre Wirkung verlieren.

Ein Ansatz dabei ist, Schwachstellen im viralen Vermehrungszyklus zu identifizieren, um die Bildung neuer Viren zu verhindern. Dieser Prozess spielt sich in den menschlichen Zellen ab, weil HIV wie alle Viren auf den Stoffwechsel der Wirtszelle angewiesen ist, um sich zu reproduzieren. Bisher aber konnte die Entstehung neuer Viren mikroskopisch und in Echtzeit nur visualisiert werden, wenn die Viren dafür genetisch verändert und auf diesem Weg markiert wurden.

„Damit konnte das natürlich vorkommende Virus in lebenden Zellen aber nicht nachgewiesen werden“, sagt der LMU-Biologe Professor Heinrich Leonhardt, der nun mit dem Heidelberger Virologen Professor Hans-Georg Kräusslich ein neues Verfahren entwickelt hat. Die Forscher setzten auf eine bestimmte Art sehr kleiner Antikörper aus Leonhardts Labor, die sogenannten Nanobodies, die hier als eine Art fluoreszierende Sonde spezifisch an das HIV-Protein Gag binden.

Antikörper heften sich an ein jeweils spezifisches Antigen, um es für eine immunologische Abwehrreaktion zu markieren. Nanobodies beruhen dabei auf einer Besonderheit, die sich bei Kamelen und den nahe verwandten Alpakas und Lamas findet. „Im Vergleich zu konventionellen Antikörpern wie sie etwa der Mensch hat, sind Nanobodies so klein und stabil, dass sie auch in lebenden Zellen ihre wesentliche Funktion der gerichteten Antigenerkennung erfüllen und so zelluläre Moleküle markieren können“, sagt Erstautor Jonas Helma.

Das virale Gag-Protein nun, das mit Hilfe der Nanobodies in lebenden Zellen markiert wird, trägt in erster Linie zum Aufbau der Virus-Partikel bei, die dann von der Zellmembran abknospen und in den Organismus freigesetzt werden – um neue Wirtszellen zu befallen. Die hochspezifische Nanobody-Sonde für dieses Protein macht nun den Prozess der HIV-Bildung direkt sichtbar und ist deshalb ein wertvolles Werkzeug für eine Reihe von Anwendungen.

So ließe sich mit Hilfe der Sonde etwa die dynamische Regulation des viralen Zusammenbaus entschlüsseln. Möglich sind nun auch zellbasierte High-Content-Verfahren, bei denen in großem Maßstab nach neuen Inhibitoren gesucht wird, die die virale Synthese stören oder unterbinden. Erstmals lassen sich zudem verschiedene Virus-Subtypen und Mutationen im viralen Erbgut in Echtzeit miteinander vergleichen. Die Studie wurde unter anderem von den beiden Exzellenzclustern „Nanosystems Initiative Munich“ (NIM) und „Center for integrated Protein Science Munich“ (CiPSM) gefördert.