Patentiertes Verfahren: Neuartige Wirkstoffe bieten Pflanzen Schutz vor Viren

Pflanzen lassen sich mit speziell hergestellten Molekülen auf Basis von
RNA oder DNA sicher vor Viren schützen. Das zeigt ein Team der Martin-
Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) in einer neuen Studie im
"International Journal of Molecular Sciences" am Beispiel eines gängigen
Virus. Mit den speziell hergestellten Wirkstoffen konnten die Forschenden
den Virenbefall in bis zu 90 Prozent der Fälle abwehren. Außerdem
entwickelten sie eine Methode, um genau auf das Virus abgestimmte
Substanzen finden zu können. Dieses Verfahren hat das Team nun patentieren
lassen.

Befällt ein Virus eine Pflanze, benutzt es deren Zellen als Wirt, um sich
zu vermehren. Dabei entstehen virale RNA-Moleküle, die als Blaupause für
die Produktion von Proteinen dienen. "Ohne seine Proteine kann sich ein
Virus nicht vermehren", sagt Prof. Dr. Sven-Erik Behrens vom Institut für
Biochemie und Biotechnologie der MLU. Sein Team forscht seit Jahren an
Verfahren, um diesen Prozess zu stören und die viralen RNA-Moleküle in den
Zellen abzubauen.

In der neuen Studie beschreiben die Forschenden, wie das mit Hilfe des
sogenannten Antisense-Verfahrens gelingen könnte. Dabei kommen kurze,
künstlich hergestellte DNA-Moleküle zum Einsatz, sogenannte Antisense-
Oligonukleotide (ASO): In Pflanzenzellen sorgen sie dafür, dass
pflanzliche Enzym-Scheren an die fremde RNA geleitet werden, um diese
abzubauen. "Damit das gelingt, müssen wir in der viralen RNA eine
geeignete Zielstruktur finden, an der die Enzymscheren ansetzen können",
erklärt Behrens. Das sei jedoch oft alles andere als einfach: Die meisten
möglichen Ziel-RNA haben eine sehr komplexe Struktur und liegen nicht
einfach als ablesbares Band vor. Außerdem werden sie von anderen
Bestandteilen in der Zelle maskiert. "Das macht es noch schwieriger, sie
direkt anzugreifen", sagt Behrens.

Vor diesem Problem stand das Team um Behrens vor einigen Jahren schon
einmal: Die Forschenden wollten mit kurzen RNA-Molekülen (siRNA) einen
ähnlichen Prozess in Pflanzen optimieren, die sogenannte RNA-Interferenz.
Damals konnten sie ein Verfahren entwickeln, um passende und zugängliche
Zielabschnitte in der Virus-RNA auszumachen. Die neue Arbeit zeigt nun,
dass der gleiche Ansatz auch für ASO genutzt werden kann und dass diese
Wirkstoffe in Pflanzen eine ähnlich schützende Wirkung entfalten. "Das war
keineswegs sicher: Die Wirkprinzipien von RNA-Interferenz und Antisense
sind zwar ähnlich, die dabei aktiven Enzymkomplexe sind jedoch komplett
andere. Für uns war es überraschend, dass die mit unserer Methode
identifizierten RNA-Abschnitte tatsächlich für beide Verfahren zugänglich
sind", sagt Behrens. Die Ergebnisse können sich sehen lassen: In
Experimenten mit den optimierten ASO-Wirkstoffen konnten Pflanzen in bis
zu 90 Prozent der Fälle gegen eine Infektion mit einem Modellvirus
geschützt werden.

Das Team hat die Methode patentieren lassen. Behrens hofft nun, den Ansatz
weiter verfeinern zu können. "ASO sind nicht nur sehr zielsicher, sie sind
auch verhältnismäßig einfach und günstig herzustellen. Ähnliche Wirkstoffe
werden seit einigen Jahren auch beim Menschen eingesetzt und zeigen nur
wenige Nebenwirkungen. Das ist ein weiterer wichtiger Punkt für den
potenziellen Einsatz bei Nahrungsmitteln", so Behrens. Zudem hofft der
Forscher, die Methode auch ganz generell für RNA-Interferenz und
Antisense-Verfahren einsetzen zu können, so zum Beispiel auch gegen humane
Viren.

Patent und Studie bilden zusammen einen wichtigen Meilenstein des
Forschungsprojekts "RNA PROTECT" an der MLU, das vom Bundesministerium für
Bildung und Forschung mit rund 1,2 Millionen Euro gefördert wird. Ziel ist
es, die Forschungsarbeiten der MLU in diesem Bereich auf Marktfähigkeit zu
prüfen und im Idealfall eine Firma zu gründen. Außerdem wurden die
Arbeiten vom Land Sachsen-Anhalt und der Deutschen Forschungsgemeinschaft
gefördert.

Originalpublikation:
Studie: Gruber C. et al. Effective Antiviral Application of Antisense in
Plants by Exploiting Accessible Sites in the Target RNA. International
Journal of Molecular Sciences (2023). doi: 10.3390/ijms242417153
https://doi.org/10.3390/ijms242417153

Patent: Behrens S.E. et al. Zuverlässige Identifikation von Bereichen
(,a-Sites') in komplexen RNA Molekülen, die zugänglich sind für
Nukleinsäuren oder Komplexe von Nukleinsäuren mit Endonukleasen DE 10 2021
107 508 A1