Pflanzenviren sind biotechnologisch vielseitig f\u00fcr den Menschen nutzbar. Sie geben unter anderem gute Ger\u00fcststrukturen f\u00fcr bioaktive Molek\u00fcle ab, was k\u00fcnftig Implantate verbessern k\u00f6nnte. Diese und weitere Optionen der f\u00fcr Menschen unsch\u00e4dlichen Viren erforscht Prof. Dr. Christina Wege an der Universit\u00e4t Stuttgart.<\/p>\n
\u201eWir essen sie praktisch t\u00e4glich mit, sie sind in Gurken, Tomaten und Kartoffeln ebenso pr\u00e4sent wie im Obst. Und in Form des Tabakmosaikvirus werden sie mitgeraucht\u201c, sagt Prof. Dr. Christina Wege vom Biologischen Institut der Universit\u00e4t Stuttgart \u00fcber Pflanzenviren. Sie hat die Winzlinge zum Zentrum ihres Forscherlebens gemacht. Dabei hatte sie sich die Entscheidung f\u00fcr eine wissenschaftliche Karriere lange offen gehalten. Wege studierte an der Universit\u00e4t Hamburg Diplom-Biologie und parallel dazu Journalistik, ein spezielles Hamburger Zusatzstudium mit Abschlusszertifikat. Trotz spannender praktischer Erfahrungen bei PR-Agenturen und dem NDR entschied sich Wege dann aber doch f\u00fcr die biologische Forschung. \u201ePflanzenkrankheiten haben mich tats\u00e4chlich schon als Kind fasziniert, seit mir ein Freund der Familie Einblick gab in seine Arbeit f\u00fcr das schleswig-holsteinische Pflanzenschutzamt\u201c, sagt die Forscherin.<\/p>\n
Wege schrieb ihre Doktorarbeit Ende der 90-er Jahre \u00fcber Geminiviren, genauer gesagt \u00fcber die Funktion unterschiedlicher Virusproteine. Zu dieser Zeit war sie mit Prof. Dr. Holger Jeske und anderen Kollegen aus seiner Arbeitsgruppe bereits an die Universit\u00e4t Stuttgart gewechselt. Die Gruppe der Geminiviren ist nicht nur wissenschaftlich interessant, sondern umfasst landwirtschaftlich hoch relevante Erreger von Pflanzenkrankheiten. \u201eGeminiviren sind weltweit f\u00fcr gro\u00dfe Sch\u00e4den und Ernteverluste verantwortlich. Zum Beispiel kann in weiten Gebieten Indiens und Afrikas die Maniok-Ernte ausfallen, wenn die vom Virus befallenen Pflanzen keine Wurzelknollen mehr bilden und regelrecht verk\u00fcmmern\u201c, so Wege.<\/p>\n
Wege hat mit ihrer grundlagenorientierten molekularbiologischen Forschung einen Teil dazu beigetragen, das Virusgeschehen zu entschl\u00fcsseln und Ansatzpunkte zur Virenbek\u00e4mpfung zu finden. So hat sie mit ihrem Team herausgefunden, dass die Viren das Pflanzengewebe wesentlich st\u00e4rker durchdringen, wenn sie in Kombination auftreten, wenn also zwei oder mehr Virusarten zugleich am Werk sind. \u201eDas kann zum Beispiel vorkommen, wenn Insekten mehrere Viren \u00fcbertragen. Ein Virus kann dann von den Tricks profitieren, mit denen das andere Virus den pflanzlichen Abwehrmechanismus ausschaltet, und sich quasi unbemerkt mit in das Pflanzengewebe einschleichen. Eventuell k\u00f6nnen hier Bek\u00e4mpfungsstrategien ansetzen, wenn wir Schutzreaktionen der Pflanze auf molekularbiologischem Weg stabilisieren\u201c, erkl\u00e4rt Wege.<\/p>\n
