Optische CRISPR-Screening-Technik identifiziert Ebola-Drug-Ziele.

Wissenschaftler des Broad Institute und der National Emerging Infectious Diseases Laboratories (NEIDL) an der Boston University haben eine neue Methode namens optische pooled CRISPR-Screening (OPS) eingesetzt, um potenzielle neue Zielstrukturen für die Behandlung des Ebola-Virus zu identifizieren. Obwohl Ebola-Ausbrüche selten sind, ist die Krankheit oft tödlich und verfügt über nur wenige Therapiemöglichkeiten. Ein vielversprechender Ansatz besteht darin, Proteine im menschlichen Wirtszell zu unterbrechen, auf die das Virus angewiesen ist. Traditionelle Methoden, diese Regulatoren zu finden, sind jedoch komplex und besonders für gefährliche Viren wie Ebola schwierig, da sie strengen Biosicherheitsvorschriften unterliegen. Mit der OPS-Methode konnten die Forscher in etwa 40 Millionen CRISPR-veränderten menschlichen Zellen untersuchen, wie das Ausschalten jedes Gens das Viruswachstum beeinflusst. Sie verwendeten maschinelles Lernen, um Bilddaten von Zellen auszuwerten und dabei mehrere menschliche Proteine zu identifizieren, die in verschiedenen Phasen der Ebola-Infektion eine Rolle spielen. Das Ausschalten dieser Proteine hemmte die Virusvermehrung, was auf mögliche therapeutische Interventionen hindeutet, um die Krankheitsschwere bei infizierten Menschen zu reduzieren. Die Methode könnte auch für andere Pathogene genutzt werden, um neue Medikamente gegen schwer behandelbare Infektionen zu finden. Das Forscherteam kombinierte dabei die Vorteile der Hochdurchsatz-Bildgebung mit der Genetik-Screening-Methode. Sie nutzten CRISPR, um jedes Gen im menschlichen Genom einzeln auszuschalten, und infizierten dann die Zellen mit dem Ebola-Virus. Danach fixierten sie die Zellen in Laborbehältern und inaktivierten sie, um die weiteren Analysen außerhalb des hohen Biosicherheitslaboratoriums durchzuführen. Mit der Software CellProfiler analysierten sie die Virenproteine und -RNA in den Zellen und setzten zudem eine KI-Modell ein, um den Infektionsstadium jeder einzelnen Zelle zu bestimmen. Dieses Modell konnte feine Unterschiede in den Infektionsstadien erkennen, was früher nicht möglich war. Die Forscher identifizierten Hunderte von Wirtproteinen, deren Ausschaltung die Infektionsrate beeinflusste, darunter auch solche, die für den Eintritt des Virens in die Zelle wichtig sind. Das Ausschalten bestimmter Gene erhöhte die Virenmengen in Einbuchtungen, die als Virenfabriken dienen, und stoppte die Infektion. Einige Gene, wie UQCRB, zeigten eine bisher unbekannte Rolle der Mitochondrien bei der Ebola-Infektion, die therapeutisch genutzt werden könnte. Die Behandlung mit einem Inhibitor von UQCRB reduzierte die Infektion ohne Schaden für die Zelle. Weitere Gene beeinflussten das Gleichgewicht zwischen Viren-RNA und -Protein. Das Ausschalten des Gens STRAP führte zu mehr RNA im Vergleich zu Protein. Die Forscher untersuchen derzeit die Rolle dieser Proteine weiter, um zu prüfen, ob sie therapeutisch gezielt werden können. In sekundären Screenings prüften sie auch, ob einige Gene bei verwandten Filoviren wie Sudan- und Marburgvirus eine Rolle spielen. Das Ausschalten dieser Gene hemmte deren Vermehrung, was auf eine mögliche breite Anwendbarkeit der Methode hindeutet. Die Studie wurde mit Unterstützung mehrerer Institutionen finanziert, darunter das Broad Institute, das National Human Genome Research Institute und das National Institutes of Health. Die Forscher betonen, dass die OPS-Methode neue Einblicke in das Zusammenspiel zwischen Viren und Wirtszellen ermögliche und die Entwicklung neuer Therapien unterstützen könne. Die Ergebnisse der Studie bieten neue Perspektiven für die Entwicklung von Medikamenten gegen Ebola und andere gefährliche Viren. Mit der Kombination von CRISPR, Bildgebung und KI gelang es den Forschern, die Infektionsmechanismen detailliert zu analysieren und potenzielle therapeutische Ziele zu identifizieren. Dies könnte in Zukunft helfen, die Behandlung schwerer Infektionen zu verbessern und neue Ansätze für die medizinische Forschung zu eröffnen.