Eine Forschungskooperation unter Kölner Beteiligung hat einen Weg gefunden, die Wirkung von breit neutralisierenden Antikörpern (bnAbs) auf die Wachstumsrate von HIV-1 vorherzusagen. Die Ergebnisse sind wichtig, um alternative immunvermittelte Therapien für HIV-Infektionen zu verbessern. Die neuen Erkenntnisse sind das Ergebnis einer Zusammenarbeit von Wissenschaftler:innen des Instituts für Biologische Physik der Universität zu Köln und des Instituts für Virologie der Uniklinik Köln. Der Artikel 'Predicting in vivo escape dynamics of HIV-1 from a broadly neutralizing antibody' ist in den Proceedings of the National Academy of Sciences erschienen.

Bei der Kontrolle der HIV-Infektion wurden bereits große Fortschritte erzielt. Allerdings müssen HIV-infizierte Patienten eine strenge Behandlung einhalten, die die tägliche Einnahme einer Kombination von Medikamenten zur Unterdrückung der viralen Ausbreitung beinhaltet. Die außergewöhnliche Fähigkeit von HIV, sich weiterzuentwickeln, kann die Behandlung zusätzlich erschweren.

Ein neuer Ansatz mit dem Potenzial, die Behandlung und Prävention von HIV-Infektionen zu verbessern, sind breit neutralisierende Antikörper (bnAbs), die das Virus erkennen und seine Nachbildung blockieren können. Das Virus kann jedoch Veränderungen an seinem Oberflächenprotein vornehmen, die es ihm ermöglichen, sich der Erkennung durch den Antikörper zu entziehen.

BnAbs binden das Oberflächenprotein von HIV und hindern dadurch das Virus am Eindringen in seine Zielzellen. Wenn sich HIV jedoch weiterentwickelt, um Antikörpern zu entgehen, kann dieser Vorteil einen Preis haben. „Unsere Hypothese war, dass jede Variante, die der Erkennung entgeht, sich dann langsamer repliziert als die Wildtyp-Variante in einer Umgebung ohne Antikörper. Die Verringerung der Wachstumsrate der sogenannten Escape-Variante ist der Preis für das Entkommen", sagt der Doktorand und Erstautor Matthijs Meijers aus dem Labor von Professor Michael Lässig am Institut für Biologische Physik.

Durch die Analyse von Daten aus einer klinischen bnAb-Studie, die an der Uniklinik Köln und der Rockefeller University (New York, USA) durchgeführt wurde, fanden die Forscher:innen heraus, dass es in der Tat einen Kompromiss zwischen der Resistenz gegen bnAbs auf der einen Seite und der reduzierten Fähigkeit zur Replikation auf der anderen Seite gibt. Die in verschiedenen Individuen beobachteten Escape-Varianten zeigen ein bemerkenswert ähnliches Verhalten: Ihre Wachstumsrate scheint nicht wesentlich vom genomischen Hintergrund des Virus abzuhängen, der in jedem Individuum anders ist. Vielmehr hängt sie von zwei Fitnessfaktoren ab: der Antikörperdosis und der Viruslast. Daher konnten die Forscher die Fluchtdynamik von HIV-1 im Verlauf einer bnAb-Therapie vorhersagen.

Das Verständnis darüber, wie HIV einem bnAb entkommt, kann helfen, optimale Therapieprotokolle zu entwerfen. „Die Vorhersage der evolutionären Reaktion des Virus ist ein Schritt in Richtung Kontrolle der viralen Infektion", so Professor Michael Lässig.

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Veröffentlichung:
https://www.pnas.org/content/118/30/e2104651118