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Corona Virus Pre-Exploration Project

Das Verbundprojekt legt die Grundlage für eine umfangreiche Forschung zum neuen Coronavirus SARS-CoV-2

Das umfangreiche Verbundprojekt legt in Berlin die Grundlage für eine vielfältige und umfassende Forschung zum Coronavirus SARS-CoV-2. Die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Freien Universität Berlin, der Humboldt-Universität zu Berlin, der Technischen Universität Berlin und der Charité – Universitätsmedizin Berlin befassen sich unter anderem mit potenziellen Wirkstoffen, der Entwicklung von Impfstoffansätzen und möglichen gesundheitsökonomischen Folgen der Coronaviruspandemie.

Das Pre-Exploration Projekt wird seit Juli 2020 mit rund 1,8 Millionen Euro durch die Berlin University Alliance im Rahmen ihrer Grand Challenge Initiative Global Health gefördert.

Schnelles und adäquates Handeln sowie eine ausreichende Förderung der Forschung sind maßgeblich verantwortlich für die erfolgreiche und langfristige Bekämpfung von sich schnell ausbreitenden Infektionskrankheiten. Aus diesem Grund entschied das Board of Directors der Berlin University Alliance bereits im Frühjahr 2020 positiv über die Förderung des Corona Virus Pre-Exploration Projects. Das Projekt widmet sich der Erforschung der SARS-Coronavirus-2-Pandemie von der Erforschung des Virus in der Zellkultur bis hin zur Analyse der Auswirkungen der Pandemie auf das Gesundheitssystem.

Das Projekt ist in sechs Themenbereiche gegliedert, die von kleineren Forschungsteams bearbeitet werden:

  1. Entwicklung und Erprobung antiviraler Therapien und Präventionskonzepte
  2. Zwei- und dreidimensionale humane Gewebekulturen als Modelle für SARS-CoV-2-Infektionen
  3. Entwicklung nachhaltiger Impfstoffe
  4. Tier- und weitere Modellsysteme für SARS-CoV-2-Infektionen
  5. Krankheitsverlauf und prognostische Marker
  6. Modellierung der Ausbreitung von SARS-CoV-2-Infektionen und deren Folgen

„Gemeinsam gegen das Virus. Corona-Forschung in der Berlin University Alliance“ – Ein Film entstanden durch die Freie Universität Berlin zum Ernst-Reuter-Tag 2020

Die Themenbereiche im Einzelnen

1. Entwicklung und Erprobung antiviraler Therapien und Präventionskonzepte

Neben niedermolekularen Wirkstoffen, also solchen, die aus besonders kleinen chemischen Verbindungen bestehen, verhindern insbesondere multivalente Wirkstoffe Virusinfektionen besonders effizient, da diese größeren chemischen Verbindungen nicht nur eine, sondern mehrere Bindungsstellen für die Virusoberfläche aufweisen. In Teilprojekt 1 untersuchen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, wie sich die Bindung von SARS-CoV-2 an Zellmembranen bei Zugabe von multivalenten Virusbindungsinhibitoren verändert. Sie arbeiten hierbei sowohl mit isoliertem SARS-CoV-2-Spike-Protein (S-Protein; es sitzt auf der Oberfläche des Viruspartikels und sorgt für die Bindung an die Zelloberfläche) als auch mit inaktivierten Viruspartikeln. Die Infektionsinhibitoren werden anhand neuester Erkenntnisse über die Interaktion zwischen dem S-Protein und seinen zellulären Bindestellen, Heparansulfat und Angiotensin-Converting-Enzyme 2 (ACE2), generiert. Ein weiterer experimenteller Therapieansatz zielt darauf ab, die virale RNA mit Hilfe der RNA Interferenz-Technologie zu degradieren. In Zusammenarbeit mit den Teilprojekten 2 und 4 werden die neuartigen antiviralen Therapiekonzepte auch an aktiven Coronaviren getestet.

