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29.01.2016

Big Data machen die Grippe bekämpfbarer

Influenzaviren können sich weniger gut vermehren, wenn bestimmte Moleküle blockiert werden, die für die Vermehrung des Grippe-Virus wichtig und mittels Big Data identifizierbar sind.

Fast jedes Jahr treten in den Wintermonaten Grippe-EpidemienEpidemien
Tritt eine Erkrankung örtlich und zeitlich stark gehäuft auf, spricht man von einer Epidemie. Trifft beispielsweise eine neue Variante des wandelbaren Influenza-Virus auf eine Bevölkerungsgruppe, die noch keine Abwehr gegen diesen bestimmten Erreger aufgebaut hat, kann diese Virus-Variante sich schnell verbreiten. Die Ausbreitung stoppt erst, wenn der Erreger Menschen befällt, die z.B. aufgrund einer Grippe-Schutzimpfung Antikörper dagegen gebildet haben.
Das amerikanische Center for Disease Control spricht von einer Grippe-Epidemie, wenn die Todesrate durch Influenza und Lungenentzündung (die so genannte Übersterblichkeit) um mehr als 7,5% höher liegt als in einem durchschnittlichen Winter.
Eine Epidemie bleibt im Gegensatz zur Pandemie auf eine bestimmte Region begrenzt.
auf. Gelegentlich können sich neuartige Virusstämme sogar zu weltweiten PandemienPandemien
Unter einer Pandemie versteht man eine sich weit verbreitende und dabei ganze Länder oder Kontinente erfassende Krankheit.
Vermischen sich beispielsweise die Erbinformationen von zwei verschiedenen Influenza-Viren in einem Zwischenwirt (z.B. Schwein), tritt ein neuer Virus-Typ mit noch unbekannten Eigenschaften auf. Dieser so genannte Subtyp kann sich schnell ausbreiten, da die Menschen gegen diesen Erreger weder über natürliche noch infolge einer Schutzimpfung aufgebaute Antikörper verfügen. Der jährliche Grippe-Impfschutz erfasst zwar neue Varianten des Influenza-Virus (d.h. leichteVeränderungen in der Oberflächenstruktur), aber keine komplett neuartigen Subtypen. Bricht eine Pandemie aus, muss daher schnell ein Impfstoff gegen den neuen Subtyp entwickelt werden und/oder ein antiviral wirksames Medikament flächendeckend eingesetzt werden.
ausbreiten. In den letzten Jahren wurden Influenza A-Viren (IAV) entdeckt, die durch Genveränderungen (Mutationen) gegen die verfügbaren Medikamente zur Grippebehandlung resistentresistent
Bakterien können eine Resistenz gegen bestimmte Arzneistoffe entwickeln - das heißt, sie werden unempfindlich gegenüber diesen Medikamente. Die Medikamente, vor allem Antibiotika, sind nicht mehr gegen diese Bakterien wirksam.
Resistente Erreger entwickeln sich - insbesondere bei großen Erregermengen - entweder durch spontane Genveränderungen (Mutationen) oder durch selektive Vermehrung (Selektion) von natürlich vorkommenden resistenten Bakterien-Subpopulationen, z.B. aufgrund einer unzureichenden oder zu früh abgebrochenen Therapie.
sind, so dass betroffene Patienten nicht mehr auf die diese Arzneimittel ansprechen.

Grippe wird durch Infektionen mit Influenzaviren hervorgerufen, die sich in den Atemwegen stark vermehren. Um sich innerhalb von Atemwegszellen zu vervielfältigen (replizieren), sind die Viren auf Wirtsmoleküle angewiesen. Deshalb wurde in den letzten Jahren versucht, die für diesen Prozess wichtigen Wirtsmoleküle zu identifizieren und zu blockieren, um so das Virus zu stoppen. Diesen Ansatz der Grippebehandlung verfolgt auch eine internationale Studie mit Beteiligung der Universität Zürich (siehe Cell Host & Microbe 2015, Band 18/6, Seite: 723–735). Die Forschergruppen aus der Schweiz, Deutschland und den USA werteten Datensätze von unabhängigen Veröffentlichungen zu IAV-Wirtsmolekülen aus. Diese Studien fokussieren auf die Gesamtheit der für das Virus benötigten Gene (GenO-MICs) und Proteine (ProteOMICs) und produzieren eine sehr große Menge an Daten, so genannte Big Data. Dank der umfassenden Analyse dieser OMICs-Datenbanken konnten 20 bisher unerkannte Wirtsmoleküle entdeckt werden, die das Wachstum von Influenza A-Viren fördern.

„Diese unveränderbaren Wirtsproteine sind für die Replikation der Viren unerlässlich. Wir können sie nun nutzen, um die Weiterverbreitung zu stoppen“, erklärt Prof. Silke Stertz vom Institut für Medizinische Virologie der Universität Zürich. Eines dieser Wirtsproteine ist UBR4. Dieses Protein wird vom Virus für den Transport viraler Proteine an die Zellmembran und damit für den Bau neuer Partikel benötigt. Dies passiert wie folgt: Das Influenza A-Virus dringt in die Wirtszelle ein und vermehrt sich dort. Dann werden die viralen Komponenten an die Zelloberfläche gebracht und dort zu neuen Viren zusammengesetzt. Aus einer einzigen infizierten Wirtszelle können so bis zu 20.000 neue Influenzaviren entstehen.

Die Studie zeigt auf, dass die Blockierung von UBR4 die Produktion neuer Viruspartikel in infizierten Zellen hemmt. So gelang es bei Mäusen, die IAV-Replikation abzuschwächen und so den Krankheitsverlauf zu reduzieren. Somit erbringt die Studie den Nachweis, dass die Blockierung von Wirtsmolekülen als therapeutische Strategie für die Influenza-Behandlung möglich ist.

Das Forschungsteam erstellte ein vereinfachtes, benutzerfreundliches Webportal (www.metascape.org/IAV) zur Influenza-Wirt-Interaktion als eine Art Datenbank, die auch anderen Forschenden zugänglich ist, individuelle Anfragen ermöglicht und Analysetools zum Auffinden von Wirtsproteinen bietet, die wahrscheinlich bei der Grippeinfektion eine Rolle spielen. Damit können die veröffentlichten Daten zur Entwicklung von Influenza-Medikamenten der nächsten Generation beitragen.
„Wir rechnen damit, dass die in dieser Studie beschriebene Herangehensweise und Nutzung von Big Data eine Brücke zwischen der biomedizinischen Forschung und der therapeutischen Entwicklung schlägt und neue Erkenntnisse für bisher unbeantwortete medizinische Fragen ermöglicht», meint Mitautor Sumit Chanda vom Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute (SBP) in Kalifornien.

Quelle: Universität Zürich