Kapsid des HIV-1 hat ähnliche Struktur wie ein Fußball

Das Protein von HIV-1, das gleichsam das Baumaterial seiner Virushülle darstellt, ist bereits seit einiger Zeit bekannt. Ebenso war schon bekannt, dass dieses Protein zu Hexameren und Pentameren polymerisiert, die die Bausteine bilden. Unklar waren bis jetzt die Anzahl und die Anordnung der Bausteine.

Um dieses Problem zu lösen, hat ein Team um den Physiker Klaus Schulten von der University of Illinois in Urbana einen neuen Super-Computer namens Blue Waters eingesetzt. Die Programmierer stellten ihm die gleiche Aufgabe, vor die auch jedes HIV direkt nach der Replikation gestellt ist, wo es nur aus dem bloßen Genom besteht: aus dem vorgegebenen Baumaterial eine Hülle zu bauen. Der einzige Unterschied: Der Computer Blue Waters musste "nur" rechnen, also virtuell und nicht analog bauen. Dabei musste er Molekülstrukturen mit der genauen Position von bis zu 64 Millionen Atomen simulieren. Eins von mehreren Ergebnissen war eine Hülle aus 216 Hexameren und zwölf Pentameren. Eine andere Hülle hatte nur 186 Hexamere, aber ebenfalls zwölf Pentamere.

Was die Bausteine betrifft, so ähneln die Hexamere der Idealstruktur eines Eiskristalls und nehmen in der Hülle die Fläche eines Sechsecks ein; die Pentamere bilden dementsprechend Fünfecke. Diese Bauweise erinnert an den klassischen Fußball, der aus 20 Sechsecken und zwölf Fünfecken besteht, und folgt in der Tat demselben Prinzip. Denn bei allen möglichen Variationen hinsichtlich Form und Volumen bleibt die Anzahl der Fünfecke immer gleich, weil sich nur mit zwölf Fünfecken ein runder, vollkommen geschlossener Körper bauen lässt – eine alte Erkenntnis der Geometrie. In einem Experiment haben Mitglieder des Teams ausschließlich Hexamere des HIV-Proteins aggregieren lassen – und heraus kam erwartungsgemäß eine Röhre.

Mit den Computer-Simulationen sind jahrelange Forschungen, die Struktur des HIV mithilfe der Röntgenstrukturanalyse aufzuklären, weitgehend überholt. "Virtuell" hat "analog" in diesem Fall überflügelt.

Quelle: Zhao G, et al. Structure of the Mature HIV-1 Capsid by Cryo-EM and All-Atom Molecular Dynamics Simulation. Nature 2013; 497: 643 – 646.