Sobald sich ein Humanes Zytomegalievirus, oft einfach nur Herpesvirus genannt, in eine menschliche Zelle einschleicht, beginnt es damit, die Kontrolle zu übernehmen, sagt Professor Jonathan Weissman vom Howard Hughes Medical Institute an der University of California in San Francisco.
"Das Virus manipuliert die Zelle und ihre Immunabwehr und programmiert sie zu einer Fabrik um, die riesige Mengen neuer Viren herstellt."
Bereits vor 20 Jahren wurde das Genom dieses Virus entschlüsselt. Viele Proteine, die auf Basis der Erbinformation gebildet werden, konnten Forscher seitdem identifizieren. Sie entschlüsselten die Informationen, die in der DNA gespeichert sind, mithilfe von Computerprogrammen. Doch die DNA lässt sich nicht wie ein durchgehender Text lesen. Wenn sie die Bauanleitung für ein konkretes Protein, die Boten-RNA schreibt, setzt sie dabei zuweilen Stücke von weiter entfernten Stellen des genetischen Codes zusammen. Man überliest sie leicht bei der Analyse. Weissman und seine Kollegen haben in den letzten Jahren einen neuen Weg entwickelt: Ribosome profiling. Diese Methode untersucht genau die Boten-RNA.
"Mittels Ribosome profiling können wir uns anschauen, welche Teile der Boten-RNA tatsächlich in Proteine umgesetzt werden, und zwar äußerst präzise und für das gesamte Genom gleichzeitig. Das haben wir jetzt erstmals bei einem Virus angewandt. Doch nur weil ein Protein in einer Zelle gebildet wird, heißt das noch nicht, dass es sich dort zu einer wirksamen Menge ansammelt, es könnte auch schnell wieder zerfallen."
Um herauszufinden, welche Proteine wirklich eine Rolle spielen, hat Weissmans Gruppe mit Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Biochemie in Martinsried zusammengearbeitet, sagt Annette Michalski.
"Im Prinzip ist es eine Art von gegenseitiger Kontrolle, es sind zwei unterschiedliche, komplementäre Methoden. Die Methode, um die RNA zu untersuchen, die ist sehr etabliert in der amerikanischen Gruppe, die sind da die absoluten Experten, und wir bezeichnen uns als Experten für die Massenspektrometrie, deswegen haben die sich an uns gewendet, weil es auch keine triviale Aufgabe ist. In einer humanen Zelle, da ist ja das ganze menschliche Proteom im Hintergrund, und wir wollen zusätzlich sehen, was das Virus produziert hat."
Die kalifornischen Wissenschaftler lieferten also die Information, wonach Michalski und ihre Kollegen suchen sollten. Die Forscher in Martinsried wurden tatsächlich fündig. Gemeinsam identifizierten die Wissenschaftler Hunderte Proteine, von denen bisher unbekannt war, dass das Herpesvirus dafür Baupläne im Genom trägt. Michalski:
"Zunächst ist es sehr überraschend, dass das Virusgenom so viel komplexer ist als wir eigentlich gedacht haben, also dass einfach viel mehr Information darin verschlüsselt ist."
Und viele der neu entdeckten Proteine waren überraschend klein. Wie das Herpes-Virus diese Proteine nutzt, um eine menschliche Zelle zur Virenfabrik zu machen, das sei jetzt die große Frage, sagt Jonathan Weissman.
"Wir haben ein paar Hinweise. Einige der Virenproteine bewegen sich zu den Mitochondrien, also den Kraftwerken der Zelle. Andere wirken auf das Immunsystem ein. Wir vermuten, dass sie dem Virus helfen, die Abwehr zu überwinden. Unsere Arbeit liefert jedoch lediglich die Grundlagen, um die Funktion dieser kurzen Proteine zu verstehen."
Und die Ergebnisse zeigten, wie die Erforschung des Genoms mit diesen Werkzeugen auf eine neue qualitative Ebene gehoben werden könne, sagt Weissman.
"Der technologische Fortschritt erlaubt uns, das Erbgut jedes beliebigen Organismus verhältnismäßig preiswert und schnell zu sequenzieren. Die eigentliche Herausforderung ist aber, die Information die in diesen Erbanlagen verschlüsselt ist, zu entziffern. Denn ein Genomprojekt spuckt immer nur eine lange Liste von As, Cs, Gs und Ts aus. Wir zeigen am Beispiel des Herpesvirus wie man dieselbe Technologie benutzen kann, um herauszufinden, was hinter den Genen steckt, in diesem Fall in Form von Proteinen."
