A Low Containment CCHFV Entry Screening Platform Identifies Compounds with Antiviral Activity against Authentic CCHFV

Viren sind im traditionellen Sinne keine Lebewesen; sie ähneln eher mikroskopisch kleinen Paketen genetischer Anweisungen, die nicht eigenständig überleben oder sich vermehren können. Um mehr von sich selbst zu erschaffen, müssen sie eine lebende Zelle infiltrieren, deren Maschinerie kapern und diese dazu zwingen, neue Viruspartikel zu bauen. Der erste und kritischste Schritt dieser Invasion ist der Eintritt. Ein Virus muss sich zuerst an der Oberfläche einer Zelle anheften und dann seine äußere Hülle mit der Zellmembran verschmelzen lassen, um hineinzugleiten. Für viele gefährliche Viren wird dieser Eintrittsprozess durch spezifische Proteine auf der Virusoberfläche gesteuert, die wie Schlüssel wirken und die Zelltür aufschließen. Wenn Wissenschaftler eine Substanz finden können, die diese Schlüssel blockiert oder die Tür versperrt, können sie die Infektion stoppen, noch bevor sie überhaupt beginnt. Dies ist eine vielversprechende Strategie zur Bekämpfung von Viruserkrankungen, aber es wird unglaublich schwierig, wenn das betreffende Virus so gefährlich ist, dass es nur in den sichersten Laboratorien der Erde untersucht werden kann.

Das Kriminelle Krim-Hämorrhagische Fieber-Virus, oder CCHFV, ist ein solch gefährlicher Erreger. Es wird von Zecken übertragen und kann beim Menschen schwere, oft tödliche Erkrankungen verursachen. Da es so gefährlich ist, muss jede Forschung, die das tatsächliche, lebende Virus beinhaltet, in einer Biosicherheitsstufe-4-Einrichtung durchgeführt werden – einer Hochsicherheitsumgebung, in der Forscher Ganzkörper-Schutzanzüge tragen und in versiegelten Sicherheitskammern arbeiten. Diese strengen Sicherheitsregeln bedeuten, dass nur eine Handvoll Labore weltweit das Virus untersuchen können, und die Arbeit ist langsam, teuer und begrenzt in ihrem Umfang. Dies schafft einen erheblichen Engpass für die Suche nach neuen Medikamenten. Wissenschaftler benötigen einen Weg, um potenzielle Medikamente gegen den Eintrittsmechanismus des Virus zu testen, ohne dafür bei jedem einzelnen Experiment das echte, gefährliche Virus verwenden zu müssen. Sie benötigen ein sicheres Modell mit niedrigerer Sicherheitsstufe, das die kritischen ersten Schritte der Infektion nachahmt.

Ein Team von Forschern hat genau ein solches Modell entwickelt und es genutzt, um zwei existierende Medikamente zu finden, die CCHFV stoppen könnten. Sie erstellten eine sichere, nicht infektiöse Version des Virus, die die Eintrittsproteine von CCHFV auf ihrer Oberfläche trägt, aber nicht die Fähigkeit besitzt, sich zu replizieren oder Krankheiten zu verursachen. Dieses „Pseudotyp“-Virus kann in Standardlaboren mit niedrigerer Sicherheitsstufe untersucht werden. Unter Verwendung dieses Systems screente das Team eine Bibliothek von 186 verschiedenen chemischen Verbindungen, um zu sehen, welche die Zelle vor dem Eindringen des Virus schützen könnten. Sie identifizierten zwei Kandidaten: ein Medikament namens Eltrombopag-Olamin, das derzeit zur Behandlung von niedrigen Thrombozytenwerten eingesetzt wird, und Quercetin, eine natürliche Verbindung, die in vielen Früchten und Gemüsen vorkommt. Beide Substanzen verhinderten erfolgreich das Eindringen des sicheren, künstlichen Virus in die Zellen und – was wichtig ist – sie töteten die Zellen selbst nicht ab.

