Umhüllte Viren wie SARS-CoV-2 treten während ihres Lebenszyklus in enge Wechselwirkung mit den Membranen ihrer Wirtszellen. Beim Ein- und Austritt aus der Zelle nutzen sie die Zellmembran, zugleich stammt ihre Lipidhülle vollständig aus dem Wirt. Damit sind Zusammensetzung und Organisation der viralen Membran von zentraler Bedeutung für die Infektiosität eines Virus. Zahlreiche Studien zeigen, dass Viren den Lipidstoffwechsel und die Lipiddynamik der Wirtszelle gezielt beeinflussen, sowohl während der Assemblierung neuer Viruspartikel als auch beim Zelleintritt. Dennoch ist bislang nur wenig darüber bekannt, wie Viren mit komplexen innerzellulären Membranen interagieren, insbesondere mit dem endoplasmatischen Retikulum-Golgi-Zwischenkompartiment (ERGIC), an dem die Assemblierung vieler Viren erfolgt.

Das Projekt NanoLipoVirus untersucht, welche Rolle Wirtslipide bei der Assemblierung und beim Eintritt von Viren spielen. Zentrale Fragen sind, ob die Lipidzusammensetzung der Virushülle primär durch die Membranen des ERGIC oder durch virale Strukturproteine bestimmt wird, wie spezifische Lipide die Beweglichkeit viraler Hüllproteine und damit die Infektiosität beeinflussen und welchen Beitrag sie zu Endozytose und Membranfusion beim Zelleintritt leisten.

Zur Beantwortung dieser Fragen kombiniert das Projekt dynamische Super-Resolution-Mikroskopie in lebenden Zellen mit neu entwickelten funktionellen Membransonden sowie fluoreszierenden SARS-CoV-2-Partikeln. Die Untersuchungen reichen von modellhaften Virus-ähnlichen Partikeln bis hin zu Wildtyp-Viren. Ein besonderer Fokus liegt auf Lipiden jenseits von Cholesterin, deren Rolle bei Assemblierung und Fusion von SARS-CoV-2 bislang weitgehend ungeklärt ist.

Im Projekt werden zunächst neue fluoreszierende Werkzeuge entwickelt, um Lipid-Virus-Interaktionen während der Infektion sichtbar zu machen. Dazu zählen fluoreszierende Virus-ähnliche Partikel, molekulare Sonden für ER, ERGIC und Golgi-Membranen sowie angepasste fortgeschrittene fluoreszenzmikroskopische Verfahren. Darauf aufbauend werden (i) die Lipidzusammensetzung von Viruspartikeln mittels Lipidomik bestimmt, (ii) die Organisation der Lipide und ihre Wechselwirkungen mit viralen Strukturproteinen mit umgebungssensitiven Sonden analysiert, (iii) Veränderungen der Lipiddynamik in lebenden Zellen bis auf Einzelmolekülebene verfolgt und (iv) Virus-ähnliche Partikel gezielt modifiziert, um das Zusammenspiel zwischen identifizierten Lipiden und viralen Hüllproteinen während Rezeptorerkennung und Zelleintritt durch Fusion oder Endozytose zu untersuchen.

Durch die enge Verzahnung von Virologie, Membranbiophysik, dynamischer Super-Resolution-Mikroskopie und der Entwicklung innovativer Fluoreszenzsonden leistet NanoLipoVirus einen Beitrag zum grundlegenden Verständnis, wie Viren innere Zellmembranen manipulieren. Die erwarteten Ergebnisse sollen auf molekularer Ebene aufklären, wie Wirtslipide die Virusassemblierung steuern und den Eintritt in neue Wirtszellen begünstigen.