Wissenschaftler haben ein potenzielles Ziel für einen künftigen HIV-Impfstoff identifiziert

Das humane Immundefizienzvirus konnte sich den Impfstoffherstellern 30 Jahre lang entziehen, was zum Teil auf seine unglaubliche Mutationsfähigkeit zurückzuführen ist, mit der es alle bestehenden Hindernisse mühelos umgehen kann.

Doch nun scheint es Wissenschaftlern vom Massachusetts Institute of Technology und vom Reagon Institute (beide in den USA) gelungen zu sein, eine vielversprechende Strategie für die Entwicklung eines zukünftigen Impfstoffs zu finden. Dabei kommt ein mathematischer Ansatz zum Einsatz, der bereits bei der Lösung von Problemen der Quantenphysik sowie bei der Analyse von Preisschwankungen an der Börse erfolgreich getestet wurde.

Impfstoffe lehren das Immunsystem, sofort auf bestimmte molekulare Merkmale von Krankheitserregern zu reagieren. Die Mutationsfähigkeit des humanen Immundefizienzvirus (HIV) macht es jedoch praktisch unmöglich, den richtigen Impfstoff auszuwählen. Auf der Suche nach einer neuen Strategie beschlossen Wissenschaftler, nicht mehr einzelne Aminosäuren ins Visier zu nehmen. Stattdessen machten sie sich daran, unabhängig voneinander entstehende Aminosäuregruppen in Proteinen zu identifizieren, in denen sich die Aminosäuren innerhalb jeder Gruppe im Tandem entwickeln, d. h. sich gegenseitig beobachten, um die Lebensfähigkeit des Virus zu erhalten. Die Forscher suchten besonders hartnäckig nach solchen Gruppen, deren Evolution mit der größten Wahrscheinlichkeit zum Kollaps von HIV – seiner weiteren Nichtlebensfähigkeit – führen würde. Durch einen vielschichtigen Angriff auf genau diese Stellen im Virus könnte man es dann „zwischen zwei Feuern“ gefangen halten: Entweder würde es vom Immunsystem erwürgt oder es würde mutieren und sich selbst zerstören.

Mithilfe der Zufallsmatrixtheorie suchte das Team nach evolutionären Hemmnissen im sogenannten Gag-Proteinsegment von HIV, das die Proteinhülle des Virus bildet. Sie mussten kollektiv entstehende Aminosäuregruppen mit einem hohen Grad an negativen Korrelationen (und einer geringen Anzahl positiver Korrelationen, die dem Virus das Überleben ermöglichen) finden, wenn mehrere Mutationen das Virus zerstören. Solche Kombinationen wurden in einer Region gefunden, die die Forscher selbst Gag-Sektor 3 nannten. Dieser ist an der Stabilisierung der Proteinhülle des Virus beteiligt, sodass mehrere Mutationen an dieser Stelle mit dem Zusammenbruch der Virusstruktur verbunden sind.

Interessanterweise stellten die Forscher bei der Untersuchung von Fällen HIV-infizierter Menschen, die das Virus auf natürliche Weise bekämpfen konnten, fest, dass das Immunsystem dieser Patienten bevorzugt das Gag-Segment 3 angriff.

Die Autoren versuchen nun, andere ähnliche Regionen in der Struktur des Virus außerhalb des Gag-Sektors zu finden und entwickeln auch Elemente der aktiven Komponenten eines zukünftigen Impfstoffs, der dem Immunsystem beibringen wird, sofort auf die Anwesenheit von Gag-Sektor-3-Proteinen zu reagieren und es sofort auf die richtige Weise anzugreifen.

Als Nächstes folgen Tierversuche. Alle Details der Arbeit werden zunächst auf der 56. Jahrestagung der Biophysical Society vorgestellt, die vom 25. bis 29. Februar in San Diego, Kalifornien, USA, stattfindet. Eine Zusammenfassung der Präsentation finden Sie unter diesem Link.

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