(Bild: MPI f. biophysikalische Chemie)
Antikörper binden an Viren und neutralisieren sie. Das Problem: Antikörper industriell zu produzieren, ist so aufwendig und teuer, dass sich die weltweite Nachfrage nicht abdecken lässt. Wissenschaftler des Göttinger Max-Planck-Instituts (MPI) für biophysikalische Chemie und der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) haben jetzt Mini-Antikörper entwickelt, die laut den Forschern alle Eigenschaften besitzen, die man von einem wirksamen Medikament gegen Covid-19 erwarten würde und sich gleichzeitig kostengünstig und schnell in großen Mengen herstellen lassen.
Dabei unterscheiden sich diese Nanobodies auf den ersten Blick kaum von Mini-Antikörpern gegen Covid-19 aus anderen Laboren. Sie alle richten sich gegen einen entscheidenden Teil des Coronavirus: die Rezeptor-Bindedomäne – jenen Bereich des Spike-Proteins auf seiner Oberfläche, mit dem das Virus seine Wirtszellen erkennt und in sie eindringen kann. Die Nanobodies heften sich an die Bindedomäne, blockieren sie und verhindern so, dass das Virus Zellen infiziert.
Höhere Effizienz im Dreierpack
Bereits die einfachsten Mini-Antikörper der Göttinger binden nach Angaben der Forscher bis zu 1.000 Mal stärker an das Spike-Protein als zuvor entwickelte Nanobodies gegen Covid-19. Die Bindungseffizienz verbessert sich noch einmal deutlich im „Nanobody-Dreierpack“. Dazu verknüpften die Forscher drei identische Nanobodies so miteinander, dass sie zur Symmetrie des Spike-Proteins passen, das aus drei identischen Bausteinen mit drei Bindedomänen besteht. „Wir bündeln mit dem Dreierpack gewissermaßen die Kräfte: Jeder der drei Nanobodies heftet sich idealerweise an eine der drei Bindedomänen“, berichtet Wissenschaftler Thomas Güttler. „So entsteht eine praktisch irreversible Bindung. Der Dreierpack lässt das Spike-Protein nicht wieder los und neutralisiert das Virus sogar bis zu 30.000-fach besser als die Einzel-Nanobodies.“
Als drittes Design koppelte das Team jeweils zwei Nanobodies aneinander, die unterschiedliche Bereiche auf der Rezeptor-Bindedomäne erkennen und dann das Spike gemeinsam binden. Die Bindung dieser „Tandems“ ist so stark, dass sie sehr resistent gegen die nun allgegenwärtigen Mutationen sind, mit denen sich das Virus dem Immunsystem zu entziehen versucht.
Alpakas liefern die Baupläne
Um die Nanobodies herzustellen, injizierte das Team drei Alpakas mehrmals einen Teil des Spike-Proteins. Die Tiere bildeten daraufhin Antikörper gegen diesen Proteinteil. Nach der letzten Injektion entnahmen die Forscher den Tieren eine kleine Menge Blut. Für die Alpakas war ihr Einsatz damit beendet, die weiteren Schritte erfolgen mithilfe von Enzymen, Bakterien, sogenannten Bakteriophagen und Hefen. Aus dem Blut der Alpakas gewannen die Wissenschaftler im nächsten Schritt die Baupläne für rund eine Milliarde verschiedener Nanobodies. Alles Weitere war Laborroutine: Die Biochemiker testeten die vielversprechendsten Nanobodies auf ihre Wirksamkeit und verbesserten sie in mehreren Design-Zyklen immer weiter. Aktuell bereitet das Göttinger Team die Nanobodies für den therapeutischen Einsatz vor. [jg]
