Arbeitsgruppe

Mikroskopie bei Hepatitisviren

Kurzbeschreibung

Am Standort Heidelberg wurde eine Mikroskopie-Einheit etabliert, die den Arbeitsgruppen aus dem Forschungsbereich Hepatitis sowie anderen Forschungsbereichen, insbesondere dem Bereich „Neu-auftretende Viren“ für deren Analysen zur Verfügung steht. Damit können auch lebende Zellen und Gewebe, die mit Hepatitis- oder anderen pathogenen Viren infiziert sind, in den für diese Arbeiten notwendigen Laboren der Sicherheitsstufe 2 und 3 untersucht werden. Für verschiedene antivirale Substanzen konnte mit diesen bildgebenden Verfahren bereits der Wirkmechanismus entschlüsselt und die Wechselwirkung zwischen Virus und Wirtszelle charakterisiert werden.
Darüber hinaus wurden Verfahren der Elektronen- und korrelativen Mikroskopie etabliert, die auch im Rahmen von Gemeinschaftsprojekten zur Verfügung gestellt werden. Diese Angebote werden durch Fortbildungsmöglichkeiten im Bereich der Licht- und Elektronenmikroskopie ergänzt.

Forschungsbereiche
Standorte
Ansprechpartner

Humanpathogene Hepatitisviren wie etwa das Hepatitis-B-Virus (HBV) oder das Hepatitis-C-Virus (HCV) können nur in Laboren der Sicherheitsstufe 3 untersucht werden. Auf Grund der hohen technischen Anforderungen sind solche Labore nur begrenzt verfügbar und aufwändige Lichtmikroskope können aus Kostengründen nur selten darin vorgehalten werden. Das ist jedoch ein großes Hindernis, weil sich Viren als obligat intrazelluläre Parasiten nur in lebenden Zellen studieren lassen.

Hepatitis C Lebenszyklus im Film

Aus diesem Grund wurde in der Abteilung von Prof. Bartenschlager eine Einrichtung etabliert, die es erlaubt Zellen, die mit Hepatitis- oder anderen Viren infiziert sind, auch unter hohen Sicherheitsbedingungen zu untersuchen. Diese Einrichtung umfasst die Mikroskopie von lebenden Zellen, beispielsweise um die Dynamik des Infektionsereignisses oder die Wirksamkeit antiviraler Medikamente zu studieren. Auf diese Weise konnte gezeigt werden, dass Daclatasvir und andere NS5A-Inhibitoren die Vermehrung des Hepatitis-C-Virus u. a. dadurch blockieren, dass das Virus keine Replikationsfabriken mehr ausbilden kann.

Korrelative Licht- und Elektronenmikroskopie (CLEM) von Leberzellen, die mit genetisch veränderten Hepatitis-C-Viren (HCV) infiziert und mit dem Medikament Daclatasvir behandelt wurden. Oben links: Fluoreszenzmikroskopie der lebenden Zellen. Die mit dem weiß gepunkteten Rechteck markierte Zelle ist im mittleren Bild vergrößert dargestellt. Oben rechts: Überlagerung von elektronenmikroskopischem Bild (EM) und dem Fluoreszenzbild derselben Zelle. Von den gelb markierten Bereichen wurden EM-Aufnahmen gemacht, die in der mittleren Reihe zu sehen sind. Die mittlere Reihe zeigt EM-Bilder von Zellen, die mit einem Daclatasvir-resistenten HCV infiziert wurden. Die Behandlung hat keinen Effekt auf die Ausbildung der Replikationsfabriken (blaue Pfeile). Die untere Reihe zeigt EM-Bilder von Zellen, die mit einem Daclatasvir sensitiven HCV infiziert wurden. Man beachte, dass die Daclatasvir-Behandlung die Bildung der Replikationsfabriken vollständig inhibiert (erkennbar durch die Abwesenheit von Vesikeln mit einer Doppelmembran). Die Vesikel sind stets in unmittelbarer Nähe zu Lipidtröpfchen („lipid droplets“, LD) zu finden.

© Uni Heidelberg

Darüber hinaus erlaubt diese Mikroskopie-Einheit im Rahmen von Kooperationsprojekten die Analyse von Zellen oder Geweben, die auch mit anderen Viren infiziert sind. So wurde in enger Zusammenarbeit mit dem Forschungsbereich „Neu auftretende Viren“ mit diesen Verfahren die Struktur der Replikationsfabriken des Zikavirus entschlüsselt und es konnte gezeigt werden, dass Inhibitoren des Zytoskeletts die Vermehrung dieses Virus in menschlichen neuronalen Zellen hemmen. In zahlreichen Kooperationsprojekten konnte diese Mikroskopie-Einheit außerdem den Wirkmechanismus eines neuen Inhibitors gegen das HCV entschlüsseln sowie ein Angriffsziel gegen das humane Norovirus identifizieren. Diese Ergebnisse wurden insbesondere mit Hilfe der korrelativen Mikroskopie erzielt, einer Kombination aus Licht- und Elektronenmikroskopie.

Elektronentomographie von Zikavirus (ZIKV)-induzierten Replikationsfabriken in humanen Neuronen-Vorläuferzellen. Die Zellen wurden 24 Stunden nach der Infektion fixiert, in Epoxidharz eingebettet und mittels Elektronentomographie analysiert. Links: Einzelbilder eines Tomogramms, die ZIKV-induzierte Vesikel (Ve) innerhalb des rauen Endoplasmatischen Retikulums (ER) sowie Virionen (Vi) zeigen. Maßstab: 100 nm. Rechts: 3D-Oberflächenmodell des gelb markierten Bereiches. ER-Membranen sind hellblau, Virus-induzierte Vesikel dunkelblau, Virionen goldfarben und Intermediärfilamente rot dargestellt. Die Größenskala entspricht einer Länge von 200 nm.

© Uniklinikum Heidelberg

Ein wichtiges Element dieser Mikroskopie-Einheit ist das Fortbildungsangebot im Bereich der Licht- und Elektronenmikroskopie. Dieses Angebot, das in enger Zusammenarbeit mit der Mikroskopie-Einheit HIV gemacht wird, umfasst die Anwendung etablierter und neuer Mikroskopiemethoden, aber auch Vorgehensweisen zur Analyse der lichtmikroskopischen Bilder und deren Quantifizierung.

Artikel zur Arbeitsgruppe