Onderzoekers van de Wageningen Universiteit, Eindhoven, Leiden en Nijmegen hebben een synthetisch virus ontwikkeld. Dit kan in de toekomst worden gebruikt om nieuwe generaties geneesmiddelen bestaande uit grote biomoleculen te 'verpakken' en af ​​te leveren in zieke cellen, door een natuurlijk proces. Prof.dr.ir. Paul van der Schoot van de TU/e ​​was verantwoordelijk voor het theoretische basisonderzoek. De resultaten bevestigen ook dat hij een dertig jaar oude vraag heeft opgelost. Het werk verscheen afgelopen zondag in Natuur Nanotechnologie .

Nieuwe soorten medicijnen bestaan ​​uit grote biomoleculen zoals DNA en RNA. Het is een uitdaging om deze aan zieke cellen af ​​te leveren. DNA kan bijvoorbeeld inherent niet in cellen doordringen, en wordt snel afgebroken. Daarom worden voor de afgifte van deze medicijnen natuurlijke onschadelijke virussen gebruikt. Virussen kunnen efficiënt in cellen doordringen, maar het proces om natuurlijke virussen onschadelijk te maken is nog niet geperfectioneerd. Wetenschappers zoeken daarom naar alternatieven.

Dertig jaar

Het onderzoek gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie is gebaseerd op een theoretisch model dat beschrijft hoe het tabaksmozaïekvirus wordt geproduceerd. Paul van der Schoot (afdeling Technische Natuurkunde) ontwikkelde dit model onlangs samen met dr. Daniela Kraft van de Universiteit Leiden. Van der Schoot gebruikte meetgegevens van de vorming van dit virus, die de afgelopen dertig jaar onverklaard was gebleven.

Enzym aanval

Een virus bestaat altijd uit genetisch materiaal (DNA of RNA), ingekapseld in een laag eiwit. Hierdoor kunnen virussen de cellen binnendringen. Ontbrekende delen van het genetisch materiaal zijn dodelijk voor dit proces omdat enzymen het materiaal kunnen aantasten. In zijn model voegde Van der Schoot een essentiële ontbrekende schakel toe aan het bestaande begrip van hoe het RNA van het tabaksmozaïekvirus een omringende eiwitlaag verzamelt.

Een bewijs

Deze ontbrekende schakel wordt allosterische regulatie genoemd, en stelt eiwitten in staat elkaar te helpen zich aan het RNA te binden. "Het is moeilijk voor het eerste eiwit om te binden", legt Van der Schoot uit. "Maar het eerste helpt het tweede, en de tweede helpt de derde, en ga zo maar door." Met deze theoretische kennis schreef hij samen met Renko de Vries van Wageningen UR een onderzoeksvoorstel voor het verpakken van een DNA-achtig molecuul. Hierdoor konden ze op basis van de theorie nieuwe 'verpakkingseiwitten' ontwikkelen. Het feit dat dit het gewenste resultaat heeft opgeleverd is belangrijk voor medicijnen om genetische defecten te corrigeren, bijvoorbeeld. Het bewijst ook het theoretische model van Van der Schoot. TU/e-promovendus Sabre Naderi promoveerde eerder dit jaar op dit onderzoek.

nanometers

Er zit ook een ander Eindhovens aspect aan dit verhaal:TU/e-onderzoeker Nico Sommerdijk wist het verpakkingsproces helder te krijgen. Dit gebeurt op nanometerschaal, dus het vereist het gebruik van de cryoTEM-microscoop van de universiteit.

Gistcellen

De eiwitten die de onderzoekers bouwen, zijn geïnspireerd op natuurlijke eiwitten zoals die in zijde en collageen voorkomen; eiwitsegmenten met een eenvoudige structuur. Om deze eiwitten te 'produceren' maakten ze gebruik van de natuurlijke machinerie van gistcellen. Wanneer de synthetische viruseiwitten worden gemengd met DNA, worden ze spontaan bedekt met een sterke beschermende eiwitlaag rond elk DNA-molecuul, produceren van 'synthetische virussen'.

De onderzoekers verwachten dat de hoge mate van precisie waarmee de eiwitten de DNA-moleculen 'verpakken' tal van mogelijkheden biedt om andere eigenschappen van virussen in te bouwen. Deze kunnen in de toekomst leiden tot veilige en effectieve manieren om geneesmiddelen van de nieuwe generatie te leveren, vooral bij gentherapie. In aanvulling, de synthetische virussen kunnen in de toekomst verder worden ontwikkeld voor de vele andere toepassingen waarvoor virussen al worden gebruikt in de bio- en nanotechnologie.