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News: Ein Virus im Kettenhemd

Es gibt eine ganze Menge verrückt anmutender Ideen, mit denen sich Organismen gegen ihre Umwelt oder feindlich gesinnte Nachbarn schützen. Ein Virus, das Bakterien befällt, hat seine schützende Proteinhülle gar zu einem Kettenpanzer umfunktioniert: Die einzelnen Eiweißmoleküle sind ineinander verschlungen. Eine solche Struktur haben Wissenschaftler bei Proteinen noch nie zuvor gesehen.
Viren können ganz schön hartnäckig sein, wie jeder Schnupfen beweist. Und sie müssen auch recht hart im Nehmen sein angesichts der heftigen Abwehr, die sie meist erwartet. Doch nicht nur wir werden von den winzigen Erregern geplagt, sondern auch Bakterien haben darunter zu leiden. Auf sie haben es die so genannten Bakteriophagen abgesehen, die zum Teil recht skurrile Gestalten haben, fast vergleichbar mit Raumsonden, die auf staksigen Beinen auf fernen Himmelskörpern landen. Und um ihr kostbarstes Gut, die Erbanlagen, zu schützen, lassen sie sich allerhand einfallen.

Ein Schutzmantel beispielsweise ist das Capsid, eine Proteinhülle, die teilweise sogar noch von einer Lipidmembran umgeben ist. Der Bakteriophage HK97 scheint dabei besonders auf Nummer Sicher zu gehen: Sein Capsid sieht aus wie ein Kettenhemd, bei dem einzelne Proteinringe ineinander verschlungen sind. Solche als Catenane bezeichneten verwobenen Strukturen kennen Wissenschaftler bisher nur von zirkulären einsträngigen DNA-Molekülen oder zyklischen Kohlenstoffverbindungen, nicht aber von Proteinen.

William Wikoff vom Scripps Research Institute und seine Mitarbeiter klärten die ungewöhnliche Struktur der Hülle mit Hilfe elektronenmikroskopischer Aufnahmen und Röntgenstrukturanalysen auf. Dabei stellten sie fest, dass die Proteinkugel aus insgesamt 72 Ringen besteht. Zwölf der Ringe sind fünfeckig und konkav gewölbt, während die restlichen 60 sechseckig und annähernd flach erscheinen. Die Ringe sind über eine Isopeptid-Bindung verknüpft, die sich zwischen der endständigen Aminogruppe der Aminosäure Lysin und einem Asparaginmolekül ausbildet. Daraus entsteht ein Ikosaeder, ein Ball mit 20 Flächen, der trotz seiner geringen Wandstärke von höchstens 18 Angström außerordentlich stabil ist (Science vom 22. September 2000).

Das Virus formt die Struktur erst aus, nachdem es seine DNA in den kugelförmigen Kopf eingelagert hat. Anders als viele Pflanzen- oder Tierviren muss es nicht darauf achten, dass sich seine Hülle während der Infektion schnell auflösen kann, denn Bakteriophagen mit Schwanz injizieren ihr Erbgut durch diesen "Fuß", mit dem sie auch auf der Zelle aufsetzen, die sie infizieren wollen. Das "Kettenhemd" könnte ihm einige Evolutionsvorteile verschafft haben, wenn man bedenkt, in welch unwirtlichen Bedingungen manche Phagen leben. Offenbar ist es auch dringend überlebensnotwendig, denn ein mutierter Stamm, der keine Isopeptidbildung ausbilden konnte, bildete keine infektiösen Partikel.

John E. Johnson, der Leiter der Arbeitsgruppe, hält die Ergebnisse besonders für die Nanotechnologie interessant. "Die Menschen sehen Viren als Transportbehälter", erklärt er. "Und diese Kettenpanzer-Struktur könnte neue Wege eröffnen, wie ein sehr dünner und trotzdem stabiler Behälter konstruiert werden könnte."

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