Auch bei anderen Organismen müssten Forscher bei der Genomanalyse genau hinschauen, um zu verhindern, dass sie Informationen überlesen.
"Das Virus manipuliert die Zelle und ihre Immunabwehr und programmiert sie zu einer Fabrik um, die riesige Mengen neuer Viren herstellt."
Bereits vor 20 Jahren wurde das Genom dieses Virus entschlüsselt. Viele Proteine, die auf Basis der Erbinformation gebildet werden, konnten Forscher seitdem identifizieren. Sie entschlüsselten die Informationen, die in der DNA gespeichert sind, mithilfe von Computerprogrammen. Doch die DNA lässt sich nicht wie ein durchgehender Text lesen. Wenn sie die Bauanleitung für ein konkretes Protein, die Boten-RNA schreibt, setzt sie dabei zuweilen Stücke von weiter entfernten Stellen des genetischen Codes zusammen. Man überliest sie leicht bei der Analyse. Weissman und seine Kollegen haben in den letzten Jahren einen neuen Weg entwickelt: Ribosome profiling. Diese Methode untersucht genau die Boten-RNA.
"Mittels Ribosome profiling können wir uns anschauen, welche Teile der Boten-RNA tatsächlich in Proteine umgesetzt werden, und zwar äußerst präzise und für das gesamte Genom gleichzeitig. Das haben wir jetzt erstmals bei einem Virus angewandt. Doch nur weil ein Protein in einer Zelle gebildet wird, heißt das noch nicht, dass es sich dort zu einer wirksamen Menge ansammelt, es könnte auch schnell wieder zerfallen."
Um herauszufinden, welche Proteine wirklich eine Rolle spielen, hat Weissmans Gruppe mit Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Biochemie in Martinsried zusammengearbeitet, sagt Annette Michalski.
"Im Prinzip ist es eine Art von gegenseitiger Kontrolle, es sind zwei unterschiedliche, komplementäre Methoden. Die Methode, um die RNA zu untersuchen, die ist sehr etabliert in der amerikanischen Gruppe, die sind da die absoluten Experten, und wir bezeichnen uns als Experten für die Massenspektrometrie, deswegen haben die sich an uns gewendet, weil es auch keine triviale Aufgabe ist. In einer humanen Zelle, da ist ja das ganze menschliche Proteom im Hintergrund, und wir wollen zusätzlich sehen, was das Virus produziert hat."
Die kalifornischen Wissenschaftler lieferten also die Information, wonach Michalski und ihre Kollegen suchen sollten. Die Forscher in Martinsried wurden tatsächlich fündig. Gemeinsam identifizierten die Wissenschaftler Hunderte Proteine, von denen bisher unbekannt war, dass das Herpesvirus dafür Baupläne im Genom trägt. Michalski:
"Zunächst ist es sehr überraschend, dass das Virusgenom so viel komplexer ist als wir eigentlich gedacht haben, also dass einfach viel mehr Information darin verschlüsselt ist."
Und viele der neu entdeckten Proteine waren überraschend klein. Wie das Herpes-Virus diese Proteine nutzt, um eine menschliche Zelle zur Virenfabrik zu machen, das sei jetzt die große Frage, sagt Jonathan Weissman.
"Wir haben ein paar Hinweise. Einige der Virenproteine bewegen sich zu den Mitochondrien, also den Kraftwerken der Zelle. Andere wirken auf das Immunsystem ein. Wir vermuten, dass sie dem Virus helfen, die Abwehr zu überwinden. Unsere Arbeit liefert jedoch lediglich die Grundlagen, um die Funktion dieser kurzen Proteine zu verstehen."
Und die Ergebnisse zeigten, wie die Erforschung des Genoms mit diesen Werkzeugen auf eine neue qualitative Ebene gehoben werden könne, sagt Weissman.
"Der technologische Fortschritt erlaubt uns, das Erbgut jedes beliebigen Organismus verhältnismäßig preiswert und schnell zu sequenzieren. Die eigentliche Herausforderung ist aber, die Information die in diesen Erbanlagen verschlüsselt ist, zu entziffern. Denn ein Genomprojekt spuckt immer nur eine lange Liste von As, Cs, Gs und Ts aus. Wir zeigen am Beispiel des Herpesvirus wie man dieselbe Technologie benutzen kann, um herauszufinden, was hinter den Genen steckt, in diesem Fall in Form von Proteinen."
Auch bei anderen Organismen müssten Forscher bei der Genomanalyse genau hinschauen, um zu verhindern, dass sie Informationen überlesen.