Beschleunigte Forschung zu Covid-19 durch einheimische Technologie

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Österreichische ForscherInnen am Austrian Centre of Industrial Biotechnology (acib), der Universität Innsbruck und der BOKU Wien entwickeln eine revolutionäre Plattformtechnologie, die es der Pharmaindustrie ermöglichen könnte, die Suche nach und die mögliche Produktion von potentiellen SARS-CoV-2-Wirkstoffen zu beschleunigen und zu sichern sowie effizientere Antikörpertests herzustellen.

Die sogenannte BOSS-Technologie wird bereits in mehreren innovativen Projekten national und international eingesetzt. Aufgrund ihres breiten Anwendungsspektrums und ihrer Flexibilität könnte sie die Erfolgschancen der weltweiten Biotech-Forschung gegen Covid-19 deutlich erhöhen: Einer der wichtigsten Faktoren im Kampf gegen Covid-19 ist Zeit. Bisherige Prozesse, wie die Suche nach einem effizienten Medikament oder die Herstellung von reinen Impfstoffen in sehr großen Mengen, müssen beschleunigt, optimiert und teilweise neu überdacht werden. Da sich das Virus ständig verändert, sind neue Nachweismethoden erforderlich, die – wenn die Impfstoff- oder Medikamentenentwicklung erfolgreich ist – sofort anzeigen, welche Medikamente gegen die jeweilige Mutation des Virus wirksam sind und welche nicht. Eine Maßnahme, die auch für andere Virusklassen von größter Bedeutung sein wird.

Forscher des Österreichischen Zentrums für industrielle Biotechnologie (acib) haben in Zusammenarbeit mit österreichischen Universitäten sowie Industriepartnern eine entscheidende innovative Hochgeschwindigkeitstechnologie im Kampf gegen Covid-19 entwickelt: “Unsere Plattformtechnologie BOSS – Biotechnologische Optimierung durch Selektionssysteme – ermöglicht es uns, Bakterienkulturen im Labor so umzuprogrammieren, dass aufgrund ihres schnellen Wachstums aus vielen Millionen Varianten ohne großen Aufwand neue potenzielle Medikamente identifiziert werden könnten – und das über Nacht”, verrät der verantwortliche Projektleiter Prof. Dr. Dr. Dr. Wolfgang Schumann. Rainer Schneider, leitender Forscher am Österreichischen Zentrum für industrielle Biotechnologie (acib) und Professor am Institut für Biochemie der Universität Innsbruck. Als Plattform für verschiedene Prozesse könnte BOSS – neben der Entdeckung neuer potenzieller Medikamente und der Vorhersage ihrer Wirkung auf neue Virusvarianten – der Industrie auch die Möglichkeit bieten, schnell optimierte Prozesse für die Herstellung einer Reihe von Biopharmazeutika zu etablieren. Diese reichen von Antikörpern oder Impfstoffen über Insulin und Interferon bis hin zu Tumortherapeutika.

Die Abschaltung des SARS-CoV-2-Virus

Die Forscher verwendeten eine spezifische Strategie, um die Bakterien umzuprogrammieren. “Wir haben das Bakterienwachstum mit dem Protein verknüpft, das das Virus zur Vermehrung benötigt. Im SARS-CoV-2-Virus ist das Protein namens Mpro-Protease unser Ziel, eine Achillessehne des Coronavirus”, sagt Schneider. Proteasen sind Kontrollelemente, die wie eine winzige molekulare Schere an bestimmten Stellen lange Sequenzen aneinandergrenzender Aminosäuren, aus denen Proteine bestehen, schneiden. Die Position der Grenzfläche bestimmt die Funktion oder Aktivität des Makromoleküls. Im menschlichen Körper sind dies die Stoffwechselwege oder die Verdauung, für ein Coronavirus die Grundlage seiner Vermehrung. “Der Trick der BOSS-Technologie besteht darin, ein essentielles Wachstumsprotein von Bakterien so zu modifizieren, dass es von der Virusprotease erkannt, geschnitten und damit zerstört wird. Das Bakterium kann dann nicht mehr wachsen. Es sei denn, ich behandle es mit einer Substanz, d.h. einem Mittel, das die Aktivität der Protease hemmt. Aus einer großen Zahl von Wirkstoffkandidaten können nun schnell diejenigen Substanzen identifiziert werden, die die gewünschten Eigenschaften einer potenziellen Waffe gegen SARS-CoV-2 haben”, erklärt Schneider das Prinzip der Plattformtechnologie. Die Forscher sind sich einig, dass BOSS die Entwicklung von Medikamentenlösungen gegen Covid-19 aus den unterschiedlichsten Bereichen bald deutlich beschleunigen und, so hoffen die Forscher, Leben retten könnte.

