Geschrieben von Yella Hewings-Martin, Ph.D. am 22. Mai 2020 – Fakten geprüft von Jasmin CollierSeit dem Auftauchen des neuen Coronavirus, genannt SARS-CoV-2, haben mehrere Forscher vorgeschlagen, dass es mehr als einen Stamm gibt und dass Mutationen zu Veränderungen geführt haben, wie infektiös und tödlich es ist. Die Meinungen sind jedoch geteilt.
Alle Daten und Statistiken beruhen auf öffentlich verfügbaren Daten zum Zeitpunkt der Veröffentlichung. Einige Informationen können veraltet sein.
Genetische Mutationen sind ein natürliches, alltägliches Phänomen. Sie können jedes Mal auftreten, wenn genetisches Material kopiert wird.
Wenn sich ein Virus innerhalb der Zelle, die es infiziert hat, repliziert, werden die unzähligen neuen Kopien kleine Unterschiede aufweisen. Warum ist das wichtig?
Wenn Mutationen zu Veränderungen im Verhalten eines Virus führen, kann das erhebliche Konsequenzen haben. Diese müssen nicht unbedingt schädlich für den Wirt sein, aber im Falle von Impfstoffen oder Medikamenten, die auf bestimmte virale Proteine abzielen, können Mutationen diese Wechselwirkungen schwächen.
Seit dem Auftreten von SARS-CoV-2 haben mehrere Forschungsstudien auf Variationen in der genetischen Sequenz des Virus hingewiesen. Dies hat eine Diskussion darüber ausgelöst, ob es mehrere Stämme gibt, ob dies einen Einfluss darauf hat, wie leicht das Virus einen Wirt infizieren kann, und ob dies einen Einfluss darauf hat, wie viel mehr Menschen wahrscheinlich sterben werden.
Viele Wissenschaftler haben zur Vorsicht aufgerufen. In diesem Special Feature fassen wir zusammen, was die Forscher derzeit über die SARS-CoV-2-Mutationen wissen und hören von Experten, was diese aus ihrer Sicht für die Pandemie bedeuten.
Warum sind Mutationen von Bedeutung?
SARS-CoV-2 ist ein umhülltes RNA-Virus, was bedeutet, dass sein genetisches Material in einzelsträngiger RNA kodiert ist. Innerhalb einer Wirtszelle baut es seine eigene Replikationsmaschinerie auf.
RNA-Viren haben eine außergewöhnlich hohe Mutationsrate, da ihre Replikationsenzyme bei der Herstellung neuer Viruskopien fehleranfällig sind.
Der Virologe Prof. Jonathan Stoye, Senior-Gruppenleiter am Francis Crick Institute in London (Großbritannien), erklärte , was die Bedeutung von Virusmutationen ausmacht.
„Eine Mutation ist eine Veränderung in einer genetischen Sequenz“, sagte er. „Die Tatsache einer Mutationsveränderung ist nicht von primärer Bedeutung, wohl aber die funktionellen Konsequenzen.“
Wenn eine bestimmte genetische Veränderung das Ziel eines Medikaments oder Antikörpers, der gegen das Virus wirkt, verändert, werden die Viruspartikel mit der Mutation diejenigen überflügeln, die sie nicht haben.
„Eine Veränderung in einem Protein, die dem Virus den Eintritt in eine Zelle ermöglicht, die nur sehr geringe Mengen an Rezeptorprotein trägt, könnte dem Virus auch einen Wachstumsvorteil verschaffen“, fügte Prof. Stoye hinzu.
„Es sollte jedoch betont werden, dass nur ein Bruchteil [aller] Mutationen vorteilhaft sein wird; die meisten werden neutral oder schädlich für das Virus sein und nicht bestehen bleiben.“
„Mutationen in Viren spielen eindeutig eine Rolle, wie die Notwendigkeit zeigt, jedes Jahr neue Impfstoffe gegen [das] Influenzavirus herzustellen, um die saisonale Grippe wirksam zu verhindern, und die Notwendigkeit, HIV-1 gleichzeitig mit mehreren Medikamenten zu behandeln, um [die] Entstehung resistenter Viren zu verhindern.“
– Prof. Jonathan Stoye
Forscher finden Mutationen
MNT berichtete kürzlich über eine Forschungsstudie eines Teams der Arizona State University in Tempe. Die Arbeit beschrieb eine Mutation, die ein ähnliches Ereignis nachahmt, das während der SARS-Epidemie im Jahr 2003 auftrat.
Das Team untersuchte fünf Nasenabstrichproben, die ein positives SARS-CoV-2-Testergebnis aufwiesen. Sie fanden heraus, dass eine davon eine Deletion aufwies, was bedeutet, dass ein Teil des viralen Genoms fehlte. Um genau zu sein, waren 81 Nukleotide im viralen genetischen Code weg.