Die Forscher wollten dann genau wissen, wann diese Medikamente während des Infektionsprozesses wirkten. Sie führten eine Reihe von zeitgesteuerten Experimenten durch, bei denen die Medikamente zu verschiedenen Zeitpunkten relativ zum Kontakt des Virus mit den Zellen hinzugefügt wurden. Sie fanden heraus, dass beide Verbindungen am effektivsten waren, wenn sie während der anfänglichen Anheftung des Virus und der sehr frühen Stadien des Eintritts vorhanden waren. Dieser Zeitpunkt deutet darauf hin, dass die Medikamente die Fähigkeit des Virus stören, mit der Zellmembran zu verschmelzen – ein Prozess, der normalerweise stattfindet, nachdem das Virus in einer kleinen, sauren Tasche innerhalb der Zelle ist. Um dies zu bestätigen, testete das Team die Medikamente in einem separaten Assay, der direkt die Fähigkeit der viralen Proteine misst, zwei Zellen miteinander zu verschmelzen. Sowohl Eltrombopag-Olamin als auch Quercetin reduzierten diese Fusionsaktivität signifikant, insbesondere unter den sauren Bedingungen, die den Prozess auslösen. Computermodelle deuteten ferner darauf hin, dass diese Medikamente wahrscheinlich an spezifische Regionen der an der Fusion beteiligten viralen Proteine binden und dadurch potenziell die strukturellen Veränderungen verhindern, die für den Eintritt des Virus notwendig sind.

Der entscheidendste Test war jedoch, ob sich diese Erkenntnisse gegenüber dem echten, gefährlichen Virus bewährten. Die Forscher verlegten ihre Arbeit in ein Hochsicherheitslabor der Biosicherheitsstufe 4, um die Verbindungen gegen das authentische, lebende CCHFV zu testen. Sie verwendeten eine modifizierte Version des Virus, die grün leuchtet, wenn sie erfolgreich eine Zelle infiziert. In diesen Experimenten unter Hochsicherheitsbedingungen zeigten sowohl Eltrombopag-Olamin als auch Quercetin erneut die Fähigkeit, das Virus zu stoppen, wobei sie die Anzahl der infizierten Zellen dosisabhängig reduzierten. Obwohl die Medikamente gegen das echte Virus weniger potent waren als gegen das sichere Modell, bestätigten die Ergebnisse, dass die Screening-Methode mit niedrigerer Sicherheitsstufe erfolgreich Verbindungen mit echter antiviraler Aktivität identifiziert hatte. Die Forscher testeten die Medikamente auch gegen ein anderes Virus, das Rift-Valley-Fieber-Virus, und stellten fest, dass die Hemmung viel schwächer war, was darauf hindeutet, dass die Verbindungen möglicherweise einen spezifischen Effekt auf die Eintrittsmechanismen von CCHFV haben und keinen allgemeinen Effekt auf alle Viren.

Diese Studie demonstriert einen praktischen Weg für die Entdeckung von Behandlungen für die gefährlichsten Viren der Welt. Indem Wissenschaftler ein sicheres Surrogat-System nutzen, um die Liste potenzieller Medikamente einzugrenzen, können sie die vielversprechendsten Kandidaten identifizieren, ohne für jeden ersten Test das lebende Virus verwenden zu müssen. Sob es einige starke Kandidaten gefunden hat, können diese in den Hochsicherheitslaboren validiert werden, in denen das echte Virus gehandhabt wird. Die beiden in dieser Arbeit identifizierten Verbindungen, Eltrombopag-Olamin und Quercetin, sind noch nicht bereit, als Heilmittel eingesetzt zu werden; sie sind bei relativ hohen Konzentrationen wirksam, und es ist weitere Forschung nötig, um genau zu verstehen, wie sie wirken und um ihre Potenz zu verbessern. Sie dienen jedoch als Beweis dafür, dass diese Screening-Strategie funktioniert. Sie bieten einen Ausgangspunkt für weitere Untersuchungen, die die Schwachstellen des Eintrittsprozesses des Virus erforschen und potenziell zu der Entwicklung wirksamer Behandlungen für eine Krankheit führen können, für die es derzeit keine zugelassene antivirale Therapie gibt.