Die verblüffenden Eigenschaften der Coronavirus-Hülle

Bei Computersimulationen von Bestandteilen des Coronavirus fand ein internationales Team unter Beteiligung von Mateusz Sikora eine unerwartete Flexibilität von dessen Oberflächenproteinen. Das hat Konsequenzen für die aktuelle Impfstoffentwicklung, wie der Physiker im Interview erklärt.

FWF: Herr Sikora, Sie absolvieren als Erwin-Schrödinger-Stipendiat einen Forschungsaufenthalt am Max-Planck-Institut für Biophysik in Frankfurt. Was war ursprünglich der Gegenstand Ihres Projekts?

Mateusz Sikora: Ich untersuchte, wie lebende Zellen aneinandergebunden sind. Es gibt bestimmte Proteine der Zellmembranen, die wie Haken sind und die Zellen aneinanderheften. Dieser Prozess ist nicht gut verstanden und es ist nicht klar, wie er ausgelöst wird, also warum manche Arten der Bindung sehr stark sind und andere nicht. Als dann die Pandemie begann, sah ich schnell, dass ich genau die richtigen Werkzeuge hatte, um die Anbindung des Coronavirus an die Zelle zu untersuchen, denn auch Viren nützen spezielle Proteine, um sich an die Wirtszelle zu heften – eine Voraussetzung für das Infizieren der Zelle.

FWF: Wie veränderte sich ihr Fokus durch die Pandemie?

Mateusz Sikora: Ich erinnere mich, dass wir hier am Institut im Februar, als die Pandemie Italien erfasste, auf dem Flur ins Gespräch kamen, ob etwas über die Oberfläche des Virus bekannt war. Wir dachten, dass wir vielleicht helfen könnten, und ich begann mit einigen anderen Leuten, Professor Gerhard Hummer und meinen Kollegen Sören von Bülow, Florian Blanc, Michael Gecht und Roberto Covino, eine Taskforce zum Coronavirus zu organisieren. Die Oberfläche ist wichtig, weil sie der einzige Teil des Virus ist, der nach außen hin sichtbar ist und damit der einzige Anknüpfungspunkt für das Immunsystem oder für Medikamente. Es gibt ein Oberflächenprotein, das wir Spike nennen, und das grob die Form eines Lollipops hat. Damit heftet sich das Virus an die Wirtszelle und leitet die Verbindung der Zellmembran des Virus mit jener der Zelle ein. 

„Für die Simulationen nutzten wir alles an Wissen, das wir über das ältere Coronavirus SARS-CoV-1 finden konnten.

Mateusz Sikora

Wir fanden, dass es bereits anderen Forschungsgruppen gelungen war, Teile der Struktur des Proteins zu entschlüsseln. Sein Oberteil war bereits in guter Auflösung bekannt, doch nicht, wie es mit dem Virus verbunden ist. Man wusste außerdem nicht, wie dieses Bild mit der Wirklichkeit „in vivo“ übereinstimmt. Vor diesem Hintergrund begannen wir, ein Modell des Proteins zu entwickeln und nutzten alles an Wissen, das wir über das ältere Coronavirus SARS-CoV-1 finden konnten. Für diese Simulationen bekamen wir 20 Millionen Stunden Rechenzeit am Supercomputer SuperMUC in Deutschland zugesprochen. Zudem bekam ich vom FWF eine Verlängerung meines Stipendiums genehmigt, speziell im Zusammenhang mit Covid-19, und konnte mich so vier weitere Monate voll dieser Arbeit widmen.

Erwin-Schrödinger-Stipendien

Die Erwin-Schrödinger-Stipendien sind ein Programm des Wissenschaftsfonds FWF, das sich an junge Forschende in Österreich wendet, die nach dem Doktorat Auslandserfahrung sammeln wollen. Sie bekommen dabei die Möglichkeit, neue Fachgebiete und Methoden kennenzulernen, wobei eine Rückkehr nach Österreich finanziell unterstützt wird. Die Dauer ist auf zehn Monate bis zwei Jahre ausgelegt. 

Physiker Mateusz Sikora
© Mateusz Sikora

Über den/die Forscher*In

Mateusz Sikora ist Physiker am Max-Planck-Institut für Biophysik in Frankfurt, wo er einen Forschungsaufenthalt im Rahmen eines Erwin-Schrödinger-Stipendiums des Wissenschaftsfonds FWF absolviert. Zuvor war er Postdoc am Institute of Science and Technology (IST) Austria. Er interessiert sich für die Modellierung von biologischen Molekülen, insbesondere die Interaktion von Proteinen, die in biologischen Membranen eingebettet sind.