Obwohl solche Arbeiten f\u00fcr die Landwirtschaft enorm wichtig sind, gibt es laut Wege weltweit nur noch wenige Arbeitsgruppen, die Pflanzenviren molekularbiologisch erforschen. Das liegt ihrer Meinung nach unter anderem daran, dass die gro\u00dfen Sch\u00e4den weniger die industrialisierten Regionen betreffen, sondern vor allem s\u00fcdliche, wirtschaftlich weniger starke L\u00e4nder. \u201eDie gro\u00dfen F\u00f6rderschwerpunkte sind international nun einmal an anderen Themen orientiert\u201c, so Wege. Das k\u00f6nnte sich jedoch bald \u00e4ndern, denn die Nano- und Biotechnologen sind gerade dabei, den vielf\u00e4ltigen Nutzen von Pflanzenviren zu entdecken. Seit einigen Jahren hat auch Wege ihrer Arbeit einen neuen Schwerpunkt hinzugef\u00fcgt und entwickelt virusbasierte Strukturen f\u00fcr medizinische und technische Anwendungen. Dabei kommt vor allem das Tabakmosaikvirus, kurz TMV, zum Einsatz.<\/p>\n
TMV besteht aus einer steifen, rund 300 Nanometer langen R\u00f6hre, bei der H\u00fcllproteine eine innenliegende RNA umgeben. \u201eAuf 100 Nanometer Virusl\u00e4nge kommen rund 700 TMV-H\u00fcllproteine, die so mit der RNA wechselwirken, dass diese eine in den Proteinmantel eingebettete helikale Wendel bildet\u201c, so Wege. Sie hat es mit ihrem Team geschafft, die H\u00fcllproteine biotechnologisch derart zu ver\u00e4ndern, dass Kooperationspartner aus der Chemie im Lumen der Virusr\u00f6hre Metalle so effizient abscheiden k\u00f6nnen, dass winzige, nur drei Nanometer dicke \u201eNanodr\u00e4hte\u201c aus Kuper, Nickel, Kobalt oder Legierungen entstehen. Diese k\u00f6nnten zum Beispiel in der Sensor- oder Nanoprozesstechnologie einsetzbar sein.<\/p>\n
Mit ver\u00e4nderter, synthetisch hergestellter Virus-RNA und TMV-Proteinen lassen sich auch noch ganz andere Formen schaffen. Die Stuttgarter Forscher haben bereits \u201eNano-Bumerangs\u201c mit definierten Arml\u00e4ngen hergestellt und sternchenartige Strukturen, die an mittelalterliche Morgensterne erinnern. \u201eWir haben uns einen Baukasten erarbeitet, mit dem wir die unterschiedlichsten Konstrukte herstellen k\u00f6nnen, sei es gerade in definierter L\u00e4nge, geknickt oder verzweigt\u201c, sagt Wege. Au\u00dferdem lassen sich ganz unterschiedliche Andockstellen einbauen. Und hier wird es medizinisch interessant. Den Konstrukten k\u00f6nnen zum Beispiel Ankergruppen f\u00fcr Peptide verpasst werden, die mit Enzymen, Antik\u00f6rpern oder medizinischen Wirkstoffen gekoppelt werden k\u00f6nnen. Zum einen zielt das auf eine Anwendung in Testsystemen, zum anderen auf Systeme zur Wirkstoffverabreichung, etwa in Bioimplantaten oder zur Tumortherapie. Der gro\u00dfe Vorteil der virusbasierten Konstrukte: Die gew\u00fcnschten Molek\u00fcle lassen sich auf den R\u00f6hren mit ihren hunderten von Proteineinheiten in starrer, definierter Anordnung und viel dichter nebeneinander anbinden als auf anderen Oberfl\u00e4chen oder flexiblen Tr\u00e4gern \u2013 Ebenen oder Fasern k\u00f6nnen laut Wege technisch nicht so dicht und vorhersagbar best\u00fcckt werden.<\/p>\n
