Rekodierung des SARS-CoV-2-Genoms - Ein multidisziplinärer Ansatz zur Entwicklung von attenuierten Coronavirus-Lebendimpfstoffen

• Antragsteller: Professor Dr. Martin Beer; Professor Benedikt Bertold Kaufer, Ph.D., seit 12/2020
• Fachliche Zuordnung: Virologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 453012513

Das neu entdeckte Coronavirus (CoV) SARS-CoV-2 ist mit Infektionen der oberen Atemwege und Lungenentzündung für die jüngste Pandemie verantwortlich, die global unzählige Leben bedroht. Wie alle Viren hängt auch SARS-CoV-2 entscheidend von der Neuprogrammierung des zellulären Stoffwechsels ab, insbesondere bei der Übernahme der Translationsmaschinerie seines Wirts. Das Ziel dieses Antrages ist es, Schwachstellen des Virus während der Replikation in der Wirtszelle zu identifizieren. Insbesondere werden wir mehrere Aspekte von SARS-CoV-2 bei der "Besetzung" der Wirtszelle umfassend untersuchen. Wir werden dieses Wissen dann nutzen, um neu kodierte Coronavirus-Genome zu designen, um neuartig attenuierte Coronaviren als mögliche abgeschwächte Lebendimpfstoffe zu entwickeln. Diese Strategie ist umfassend und gilt nicht nur für SARS-CoV-2, sondern kann auch für andere neu auftretende zoonotische Viren in der Zukunft eingesetzt werden.Wir werden zunächst untersuchen, ob das Virus die Maschinerie zur Modifizierung der Wirts-RNA zur Modifizierung des eigenen RNA-Genoms übernimmt, um der Erkennung durch das angeborene Immunsystem der Zelle zu entgehen. Zweitens werden wir die zelluläre Maschinerie zur Modifikation der Wirts-RNA, welche die Modifikation des viralen Genoms vermittelt, detektieren und analysieren. Drittens werden wir untersuchen, ob virale RNA-Modifikationen die Rekrutierung der zellulären Translationsmaschinerie erleichtern. Zu diesem Zweck werden wir im Infektionsverlauf Ribosomenprofile erstellen und RNAseq in hoher Auflösung einsetzen zur quantitativen Bestimmung der Translationsreaktion der Wirtszellen. Dies wird zeigen, wie SARS-CoV-2 die mRNA-Translationsmaschinerie der Zelle während seines Lebenszyklus nutzt. Viertens werden wir testen, ob das Virus der Anteil der tRNA- und tRNA-Modifikationen verändert, um trotz der Divergenz der Codonverwendung eine effiziente Translation zu erreichen. Wir werden diese Erkenntnisse schließlich zur Entwicklung einer Reihe von synthetisch hergestellten, attenuierten Viren nutzen, denen z.B. RNA-Modifikationen fehlen oder die neue Sequenzelemente enthalten, die während der Infektion schwer zu translatieren sind.Wir werden die generierten Viruskonstrukte genauer untersuchen und ausgewählte Viren z.B. durch Ribosomenprofiling sowie in Tiermodellen analysieren. Damit werden einerseits neue Virusvarianten als attenuierte Impfstoffkandidaten als auch neue Angriffsziele für Arzneimittel definiert, wobei das Grundprinzip dann auch auf andere Viren übertragen werden könnte.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Kooperationspartner: Professor Dr. Sebastian Leidel; Professor Ramesh S. Pillai, Ph.D.; Professor Dr. Volker Thiel
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Nikolaus Osterrieder, bis 12/2020