Seit dem Ausbruch der COVID-19-Pandemie wird ein antiviraler Wirkstoff gesucht, der die Vermehrung des SARS-CoV-2-Erregers verhindern kann. Zur Vermehrung der infektiösen Viruspartikel ist die Vervielfältigung der viralen Bausteine nötig. Ein essenzieller Schritt hierbei ist die Vermehrung der Virus-RNA durch das virale Enzym RNA-Polymerase. Die Hemmung dieses Enzyms ist daher ein zentraler Ansatz der Entwicklung neuer antiviraler Medikamente für die COVID-19-Therapie. Dies ist insofern eine besondere Herausforderung, als dass es sich bei SARS-CoV-2 um ein neu aufgetretenes Virus handelt, dessen genaue Biologie weitestgehend unbekannt ist.
Ziel dieses Projekts war die Entwicklung eines Chip-basierten Messverfahrens zur Charakterisierung der SARS-CoV-2-RNA-Polymerase, welches bei der Identifizierung potenzieller Inhibitoren unterstützen und so die Wirkstoffentwicklung beschleunigen kann.
rechts: Mikrofluidischer switchSENSE®-Biochip mit zwei Messelektroden. Schematische Darstellung der Messelektrode mit kurzen fluoreszenzmarkierten RNA-Molekülen zur biophysikalischen Analyse der Polymerase-Aktivität (Quelle: Dynamic Biosensors GmbH)
Zunächst wurden Verfahren zur Herstellung (Expression) der SARS-CoV-2-RNA-Polymerase sowie spezielle Biochips entwickelt, die mit RNA-Molekülen auf der Oberfläche funktionalisiert werden können. Anschließend wurden ein Verfahren zur Enzymcharakterisierung etabliert und Polymerasen sowie Transkriptasen untersucht. Mithilfe des neuartigen Verfahrens konnten biophysikalische Parameter zur Bindungskinetik ermittelt werden. Die Enzymbindung an die Nukleinsäure wurde gemessen sowie die enzymatische Aktivität in Form des Einbaus von Nukleotiden. Diese Echtzeitdaten gaben Aufschluss über die Funktionsweisen der Enzyme. Somit wurde in diesem Projekt die Grundlage für chip-basierte Untersuchungen der RNA-Polymerasen geschaffen, welche die zukünftige antivirale Wirkstoffentwicklung beschleunigen können.