FASTCURE

Eines dieser Projekte ist das weltweit größte computerbasierte Screening-Projekt namens FASTCURE, das steirische Forscher ins Leben gerufen haben. Im internationalen Konsortium sind federführend das Biotech-Startup Innophore, das acib und die Universität Graz, sowie die Universität Innsbruck und namhafte internationale Partner wie die Harvard Universität, Google und die ShanghaiTEch University daran beteiligt. Mehr als zwei Milliarden Wirkstoffe werden gegen Covid-19 getestet. „In FASTCURE erstellen wir auch eine Datenbank, die die Wirksamkeit von Medikamenten bei möglichen Mutationsvarianten des Virus überprüft“, erklärt Innophore CEO und acib-Senior Scientist Christian Gruber. Neben virtueller Einzelsimulationen von marktzugelassenen Medikamenten auf eine potenzielle Wirksamkeit hin, müssen vielversprechende Kandidaten im Labor experimentellen Tests und klinischen Trials unterzogen werden. „Die BOSS-Technologie könnte diese Tests schon bald um ein Vielfaches beschleunigen und Daten deutlich umfassender validieren, als es mit bislang verwendeten In-Silico-Verfahren möglich war“, so Schneider.

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Antikörpertests

Die BOSS-Technologie wird ebenso für die Auffindung von effizienten Antikörpern für passive Immunisierungen gegen SARS-CoV-2 eingesetzt werden. Der erste nicht kommerzielle Antikörpertest zur Bestimmung, ob eine Immunreaktion auf das SARS-CoV-2-Virus vorliegt, wurde in einem jüngsten Projekt unter der Leitung der BOKU zusammen mit dem acib, der Vetmeduni und dem New Yorker Mount Sinai Hospital entwickelt und in einer Aussendung der BOKU kürzlich erst vorgestellt.

Für die schnelle Entwicklung einer passiven Immunisierung (d.h. Unterstützung des Patienten durch Gabe von Fremdantikörpern gegen das Virus) könnte die BOSS-Technologie zum Beispiel Bakterienvarianten selektionieren, die hoch-affine Antikörper gegen SARS-CoV-2 in großen Mengen produzieren. Ein menschliches Immunsystem wird sozusagen im Kleinen simuliert. Schneider: „Nur jene Bakterien setzen sich durch, die eine für sie vorher toxisch gemachte Variante des entsprechenden Virusproteins mithilfe dieser Antikörper inaktivieren können.“

Industrieplattform für Impfstoffe und Massenschnelltests

Das BOSS-Selektionssystem wird bei der Entwicklung und Produktion von Massentests zudem sicherstellen, dass nur reine Virusproteine vorliegen und es zu keinen Verunreinigungen kommt. Falschpositivmeldungen würden somit vermieden, wodurch die Tests eine höhere Aussagekraft erlangen.Im Rahmen eines vierjährigen Kooperationsprojektes zwischen dem acib, der Universität Innsbruck, der Universität für Bodenkultur und dem internationalen Pharmaunternehmen Boehringer Ingelheim RCV hat das BOSS-In-vivo-Selektionssystem bereits praktisch seinen Nutzen bewiesen. Nun soll die mehrfach patentierte Plattformtechnologie dazu eingesetzt werden, in naher Zukunft verbesserte Biotech-Werkzeuge zu entwickeln. „So kann bei SARS-CoV-2 im Bedarfsfall zügig mit der großtechnischen Produktion von Impfstoffen und Therapeutika aber auch entscheidender Komponenten für verbesserte COVID19-Massenschnelltests begonnen werden“, so Schneider abschließend.

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