Coronas chaotischer Tanz

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Blaulicht im Labor: Felix Jünger bereitet das Gerät ROCS auf einen Versuch vor. Foto: Harald Neumann

Eigentlich könnte Corona dem Menschen den Zellbuckel runterrutschen, denn ohne Bindung des Virus an die Zelle gibt es keine Infektion und somit keine Covid-19-Erkrankung. Den komplexen Bindevorgang hat noch nie jemand gesehen“, sagt Alexander Rohrbach, Professor für Bio-undnNano-Photonik am Institut für Mikrosystemtechnik IMTEK der Universität Freiburg. Wie nähert sich Sars-CoV-2 menschlichen Zellen und dockt dort an? Lässt sich dieser Vorgang womöglich stören? Um ihn zu filmen, ist das Virus, dessen Durchmesser nur einen zehntausendstel Millimeter beträgt, eigentlich zu winzig. Doch Rohrbach und sein Supermikroskop ROCS   machen Corona zum Filmbösewicht. Die ersten Clips mit dem Erreger in der Hauptrolle – bisher arbeitet das Team noch mit einem Platzhalter für das Coronavirus – sind schon online, freut sich der Biophysiker. „Vor fünf Jahren hätte ich nicht geglaubt, dass wir jemals virusartige Partikel filmen können.“

Eines sticht in dem Clip sofort ins Auge: Das virusartige Partikel zittert, als hätte es Lampenfieber. Es bewegt sich nicht gezielt zu Zellen hin und sucht nicht aktiv nach seiner Eintrittspforte, dem ACE2-Rezeptor. „Es treibt zufällig – ein chaotischer Tanz“, so Rohrbach. Sars-CoV-2 nähere sich Zellen ähnlich wie Blätter, die an einem stürmischen Herbsttag vom Baum hinab aufs Kopfsteinpflaster taumeln. Dort müssten sie dann den richtigen Stein treffen – so wie das Virus einen bestimmten Rezeptor – und an ihm kleben bleiben. Stattdessen zittert sich Corona zum Ziel. Bis das Virus festgebunden und die Zelle sein Erbgut aufgenommen hat, können bis zu 30 Minuten vergehen. So lange will Rohrbach filmen.

„ROCS ist weltweit einmalig“, betont der Forscher. Die Abkürzung steht für „Rotating Coherent Scattering Microscopy“. Rohrbach hat die Technologie vor Jahren entwickelt und seither stetig verbessert. ROCS schießt 100 Einzelbilder pro Filmsekunde. Hollywood liefere bestenfalls 48. Rohrbach will sogar auf 300 Aufnahmen pro Sekunde erhöhen: Dann kämen bei jedem Dreißigminüter über Corona mehr als eine halbe Million Einzelbilder zusammen. Andere Mikroskopietechniken seien im Vergleich viel zu langsam oder zu ungenau: „Das Tolle ist, dass wir in den Movies virusartige Partikel überhaupt erkennen können.“

ROCS leuchtet mit blauem Laserlicht in schrägem Winkel alle Seiten der Viruspartikel aus. „Laserlicht hat die Möglichkeit zur Selbstverstärkung“, erklärt Rohrbach. Auch deshalb erreicht das Gerät eine doppelt so hohe Auflösung wie herkömmliche hochauflösende Mikroskope: ROCS bildet viel kleinere Strukturen ab und verwandelt selbst Winzlinge wie Sars-CoV-2 in Filmgiganten. Allerdings agieren in Rohrbachs erstem Clip noch Doubles: „Als Dummys für das Virus haben wir winzige Glaskugeln mit gleichen biophysikalischen Eigenschaften verwendet.“ Das Verfahren funktioniert tadellos.

Ein Studio für Dreharbeiten mit echten, aber entschärften Viren – ein Labor der biologischen Sicherheitsstufe 2 –befindet sich im Aufbau. Dort will Rohrbach verschiedene Varianten des Virus, Zelltypen und Mutanten testen. Wer bindet besser, wer schlechter und warum? Welche Zellen sind empfänglicher für das Coronavirus als andere? Und wie reagiert der Bindeprozess auf Substanzen, die den ACE-Rezeptor blockieren? Das können zum Beispiel manche Mittel, die Bluthochdruck senken. Ihr Effekt auf die Covid-19-Infektion bei Menschen ist allerdings noch unklar. „Ich wäre froh, ein Puzzleteilchen beisteuern zu können, das dazu beiträgt, dass weniger Menschen erkranken oder sterben“, so der Wissenschaftler.

Die erste Projektstufe, für die gerade Fördergelder geflossen sind, ist auf ein Jahr angelegt. Doch leider verzögert sich der Drehplan: Rohrbachs Chefkameramann Dr. Felix Jünger muss die Crew unerwartet verlassen.Beizeiten soll ein Folgeantrag für eine Verlängerung der Projektlaufzeit gestellt werden, denn Rohrbach hat noch viele Ideen für neue Drehbücher mit Corona. Um Fragen unter möglichst authentischen Bedingungen beantworten zu können, bauen er und sein Team gerade ein künstliches Lungenbläschen mit lebenden Zellen. Dabei erhalten sie fachlichen Rat ausder Lungenheilkunde und der Umwelttoxikologie des Universitätsklinikums Freiburg. Bald soll eine komplette Lungeneinheit entstehen. Doch das ist noch Zukunftsmusik, und zu Alexander Rohrbachs „Tanz der Coronaviren“ existiert nur wenig mehr als der Vorspann. Hoffentlich wird der fertige Film ein Blockbuster.

Jürgen Schickinger
uni’leben 01#2021

Link zum FILMBEITRAG im Videoportal
Deutsch mit englischem Untertitel

Prof. Alexander Rohrbach
Professor für Bio-und Nano-Photonik
Institut für Mikrosystemtechnik – IMTEK
rohrbach(at)imtek.uni-freiburg.de
www.imtek.uni-freiburg.de/professuren/bnp

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