Seit Neuestem ist Wege gemeinsam mit Prof. Dr. G\u00fcnther Tovar vom Institut f\u00fcr Grenzfl\u00e4chenverfahrenstechnik und Plasmatechnologie IGVP Koordinatorin des Verbunds \u201eProjekthaus NanoBioMater\u201c der Universit\u00e4t Stuttgart, das von der Carl-Zeiss-Stiftung gef\u00f6rdert wird. Ziel ist die Entwicklung von neuartigen Hydrogelen als biologische Funktionsmaterialien. Wege will daf\u00fcr Viruskonstrukte beisteuern und nennt medizinische Beispiele f\u00fcr den Nutzen. \u201eEs ist zum Beispiel m\u00f6glich, Peptide an die Viruskonstrukte anzubinden, die eine Differenzierung von Knochenmarkzellen unterst\u00fctzen. Das wurde bereits von anderen gezeigt. Au\u00dferdem k\u00f6nnten in einem implantierbaren Hydrogel Peptide an die Virenstrukturen gebunden werden, die eine Biomineralisierung vermitteln und dadurch zur Knochenheilung beitragen.\u201c Zweite Zielrichtung ist die Entwicklung neuer aktiver Materialien, die zu hochempfindlichen Biosensoren und kontrollierten Katalysesystemen zur Herstellung komplexer Substanzen f\u00fchren k\u00f6nnten.<\/p>\n
Auch im Bereich der Tumormedizin k\u00f6nnten Pflanzenviren gute Dienste leisten – Studien verschiedener Labors aus aller Welt verlaufen vielversprechend. \u201eTMV-Konstrukte zeigen ebenso wie solche des Kartoffelvirus X eine Tendenz Tumorgewebe anzusteuern, wenn man sie \u00fcber das Blut injiziert – was wir nun mit einem Partner in den USA genauer untersuchen wollen\u201c, verr\u00e4t Wege. Da liegt es nahe, neben den Kartoffelviren auch die Tabakviren zur Bildgebung in der Onkologie zu nutzen. Konstrukte mit Fluoreszenzmarkierung werden daf\u00fcr bereits bei der Maus erprobt.<\/p>\n
Noch ist es Zukunftsmusik, aber Wege k\u00f6nnte sich auch vorstellen, TMV-Konstrukte zu entwickeln, die mit Wirkstoffen best\u00fcckt gezielt Tumoren ansteuern. Gesundheitliche Sch\u00e4den sind von den Pflanzenviren jedenfalls nicht zu erwarten. Allenfalls k\u00f6nne es bei hohen Konzentrationen zu allergischen Reaktionen kommen, meint Wege, beschreibt aber gleich die derzeit aussichtsreichste Pr\u00e4ventiv-Methode. \u201eZwischen den funktionellen Kopplungsstellen lassen sich die Nanor\u00f6hrchen mit Polyethylenglycol beschichten. Dadurch wird der Zellkontakt zu H\u00fcllproteinen minimiert.\u201c<\/p>\n
Die faszinierenden Nutzungsm\u00f6glichkeiten von Pflanzenviren bringt Wege auch in die Lehre ein, etwa im Master-Modul Pflanzenvirologie mit seinem dreiw\u00f6chigen Laborpraktikum. Ab dem Wintersemester 2014\/2015 wird Wege au\u00dferdem eine Spezialvorlesung zum Thema \u201eNanobiotechnik mit Pflanzenviren\u201c anbieten und hier die neuesten Erkenntnisse aus der Forschung vermitteln. F\u00fcr den Nachwuchs engagiert sie sich zudem als Fachstudienberaterin und als Koordinatorin f\u00fcr den Studiengang Technische Biologie. Ihr wichtigster Rat an die n\u00e4chste Forschergeneration: \u201eMacht das, was euch Spa\u00df macht, dann werdet ihr es auch gut machen.\u201c<\/p>\n