Frühere Forschungen deuteten darauf hin, dass ähnliche Mutationen die Fähigkeit des SARS-Virus zur Replikation herabsetzen.
Eine weitere Studie, diesmal in der Zeitschrift für Translationale Medizin, schlug vor, dass SARS-CoV-2 spezifische Mutationsmuster in bestimmten geografischen Regionen aufgenommen hat.
Die Forscher von der University of Maryland in Baltimore und dem italienischen Biotech-Unternehmen Ulisse Biomed in Triest analysierten acht wiederkehrende Mutationen in 220 COVID-19-Patientenproben.
Drei davon fanden sie ausschließlich in europäischen Proben und drei weitere ausschließlich in Proben aus Nordamerika.
Eine weitere Studie, die den Peer-Review-Prozess noch nicht durchlaufen hat, legt nahe, dass SARS-CoV-2-Mutationen das Virus in einigen Fällen übertragbarer gemacht haben.
In der Arbeit beschreiben Bette Korber – vom Los Alamos National Laboratory in New Mexico – und Mitarbeiter 13 Mutationen in der Region des viralen Genoms, die das Spike-Protein kodiert.
Dieses Protein ist entscheidend für die Infektion, da es dem Virus hilft, sich an die Wirtszelle zu binden.
Die Forscher merken an, dass eine bestimmte Mutation, die eine Aminosäure im Spike-Protein verändert, „entweder in China oder Europa entstanden sein könnte, sich aber zuerst in Europa und dann in anderen Teilen der Welt schnell ausbreitete und heute in vielen Ländern die dominante Pandemieform ist.“
Prof. Stoye kommentierte, dass die Ergebnisse dieser Studie in gewisser Weise nicht überraschend sind.
„Viren sind typischerweise sehr genau auf ihre Wirtsspezies abgestimmt. Wenn sie die Spezies wechseln, z. B. von der Fledermaus zum Menschen, ist ein gewisses Maß an Neuabstimmung unvermeidlich, sowohl um die natürliche Wirtsabwehr zu umgehen als auch für eine optimale Interaktion mit den Zellen des neuen Wirts“, sagte er.
„Es wird zu zufälligen Mutationen kommen, und die am besten angepassten Viren werden sich durchsetzen“, fügte er hinzu. „Daher scheint es nicht verwunderlich, dass sich SARS-CoV-2 nach seinem Sprung in die menschliche Bevölkerung und seiner Ausbreitung durch diese weiterentwickelt. Offensichtlich finden solche Veränderungen derzeit statt, wie die von Korber [und Kollegen] beobachtete offensichtliche Ausbreitung der [Mutation] belegt.“
Allerdings glaubt Prof. Stoye nicht, dass zum jetzigen Zeitpunkt klar ist, wie die Mutationen das Verhalten von SARS-CoV-2 auf lange Sicht bestimmen werden.
„Befürchtungen, dass sich SARS-CoV-2 so entwickelt, dass es gegen noch zu entwickelnde Impfstoffe und Medikamente resistent wird, sind nicht unberechtigt“, erklärte er. „Dennoch ist es auch möglich, dass wir eine Evolution zu einer weniger schädlichen Version des Virus sehen werden, wie sie nach der ersten Besiedlung des Menschen durch die sogenannten saisonalen Coronaviren durchaus stattgefunden haben könnte.“
Meinungen bleiben geteilt
Anfang des Jahres veröffentlichten Forscher der Peking University in Peking, China, eine Arbeit in National Science Review die zwei verschiedene Linien von SARS-CoV-2 beschreibt, die sie als „S“ und „L“ bezeichneten.
Sie analysierten 103 Virus-Sequenzproben und schrieben, dass etwa 70 % der L-Linie angehörten.
Ein Team des Zentrums für Virusforschung an der Universität Glasgow in Großbritannien war jedoch mit den Ergebnissen nicht einverstanden und veröffentlichte seine Kritik an den Daten in der Zeitschrift Virus-Evolution.
„Angesichts der Tragweite dieser Behauptungen und der intensiven Medienberichterstattung über diese Art von Artikeln haben wir die präsentierten Daten im Detail untersucht […] und zeigen, dass die wichtigsten Schlussfolgerungen dieses Papiers nicht belegt werden können“, schreiben die Autoren.
Prof. David Robertson, Leiter der Abteilung Virale Genomik und Bioinformatik am Zentrum für Virusforschung, war Teil des Teams. MNT fragte ihn nach seiner Meinung zu der Möglichkeit, dass es mehr als einen Stamm von SARS-CoV-2 gibt.
