Das macht SARS-CoV-2 aus

Viren, und auch SARS-CoV-2, können als komplexe Zusammensetzung von Biomolekülen betrachtet werden, die bestimmte stoffliche Eigenschaften hat: Struktur und thermische Stabilität, Säure-Base-Eigenschaften, Lipophilie beziehungsweise Verhalten gegenüber Lösemitteln und die Stabilität während der Aufarbeitung, zum Beispiel bei der Zentrifugation. Diese Informationen zu kennen, hilft, die Ausbreitung einer Erkrankung zu verstehen, aber auch, richtige Strategien für die Impfstoffentwicklung zu finden und dabei geeignete Formulierungen und Qualitätskontrollmethoden zu entwickeln.

SARS-CoV-2 gehört zu den Coronaviren. Diese weisen Membranstrukturen an der Oberfläche (Lipid Envelopes) auf, die ihre Eigenschaften maßgeblich beeinflussen. Durch diese Strukturen sind Coronaviren stabil, aber nicht so hochsymmetrisch wie viele andere Viren. Elektronenmikroskopische Aufnahmen zeigen, dass SARS-CoV-2 ein ziemlich variables Virus ist. Sein Durchmesser kann zwischen 60 und 140 nm variieren (»NEJM«, DOI: 10.1056/NEJMoa2001017).

SARS-CoV-2 wird aus vier Strukturproteinsorten aufgebaut: S (Spike), M (Membrane), E (Envelope) und N (Nucleocapsid). Die N-Proteine umschließen den inneren Bereich und beinhalten das RNA-Genom (siehe Abbildung). S, E und M bauen gemeinsam die äußere Hülle auf. Alle Proteine an der Oberfläche sind denkbare Antigene und können für die Entwicklung potenzieller Impfstoffe von großer Bedeutung sein. Am prominentesten ist sicher das S-Protein, das den Oberflächenkontakt des Virus zur Wirtszelle über den ACE2-Rezeptor herstellt.

Das S-Protein ist ein Homotrimer aus ineinander verflochtenen Monomeren (»Cell«, DOI: 10.1016/j.cell.2020.02.058). Die Strukturproteine E und M können ebenso für die Entwicklung potenzieller Impfstoffe von Bedeutung sein, da sie wichtige Rollen beim Eindringen des Virus in die Wirtszelle oder beim Zusammenbau des Virus spielen. E ist ein kationenselektiver Ionenkanal und wichtig beim Zusammenbau des Virus. Wenn es fehlt, entstehen attenuierte Viren. M ist der Hauptbestandteil der stabilisierenden Außenmembran und ähnelt häufig den Membranproteinen der Wirtszellen.

SARS-CoV-1 und SARS-CoV-2 sind sich in vielerlei Hinsicht ähnlich. Dadurch können viele Informationen über das neue Virus abgeleitet werden. Gut untersucht ist das Virus SARS-CoV, welches für die SARS-Pandemie 2002/2003 verantwortlich war. Beide Viren sind im Elektronenmikroskop höchstens von Experten zu unterscheiden. Ihre ebenso sehr ähnlichen Isoelektrischen Punkte (pI) erleichtern die Interpretation elektrophoretischer Daten.

Die S-Proteine von SARS-CoV-1 und -2 sind sehr ähnlich, aber die scheinbar nur kleinen Unterschiede haben starke Auswirkungen auf immunologische Eigenschaften. Ihre Aminosäure-Sequenzen sind zu 75 Prozent identisch. Die Bindungsdomäne des Spike-Proteins zum ACE2-Rezeptor weist nur noch 50 Prozent Sequenzhomologie auf, aber trotzdem sind 85 Prozent der antikörperbindenden Epitope von SARS-CoV-2 bei SARS-CoV-1 nicht vorhanden. Auch wenn sich die Spike-Proteine beider Viren ähneln, ist doch die Nanostruktur auf der Oberfläche offensichtlich sehr unterschiedlich. Das ist an sich nicht ungewöhnlich, da bereits der Austausch einer einzelnen Aminosäure die lokale Struktur und damit die Bindung von Antikörpern stark beeinflussen kann.