Durchbruch ermöglicht kontinuierliches Laborwachstum des menschlichen Norovirus

Forscher des Baylor College of Medicine berichten in Wissenschaftliche Fortschritte ein Durchbruch in der Forschung zum humanen Norovirus (HuNoV). Norovirus ist weltweit eine der Hauptursachen für akute virale Gastroenteritis mit schwerwiegenden Folgen, vor allem bei kleinen Kindern, älteren Menschen und Menschen mit geschwächtem oder geschwächtem Immunsystem. Derzeit gibt es keine zugelassenen Impfstoffe oder antiviralen Therapien, und die Behandlungsstrategien basieren ausschließlich auf unterstützender Pflege, einschließlich Flüssigkeits- und Elektrolytersatz.

Bisher war die HuNoV-Forschung durch die Menge an Viren begrenzt, die Wissenschaftler im Labor züchten konnten. In der aktuellen Studie hat das Baylor-Team ein großes Hindernis überwunden, das ihre Fähigkeit zur kontinuierlichen Virusvermehrung einschränkte, die sie für die Durchführung von Experimenten benötigen, um Strategien zur Vorbeugung und Behandlung von Infektionen zu entwickeln und die Biologie von HuNoV besser zu verstehen. Die Forscher identifizierten Faktoren, die die Virusreplikation einschränken, und entwickelten eine Möglichkeit, diese zu überwinden, um die langfristige Viruskultivierung zu optimieren.

„Im Jahr 2016 gelang ein früherer Durchbruch, als es Wissenschaftlern in unserem Labor und Mitarbeitern gelang, HuNoV in menschlichen intestinalen Enteroiden (HIEs) oder „Mini-Därmen“ zu züchten – im Labor gezüchteten Miniaturversionen des menschlichen Darms“, sagte Erstautorin Gurpreet Kaur, Doktorandin für molekulare Virologie und Mikrobiologie an der Baylor University und arbeitet im Labor von Dr. Mary Estes. „Während dieses System es Forschern ermöglichte, Zellen zu infizieren und das Virus zu untersuchen, hatte es immer noch einen großen Nachteil: Das Virus konnte nicht durch wiederholte Runden wachsen, so wie Wissenschaftler viele andere Mikroorganismen züchten können. Nach nur wenigen Runden würde die Norovirus-Replikation aufhören, was es unmöglich machte, langlebige Virusvorräte aufzubauen.“

Aufgrund dieser Einschränkung waren Forscher auf Viren angewiesen, die aus Stuhlproben infizierter Patienten gesammelt wurden. Diese sind begrenzt, inkonsistent und erschweren groß angelegte Experimente.

Um dieses Hindernis zu überwinden, haben wir verschiedene Versionen von HIEs untersucht, um zu verstehen, warum das Norovirus-Wachstum normalerweise stoppt. Mithilfe der RNA-Sequenzierung, einer Methode zur Messung der Genaktivität, entdeckten wir, dass infizierte HIEs große Mengen an Chemokinen produzieren, Molekülen, die dem Körper helfen, eine Immunantwort aufzubauen. Drei Chemokine stachen hervor: CXCL10, CXCL11 und CCL5.“

Dr. Sue Crawford, Co-Autorin, Assistenzprofessorin für molekulare Virologie und Mikrobiologie an der Baylor

„Wir haben dann untersucht, ob die Blockierung der Signalübertragung dieser Chemokine über ihre Rezeptoren es dem menschlichen Norovirus ermöglichen würde, sich in HIEs besser zu replizieren“, sagte Kaur. „Wir haben ein Medikament namens TAK 779 getestet, das ursprünglich entwickelt wurde, um Chemokineffekte zu blockieren. Als TAK 779 den HIE-Kulturen zugesetzt wurde, nahm die Replikation des Norovirus dramatisch zu – das Virus breitete sich in den Zellen in den Kulturen aus und wir erreichten eine Replikation für 10 bis 15 aufeinanderfolgende Passagen.“

„TAK 779 ermöglichte es uns, konsistente Chargen infektiöser Viren aus Laborkulturen statt aus menschlichem Stuhl zu erzeugen – etwas, wonach wir und andere Forscher seit Jahrzehnten gesucht haben“, sagte Crawford.

Das Team erfuhr außerdem, dass nicht alle HuNoV-Stämme auf die gleiche Weise auf TAK 779 reagieren. TAK-779 steigerte die Replikation des Stammes GII.3 und das Wachstum der Stämme GII.17 und GI.1.

„Wir haben beobachtet, dass TAK 779 die Replikation von GII.4-Stämmen, der häufigsten Ursache menschlicher Ausbrüche, nicht steigerte“, sagte die korrespondierende Autorin Dr. Mary K. Estes, Distinguished Service Professor und Stiftungsprofessorin der Cullen Foundation für molekulare Virologie und Mikrobiologie in Baylor. Estes ist außerdem Co-Direktor des Gastrointestinal Experimental Model Systems Core am Texas Medical Center Digestive Diseases Center und Mitglied des Dan L Duncan Comprehensive Cancer Center in Baylor. „Dieser Unterschied scheint darauf zurückzuführen zu sein, dass GII.4-Viren in HIEs keine Chemokinsekretion auslösen, was bedeutet, dass es keine Chemokinreaktion gibt, die TAK 779 blockieren könnte. Dies deutet darauf hin, dass ein anderer Prozess das GII.4-Wachstum in HIEs begrenzt. Wir optimieren derzeit unsere HIE-Kulturbedingungen, um eine effiziente Passage weiterer HuNoV-Stämme, einschließlich GII.4, zu ermöglichen.“

Diese Arbeit stellt einen großen Fortschritt für die Norovirus-Forschung dar. Durch die kontinuierliche Züchtung und Erhaltung von Norovirus-Stämmen im Labor und die Herstellung stabiler Virusbestände für Experimente können Forscher umfassende Studien zur Virusstruktur, zum Screening antiviraler Medikamente und zur Impfstoffentwicklung durchführen, selbst in Laboren ohne Zugang zu Stuhlproben von Patienten.

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