„Solange es keine Beweise für eine Veränderung in der Virusbiologie gibt, können wir nicht sagen, dass es neue Stämme des Virus gibt. Es ist wichtig zu verstehen, dass Mutationen ein normales Nebenprodukt der Virusreplikation sind und dass die meisten Mutationen, die wir beobachten, keinen Einfluss auf die Virusbiologie oder -funktion haben“, sagte er.
„Einige der Berichte über z. B. Aminosäureveränderungen im Spike-Protein sind interessant, aber im Moment sind diese bestenfalls eine Hypothese. Ihre mögliche Auswirkung wird derzeit in einer Reihe von Labors getestet.“
Prof. Stoye meint, dass es im Moment „eher ein Fall von Semantik als von irgendetwas anderem“ ist.
„Wenn wir unterschiedliche Sequenzen haben, haben wir unterschiedliche Stämme. Erst wenn wir ein größeres Verständnis für die funktionellen Konsequenzen der beobachteten evolutionären Veränderungen haben, macht es Sinn, die verschiedenen Isolate neu zu klassifizieren“, sagte er.
„An diesem Punkt können wir versuchen, Sequenzvariationen mit prognostischen oder therapeutischen Implikationen zu korrelieren. Dies kann einige Jahre dauern.“
Serotypen und zukünftige Forschung
Nach welcher Art von Beweisen suchen also skeptische Wissenschaftler in der Debatte um multiple SARS-CoV-2-Stämme?
MNT bat Prof. Martin Hibberd von der London School of Hygiene and Tropical Medicine in Großbritannien, sich in die Debatte einzubringen.
„Für Virologen ist ‚Stamm‘ ein eher subjektives Wort, das nicht immer eine klare spezifische Bedeutung hat“, kommentierte er.
„Nützlicher in der SARS-CoV-2-Situation wäre der Begriff ‚Serotyp‘, der verwendet wird, um Stämme zu beschreiben, die durch die menschliche Immunantwort unterschieden werden können – eine Immunantwort auf einen Serotyp schützt normalerweise nicht gegen einen anderen Serotyp. Für SARS-CoV-2 gibt es bisher keinen schlüssigen Beweis, dass dies der Fall ist.“
„Um zu zeigen, dass sich das Virus genetisch ausreichend verändert hat, um eine andere Immunantwort zu erzeugen, müssten wir den Immunschutz charakterisieren und zeigen, dass er für einen Serotyp funktioniert und für einen anderen nicht“, fuhr er fort.
Prof. Hibberd, der die Mutationen von SARS-CoV-2 erforscht, erklärte, dass die Wissenschaftler neutralisierende Antikörper untersuchen, um einen Serotyp für SARS-CoV-2 zu definieren. Diese Antikörper können das Virus daran hindern, eine Wirtszelle zu infizieren, aber sie sind möglicherweise nicht wirksam gegen einen neuen Stamm.
„Mehrere Gruppen auf der ganzen Welt haben eine spezifische Mutation im SARS-CoV-2-Spike-Protein identifiziert, und sie sind besorgt, dass diese Mutation diese Art der Bindung verändern könnte, aber wir können im Moment nicht sicher sein, dass sie das tut. Wahrscheinlicher ist, dass diese Mutation die Bindung des Virus an seinen Rezeptor beeinflusst […], was die Übertragbarkeit beeinflussen könnte.“
– Prof. Martin Hibberd
„Wir brauchen idealerweise experimentelle Beweise, [wie] den Nachweis einer Mutation, die erstens zu einer funktionellen Veränderung des Virus führt, und zweitens den Nachweis, dass diese Veränderung sich bei [Menschen mit der Infektion] auswirkt“, schlug Prof. Robertson vor.
Er verwies auf die Lektionen, die Experten während des Ebola-Ausbruchs 2014-2018 in Westafrika gelernt hatten, wo mehrere Forschungsgruppen vermutet hatten, dass eine Mutation dazu geführt hatte, dass das Virus leichter von Mensch zu Mensch weitergegeben werden konnte und tödlicher war.
Zellkulturexperimente zeigten, dass das mutierte Virus in der Lage war, sich schneller zu vermehren. Als die Wissenschaftler es jedoch anschließend in Tiermodellen untersuchten, stellten sie fest, dass es sich nicht anders verhielt als Flecken ohne die Mutation.
Wissenschaftler auf der ganzen Welt suchen weiterhin nach Antworten auf die vielen offenen Fragen rund um SARS-CoV-2. Zweifellos wird es in den kommenden Monaten und Jahren weitere Forschungsergebnisse geben, die den Einfluss der SARS-CoV-2-Mutationen auf die COVID-19-Pandemie und die Zukunft dieses neuen Coronavirus bewerten werden.
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