Auf die kleinsten von Antikörpern erkannten Teile der Coronaviren fokussieren sich Forschende aus Leipzig. Ihr Ziel: Weltweit einsetzbare, schnelle und zuverlässige Antikörper-Tests sowie bessere Vorhersagen der Krankheitsverläufe.
Grafische Darstellung eines Teils des Spike-Proteins von SARS-CoV-2. Antikörper-Bindungsstellen sind farbig dargestellt: COVID-19-spezifische Antikörper binden an die orangenen Bereiche. Blaue Bereiche werden wohl auch von Antikörpern gegen andere Corona-Viren erkannt.
Fraunhofer IZI
Stetig fahndet unser Immunsystem nach Eindringlingen. Stößt es dabei auf fremde Strukturen – wie zum Beispiel Coronaviren –, bildet es Antikörper, die den Krankheitserreger bekämpfen. Die Antikörper binden dabei an kleinste Bausteine der Eindringlinge, die sogenannten Epitope. Diese Strukturen nehmen Forschende im Projekt EpiCoV2020 bei den verschiedenen Coronaviren jetzt ganz genau unter die Lupe. „Unsere Ergebnisse wollen wir in ein praxistaugliches Antikörper-Testverfahren überführen, das weltweit schnell reproduzierbar und herstellbar ist“, so Projektleiter Dr. Michael Szardenings. Zusammen mit seinem Team am Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie in Leipzig – kurz Fraunhofer IZI – will Szardenings zudem herausfinden, ob die SARS-CoV-2-Epitope, die das Immunsystem eines Menschen erkennt, Rückschlüsse auf den Verlauf der Erkrankung ermöglichen. Dabei arbeitet das EpiCoV2020-Team eng mit einem klinischen Forschungsprojekt zusammen, das Prof. Joachim Beige am städtischen Klinikum St. Georg in Leipzig leitet.
Zuverlässige Antikörper-Schnelltests
Die Tücken dieser Tests liegen im Detail. Denn SARS-CoV-2 ist eng verwandt mit anderen Coronaviren, die „nur“ Erkältungen oder Darmerkrankungen verursachen. Deshalb müssen Schnelltests zwischen nah verwandten und damit sehr ähnlichen Viren unterscheiden. Viele Tests basieren auf dem Nachweis von Antikörpern gegen das aus der Virushülle ragende Spike-Protein. Da es bei allen Coronaviren zu großen Teilen identisch ist, fehlt es diesen Tests oft an der nötigen Präzision: Sie weisen auch Antikörper nach, die das Immunsystem nach einer Infektion mit harmlosen Coronaviren produziert. Durch diese Kreuzreaktionen kommt es zu sogenannten „falsch-positiven“ Testergebnissen.
Antikörper gegen SARS-CoV-2 und andere Coronaviren können aber auch an dieselben Epitope binden. Ein Test, der ausschließlich Covid-19-spezifische Antikörper nachweist, könnte eine SARS-CoV-2-Infektion übersehen. Und zwar dann, wenn sich die Antikörper der infizierten Person gegen jene Epitope richten, die verschiedene Coronaviren gemeinsam haben. „Falsch-negative“ Ergebnisse wären die Folge. „Die Antikörper der Menschen variieren von Fall zu Fall sehr stark. Deshalb müssen wir in einem zuverlässigen Testsystem mehrere Epitope miteinander kombinieren. Welche Kombinationen dabei die besten Ergebnisse erzielen, das wollen wir herausfinden“, so Szardenings.
Wie funktioniert der Antikörper-Test?
Auf eine Testoberfläche mit SARS-CoV-2-Fragmenten wird eine Blutprobe der Testperson gegeben. Enthält das Blut Antikörper gegen das Virus, docken diese an die Virusfragmente an. Die gebundenen Antikörper können dann im nächsten Schritt durch eine Farbreaktion nachgewiesen werden. Verfärbt sich der Teststreifen, ist das Ergebnis positiv. Das heißt, die getestete Person ist oder war mit SARS-CoV-2 infiziert.
Krankheitsverläufe besser vorhersagen
Die Forscherinnen und Forscher am Fraunhofer IZI wollen auch untersuchen, ob die vom Immunsystem gebildeten Antikörper den Verlauf einer COVID-19 Erkrankung prognostizieren können. „Antikörper sind wie Reporter – sie berichten uns, was das Immunsystem von dem Virus bereits gesehen hat“, so Szardenings. „Unsere Hypothese ist: Wenn das Immunsystem das ‚Innerste‘ des Virus kennt, die Antikörper sich also nicht nur gegen die Epitope der Virushülle, sondern gegen alle viralen Bausteine richten, spricht das für eine vielversprechende Immunantwort, die das Virus erfolgreich bekämpfen wird.“ Beschränken sich die vom Immunsystem erfassten Epitope im Verlauf einer Infektion dagegen auf die Oberfläche des Virus – etwa auf das Spike-Protein – könnte das auf eine unzulängliche Immunreaktion und damit einen schweren Krankheitsverlauf hinweisen. Wenn individuelle Variationen der von den Antikörpern erkannten Epitope Rückschlüsse auf den Krankheitsverlauf erlauben, könnten Patientinnen und Patienten auf dieser Basis verschiedenen Risikogruppen zugeordnet und entsprechend versorgt werden. Zudem würden diese Informationen wertvolle Hinweise für die Entwicklung von Impfstoffen oder neuen Medikamente geben.
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) öffnete zu Beginn der SARS-CoV-2 Pandemie das Rapid Response Modul der „Richtlinie zur Förderung eines Nationalen Forschungsnetzes zoonotische Infektionskrankheiten“ für einen Förderaufruf zur Erforschung von COVID-19. Ab dem 3. März 2020 konnten Forschende Anträge stellen, um zum Verständnis des Virus und dessen Ausbreitung beizutragen sowie um therapeutische und diagnostische Ansätze gegen COVID-19 zu entwickeln.