Der nieder-ländische Forscher Thijn Brummelkamp sammelt mutierte menschliche Zellen. Diese sollen der Wissenschaft helfen, den Zusammenhang zwischen Gen und Krankheit besser studieren zu können. "So kann man Humangenetik im Reagenzglas betreiben."

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Mit Kurt de Swaaf sprach er über DNA-Schleudern und die Tricks von Ebola-Viren.

Längst ist klar, dass die Wurzeln vieler Krankheiten in unseren Genen liegen, auch wenn es sich im eigentlichen Sinne nicht um erbliche Leiden handelt. Besonders raffinierte Erreger nutzen bestimmte Stoffwechselprozesse aus, um Körperzellen zu kapern und sich ausbreiten zu können. Der Niederländer Thijn Brummelkamp erforscht ihre Wege und Ziele.

STANDARD: Sie haben neue Verfahren entwickelt, um in menschlichen Zelllinien massenweise Mutationen zu generieren, und so der biomedizinischen Forschung neue Perspektiven eröffnet. Doch welche Informationen liefern uns solche künstliche Mutationen über das Wesen von Krankheiten?

Brummelkamp: Diverse Eigenschaften von Zellen sind wichtig für die Entstehung von Krankheiten. Da gibt es zum Beispiel die sogenannten Wirtsfaktoren, die Krankheitserreger benutzen, um in Zellen einzudringen, und diese Faktoren werden durch Gene in unserem Erbgut codiert. Die Sequenz des Genoms kennen wir zwar seit 2001, aber wir wissen noch nicht genau, welches Gen in welchen Krankheitsprozessen eine Rolle spielt. Um dies herauszufinden, will man Gene ausschalten, eines nach dem anderen, und dann schauen, was passiert. Das ist experimentelle Genetik. Aber: Das funktioniert bei Modellorganismen seit Jahren sehr gut, doch bis vor kurzem eben nicht beim Menschen.

STANDARD: Ihre neueste Methode ermöglicht die komplette Inaktivierung von einzelnen Genen in menschlichen Zellen. Wie funktioniert sie?

Brummelkamp: Man schleudert ein Stückchen DNA nach dem Zufallsprinzip in das Genom einer haploiden menschlichen Zelle, die nur eine Kopie jedes Gens hat, und macht das bei sehr vielen Zellen. Wenn man das zum Beispiel eine Million Mal macht, dann hat man fast alle existierenden Gene ausgeschaltet. Aus all diesen mutierten Zellen wollen wir hier am Forschungszentrum für Molekulare Medizin Zell-Bibliotheken machen, sodass wir für jedes menschliche Gen einen entsprechenden Mutanten haben. Diese sollen dann uns und auch anderen Wissenschaftern zur Verfügung gestellt werden, damit sie die Zusammenhänge zwischen Gen und Krankheit studieren können. So kann man Humangenetik im Reagenzglas praktizieren.

STANDARD: Und mit welchem Kunstgriff bringen Sie die Gene zuverlässig zum Schweigen?

Brummelkamp: Wir benutzen dafür ein eigens zu diesem Zweck hergestelltes DNA-Fragment, das es uns erlaubt, Gene auszuschalten. Es hat die Eigenschaft, Gene in dreifacher Weise auszuschalten. Das ist das Einzigartige an dieser Methode. Bisherige Verfahren konnten die Gene nur bremsen oder ihre Aktivität verringern. Das DNA-Fragment wird mittels eines Retrovirus in die Zellen eingeschleust und in deren Chromosome eingebaut. Das Gen, in dem das geschieht, ist dann komplett außer Betrieb.

STANDARD: Sie und Ihre Kollegen haben neulich einen essenziellen Mechanismus entdeckt, welcher den gefährlichen Ebola- und Marburg-Viren das Eindringen in Zellen ermöglicht. Was passiert da genau?

Brummelkamp: Diese Studie war ein Gemeinschaftsprojekt mit drei anderen Institutionen, darunter das Hochsicherheitslabor der US-Army. Das Interessante ist, dass diese Viren sehr tödlich sind, und die Wissenschaft noch immer nicht weiß, wie sie genau in die Zellen hinein kommen. Wir haben Millionen mutierte Zellen mit den Viren vermischt und einfach geschaut, welche überleben. Diese wiederum haben wir auf ihre Mutationen hin untersucht. Welche Defekte führen zur Resistenz? Wenn man das erkennt, hat man gleich eine Übersicht über die "entry route", also über den Verlauf des Eindringens. Wir wissen jetzt: Alle relevanten Mutationen betreffen das Lysosom. Letzteres ist ein bestimmtes Zell-Organell, welches im Prinzip wie ein Recycling-Container benutzt wird. Am wichtigsten für die Viren-Resistenz ist Niemann-Pick C1, ein Protein, das Cholesterin aus dem Lysosom abführt. Die Virenpartikel hängen sich daran und lassen sich so ins Zytoplasma, dem Zellinneren, tragen, wo anschließend ihre Vermehrung stattfindet.

STANDARD: Niemann-Pick C1 ist doch ein Wirtsfaktor, und der Ebola-Virus nutzt einen natürlichen Transportmechanismus der Zellen aus?

Brummelkamp: In der Tat. Die Viren haben sich evolutionär daran angepasst. Zellen von Menschen mit der gefährlichen Niemann-Pick-Erbkrankheit, eine Störung im Cholesterin-Haushalt, sind übrigens resistent gegen Ebola. Das haben unsere Versuche ebenfalls gezeigt. Ein unerwartetes Ergebnis und eine erstaunliche Verbindung zwischen zwei Krankheiten.

STANDARD: Wie können diese Entdeckungen medizinisch genutzt werden?

Brummelkamp: Die Wirtsfaktoren, die wir auf diese Weise finden, sind natürlich Ziele für die Entwicklung von antiviralen Medikamenten. So könnte man zum Beispiel mit speziellen Wirkstoffen die intrazellulären Cholesterintransportmechanismen einige Zeit lang blockieren und dadurch das Ebola-Virus stoppen. Unsere Methode macht es möglich, solche Ziele für viel mehr Pathogene zu finden. Die Kollektionen, die wir hier am Zentrum machen, können enorm dazu beitragen.

STANDARD: Haben Sie auch schon Wirtsfaktoren von anderen Erregern gefunden?

Brummelkamp: Ja, für verschiedene Viren und einige bakterielle Giftstoffe wie das Diphtherie-Toxin und die "distending toxins", die von vielen so genannten gram-negativen Bakterien, eine Spezies mit mehrschichtigen Zellwänden, produziert werden und unter anderem Infektionen der Mundhöhle, des Magen-Darm-Trakts und der Genitalien verursachen. Zuvor war für diese Giftstoffe kein einziger Wirtsfaktor bekannt, und inzwischen haben wir mittels der einfügenden Mutagenese schon zehn gefunden. (DER STANDARD, Printausgabe, 14.09.2011)