Beteiligte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler:

  • Dr. Sumati Bhatia (Freie Universität Berlin)
  • Dr. Stephan Block (Freie Universität Berlin)
  • Prof. Dr. Rainer Haag (Freie Universität Berlin)
  • Prof. Dr. Christian Hackenberger (Humboldt-Universität zu Berlin und Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie)
  • Prof. Dr. Andreas Herrmann (Humboldt-Universität zu Berlin)
  • Prof. Dr. Jens Kurreck, (Technische Universität Berlin)
  • Dr. Daniel Lauster (Freie Universität Berlin)

Wissenschaftliche Publikationen:

2. Zwei- und dreidimensionale humane Gewebekulturen als Modelle für SARS-CoV-2-Infektionen

Im Pre-Exploration Project wird die Infektion der menschlichen Lunge durch SARS-CoV-2 anhand eines Modellsystems untersucht, das mit einem 3D-Biodruckverfahren generiert wird.

Im Pre-Exploration Project wird die Infektion der menschlichen Lunge durch SARS-CoV-2 anhand eines Modellsystems untersucht, das mit einem 3D-Biodruckverfahren generiert wird.
Bildquelle: Felix Noack

Die angemessene Bekämpfung der SARS-CoV-2-Pandemie erfordert ein detailliertes Verständnis der Faktoren, die die Infektionsfähigkeit von SARS-CoV-2 bestimmen, die Kenntnis über die Zielzellen, die das Virus infiziert, sowie der molekularen Mechanismen bei der Aktivierung des Immunsystems. Nur so können möglichst schnell effektive und nachhaltige Therapien entwickelt werden. In Teilprojekt 2 wird die SARS-CoV-2-Infektion auf die genannten Faktoren hin untersucht. Hierfür wird ein humanes Infektionsmodell genutzt, das auf menschlichem Lungengewebe basiert. Es werden Gewebekulturen aus Zellen der oberen und der tiefen Atemwege genutzt. Diese Zellen werden Patienten entnommen und im Labor untersucht. So können die verschiedenen Vermehrungsstadien des Virus nachverfolgt werden. Gewebe von gesunden Probandinnen und Probanden wird mit dem von erkrankten Patientinnen und Patienten verglichen. In einem komplementären Ansatz wird ein Lungenmodell aus verschiedenen humanen Zelltypen mittels 3D Biodruck erzeugt, um daran die SARS-CoV-2-Infektion zu studieren.

An den verwendeten humanen Lungenmodellen werden zudem unterschiedliche therapeutische Ansätze getestet, zum Beispiel multivalente Inhibitoren (siehe Teilprojekt 1) oder bereits für andere Krankheiten zugelassene Medikamente.

Beteiligte Wissenschaftler:

  • Prof. Dr. Christian Drosten (Charité – Universitätsmedizin Berlin)
  • Prof. Dr. Andreas Hocke (Charité – Universitätsmedizin Berlin)
  • Prof. Dr. Stefan Hippenstiel (Charité – Universitätsmedizin Berlin)
  • Prof. Dr. Jens Kurreck, (Technische Universität Berlin)
  • Prof. Dr. Marcus Mall (Charité – Universitätsmedizin Berlin)
  • PD Dr. Thorsten Wolff (Humboldt-Universität zu Berlin und Robert Koch-Institut)

Wissenschaftliche Publikationen:

3. Entwicklung nachhaltiger Impfstoffe

Die Impfstoffentwicklung konzentriert sich aktuell in erster Linie auf Impfstoffe, die auf dem rezeptorbindenden Spike-Protein (siehe Teilprojekt 1) basieren, das den Zelleintritt von SARS-CoV-2 ermöglicht. Solche Impfstoffe werden wahrscheinlich hauptsächlich für Patientinnen und Patienten in den Industrienationen zugänglich sein. Das dritte Teilprojekt konzentriert sich auf die Herstellung einer Reihe von Impfstoffen, die kostengünstig und umweltverträglich sind, so dass sie in Ländern verteilt werden können, in denen eine grundlegende und robuste Gesundheitsversorgung nicht gewährleistet ist. Zusätzlich könnten solche Impfstoffe eingesetzt werden, um die Ausbreitung in Tierpopulationen, in denen das Virus natürlicherweise vorkommt, zu stoppen. Bisher ist nicht bekannt, um welche Tierart es sich handelt.

