Biochip testet Dutzende Virusantigene zugleich

Weizmann-Forscher hoffen auf schnellere, effektive Maßnahmen bei künftigen Pandemien

Roy Bar-Ziv: Er und sein Team haben einen neuen Biochip entwickelt (Foto: weizmann.ac.il)

Rechovot (pte004/15.12.2025/06:05)

Forscher des Weizmann Institute of Science haben einen Biochip für die nächste Pandemie erzeugt, der Dutzende von Virusantigenen gleichzeitig testet. Der genetisch programmierte, zellfreie Biochip, dessen Entwicklung und Wirkungsweise in "Nature Nanotechnology" beschrieben ist, kann Proteine schnell synthetisieren, kartieren und testen. Dadurch ist es möglich, die Wechselwirkung von Antikörpern mit Viren zu bestimmen.

Schneller Datenlieferant

Der Biochip liefert Daten schneller als herkömmliche Methoden und zeigt, auf welche Virusfragmente Antikörper abzielen und wie stark sie an diese Fragmente binden. 2020 begann das Team um Roy Bar-Ziv mit der Entwicklung eines DNA-Chips, der nicht nur schnell gezeigt hat, wie das menschliche Immunsystem auf Coronaviren reagiert, sondern auch neue Möglichkeiten für eine schnelle Reaktion auf künftige Virusausbrüche eröffnete

"Während der Pandemie haben wir erkannt, dass die von unserem Labor entwickelten Werkzeuge für die Erforschung von Viren umfunktioniert werden und sofort relevant werden können", sagt Bar-Ziv. Die Untersuchung der Reaktion des Immunsystems auf ein Virus ist eine komplexere Aufgabe als ein schneller Diagnosetest, der Aufschluss darüber gibt, ob eine Person mit diesem Virus infiziert ist oder nicht.

Um zu verstehen, welche Antikörper ein Virus erkennen und wie stark sie daran binden, müssen Forscher in der Regel jedes virale Protein separat herstellen, es reinigen und dann gegen Antikörper testen - ein Prozess von Tagen oder sogar Wochen. Einige Labore verwenden Miniatur-Flüssigkeitskanäle, die den Test beschleunigen, aber diese Aufbauten sind komplex und erfordern präzise Pumpen und Schläuche.

Funktionsweise und Vorteile

Der neue Biochip bietet eine viel einfachere Möglichkeit, die Tests durchzuführen. Ohne Pumpen oder Schläuche lässt sich das Verfahren schnell an ein neues Virus anpassen. Für die Verwendung des Biochips sind keine vorgefertigten Proteine erforderlich. Stattdessen werden diese vom Chip direkt auf seiner eigenen Siliziumoberfläche synthetisiert.

Jeder Abschnitt des Chips enthält einen kleinen Bereich mit aufgedruckter DNA, die die genetischen Anweisungen für ein bestimmtes virales Protein oder Proteinfragment enthält - etwa solche, die zu mehreren Varianten des Coronavirus gehören, darunter die verschiedenen Versionen seines äußeren Spike-Proteins und seiner inneren Hülle. Fügen die Forscher eine zellfreie Mischung der biologischen Moleküle hinzu, die typischerweise in Zellen vorkommen, wird diese DNA direkt in das entsprechende Protein übersetzt.

30 bis 40 virale Proteine je Chip

Jeder Biochip kann 30 bis 40 virale Proteine oder Fragmente produzieren. Er benötigt etwa einen Mikroliter Serum – weniger als einen Tropfen –, um den Immunfingerabdruck einer Person über Dutzende von viralen Zielmolekülen oder Antigenen hinweg zu erkennen. Da jedes Antigen an einer anderen Position auf dem Chip erscheint, kann das Team separat messen, wie viel Antikörper an jedes einzelne bindet.

"Wir müssen nichts im Voraus züchten oder reinigen - jeder Punkt auf dem Chip produziert sein eigenes Protein oder Proteinfragment", erklärt Aurore Dupin vom Forscher-Team und ergänzt. "Mit Dutzenden dieser Antigene auf einem Chip können wir viele davon gleichzeitig in einem einzigen Experiment testen, statt für jedes einzelne separate Tests durchzuführen."

Interaktion von Viren und Rezeptoren

"Unser Chip eröffnet die Möglichkeit zu testen, wie Viren mit menschlichen Rezeptoren interagieren - und wie wir diese Interaktionen mit neuen Therapien blockieren könnten", unterstreicht Bar-Ziv. Das Team beginnt derzeit eine Zusammenarbeit mit dem Sheba Medical Center, um mithilfe des neuen Chips die Immunreaktionen von COVID-19-Patienten über einen längeren Zeitraum zu verfolgen.

Durch die Verknüpfung von Antikörperdaten mit der Krankengeschichte der Patienten hoffen die Forscher , Immunitätsmuster zu identifizieren, die als Grundlage zur Entwicklung künftiger Impfstoffe dienen könnten.

Künstliche Intelligenz (KI) ist der nächste Schritt. "Mit dem Chip können wir am Computer entworfene Antikörpersequenzen analysieren und ihre Eigenschaften in sehr kurzer Zeit testen. Der Chip kann den KI-Entwurfsprozess schneller und präziser machen", so Bar-Ziv. Der Experte hofft, dass dieses Tool eine Echtzeit-Reaktion auf Pandemien ermöglicht.

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