Beteiligte Wissenschaftler:

  • Prof. Dr. Christian Drosten (Charité – Universitätsmedizin Berlin)
  • Prof. Dr. Klaus Osterrieder (Freie Universität Berlin)
  • Prof. Dr. Leif Sander (Charité – Universitätsmedizin Berlin)

Wissenschaftliche Publikationen:

4. Tier- und weitere Modellsysteme für SARS-CoV-2-Infektionen

Infektionsforschung ist, besonders in der Therapieentwicklung, auf aussagekräftige Modellsysteme angewiesen, um die Infektion und den Krankheitsverlauf genau untersuchen zu können. Hierzu gehören auch Tiermodelle. Das vierte Teilprojekt beschäftigt sich in Kooperation mit dem Robert-Koch-Institut und dem Bundesinstitut für Risikobewertung mit der Entwicklung eines verlässlichen Kleintiermodells für SARS-CoV2-Infektionen.

Beteiligte Wissenschaftler:

  • Prof. Dr. Klaus Osterrieder (Freie Universität Berlin)
  • PD Dr. Thorsten Wolff (Humboldt-Universität zu Berlin und Robert Koch-Institut)

5. Krankheitsverlauf und prognostische Marker

Basierend auf einer klinischen Beobachtungsstudie wird in Teilprojekt 5 der Verlauf der zu behandelnden Patientinnen und Patienten an der Charité – Universitätsmedizin Berlin verfolgt. Dadurch dass die Pandemie früh erkannt wurde, bietet sich die einmalige Chance, den klinischen und biologischen Krankheitsverlauf von den frühen Stadien bis hin zur Genesung zu beobachten. So können prognostische Marker untersucht werden, durch die sich der Schweregrad des Krankheitsverlaufs einschätzen lässt.

In der Beobachtungsstudie vergleichen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zwei unterschiedliche Personengruppen (Kohorten) während der ersten Welle von Covid-19. Die erste Kohorte besteht aus medizinischem Klinikpersonal der Charité, das durch ihren Beruf ein erhöhtes Ansteckungsrisiko hat. Die zweite Kohorte besteht aus Patientinnen und Patienten der Asthma-Ambulanz des Charité Campus Virchow-Klinikums. Deren Risiko für einen schweren Covid-19-Verlauf ist aufgrund der Asthmaerkrankung erhöht. Mithilfe vielfältiger Analysemethoden (zum Beispiel Untersuchungen zur hervorgerufenen Immunreaktion bei Erkrankung oder zur Entwicklung von Antikörpern) werden beide Gruppen zu unterschiedlichen Zeitpunkten untersucht. Die Ergebnisse sollen bei der Identifizierung von prognostischen Markern helfen und die Entwicklung der natürlichen SARS-CoV-2-spezifischen Immunantwort aufklären.

Beteiligte Wissenschaftler:

  • Dr. Victor Corman (Charité – Universitätsmedizin Berlin)
  • Prof. Dr. Christian Drosten (Charité – Universitätsmedizin Berlin)
  • Prof. Dr. Marcus Mall (Charité – Universitätsmedizin Berlin)
  • Prof. Dr. Markus Ralser, (Charité – Universitätsmedizin Berlin)
  • Prof. Dr. Leif Sander (Charité – Universitätsmedizin Berlin)

Wissenschaftliche Publikationen:

6. Modellierung der Ausbreitung von SARS-CoV-2-Infektionen und deren Folgen

Im sechsten Teilprojekt werden sowohl die Verbreitung der Pandemie als auch die Konsequenzen für die Gesundheitsversorgung auf Basis von mathematischen Modellierungen analysiert. Genauer betrachtet werden dabei die Versorgungsstrukturen (ambulant und stationär), deren Inanspruchnahme (von Hausarztbesuchen über Fachärzte, allgemeine stationäre Stationen bis hin zur Beatmung auf Intensivstationen) sowie Behandlungsergebnisse und Kosten. Somit wird in diesem Forschungsteam der „Fußabdruck“ von SARS-CoV-2 auf das Gesundheitssystem (zum Beispiel bei unterschiedlichen Inzidenzen, Schweregraden, Letalitäten) berechnet. Hierbei wird das deutsche Gesundheitssystem insgesamt betrachtet sowie Regionen mit höherer und geringerer Krankheitsinzidenz und –schwere.

Beteiligte Wissenschaftler:

  • Prof. Dr. Dirk Brockmann (Humboldt-Universität zu Berlin, Robert Koch-Institut)
  • Prof. Dr. Reinhard Busse (Technische Universität Berlin, Charité – Universitätsmedizin Berlin)

Wissenschaftliche Publikationen: