Erklärt: Die Mutation von Viren und die neue Covid-19-Variante in Großbritannien

Sich schnell ausbreitende Varianten von SARS-CoV-2 vom britischen Typ könnten sich auch unabhängig in Indien entwickeln. Unwissenheit kann kein Glück sein. Ein grundlegendes Element der Seuchenüberwachung ist eine angemessene Abdeckung und Dichte, um Ereignisse zu erfassen, bevor sie sich weit verbreiten. Viel mehr Genomsequenzierung ist entscheidend.

Passagiere aus Großbritannien füllen Formulare am internationalen Flughafen Chhtrapati Shivaji in Mumbai aus. (AP-Foto/Datei)

Das Jahr 2020 wird für das Auftreten eines neuen Virus in Erinnerung bleiben – das SARS-Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) und die dadurch verursachte Covid-19-Pandemie. In wenigen Tagen wird 2020 voraussichtlich mit etwa 84 Millionen bestätigten Covid-19-Fällen und über 1,8 Millionen Todesfällen abgeschlossen sein.

Trotz dieser Trübsal war dies auch ein Jahr der Hoffnung mit der Entwicklung, Erprobung und Zulassung von Impfstoffen mit bemerkenswerter Geschwindigkeit . Zum ersten Mal würde eine Pandemie einer menschlichen Krankheit durch Impfstoffe in Echtzeit bekämpft.

Der Nobelpreisträger Joshua Lederberg, einer der einflussreichsten Denker der modernen Biologie, sagte einmal: Die größte Bedrohung für die anhaltende Dominanz des Menschen auf dem Planeten ist das Virus. Zwei Entwicklungen aus jüngster Zeit erinnern uns daran, warum Viren so furchterregende Gegner sein können.

Mit der Entdeckung von 58 Personen, die positiv auf das neue Coronavirus getestet wurden in der Antarktis , hat die Pandemie alle Kontinente erreicht. Und ein mutiertes Virus ist im Vereinigten Königreich aufgetaucht, das droht, die Welt erneut zum Erliegen zu bringen – eine Welt, die sich gerade erst von Sperren und Bewegungsbeschränkungen erholt.

Die Mutation von Viren

Das genetische Material oder Genom von SARS-CoV-2 ist eine Ribonukleinsäure (RNA), die aus über 30.000 Einheiten (sogenannten Nukleotiden) besteht. Unter den Familien der RNA-Viren haben die Coronaviren das größte Genom. Die meisten anderen RNA-Viren haben im Durchschnitt etwa 10.000 Nukleotide. Wenn sich Genome replizieren – jedes Genom, ob DNA oder RNA, vom kleinsten Virus bis zum Menschen – gibt es zufällige Fehler (oder Mutationen). Während höhere Organismen über die Maschinerie verfügen, um diese Fehler zu korrigieren, haben Viren und insbesondere die RNA-Fehler dies nicht.

Die meisten Mutationen sind schädlich, und diese Viren werden nie gesehen. Nur die Mutationen, die einen gewissen Selektionsvorteil bieten, führen zur Evolution neuer Virusvarianten.

Evolution erfordert auch Selektionsdruck. Bei einem Virus könnte dies seine Fähigkeit sein, sich besser zu infizieren und sich zu vermehren oder die Immunität des Wirts zu umgehen. Die geringe Wahrscheinlichkeit dieser Ereignisse wird durch die hohe Virusvermehrungsrate kompensiert. Zum Beispiel produziert jede mit dem Coronavirus infizierte Zelle in weniger als 12 Stunden etwa 1.000 neue Viruspartikel.

Die Mutante in Großbritannien

Ein ausgeprägter phylogenetischer Cluster oder Abstammungslinie (mit dem Namen B.1.1.7) von SARS-CoV-2 wurde kürzlich in Großbritannien entdeckt. Die beiden frühesten Viren dieser Linie wurden am 20. und 21. September in Kent bzw. Greater London gesammelt. Am 15. Dezember enthielt diese Abstammungslinie 1.623 Viren – 555 aus Kent, 519 aus Greater London, 545 in anderen Regionen des Vereinigten Königreichs, einschließlich Schottland und Wales, und vier aus Australien, Dänemark, Italien und den Niederlanden.

In weiteren zehn Tagen – am 25. Dezember – hat sich die Zahl dieser Virusvarianten auf 3.575 mehr als verdoppelt; hauptsächlich aus Großbritannien, mittlerweile aber auch aus Frankreich, Irland, Israel, Hongkong und Singapur.

Was die Mutation bewirkt

Im Vergleich zu den ursprünglichen SARS-CoV-2-Stämmen haben Viren dieser Linie 23 Mutationen in 5 Genen angesammelt. Von diesen gibt es 17 nicht-synonyme und sechs synonyme Mutationen; Erstere verändern auch eine Aminosäure an dieser Stelle im Protein. Wichtig ist, dass sich von den 17 nicht-synonymen Mutationen acht im Spike-Protein befinden – dem Protein, das es dem Virus ermöglicht, sich an Zellen anzuheften und in diese einzudringen.

Die N501Y-Mutation in einem der Schlüsselkontaktreste in der Rezeptorbindungsdomäne (RBD) des Spike-Proteins erhöht seine Affinität für den ACE2-Rezeptor. Die P681H-Mutation an der Spaltstelle zwischen den S1- und S2-Domänen des Spike-Proteins fördert den Eintritt in anfällige Zellen und erhöht die Übertragung in Tiermodellen der Infektion.

Die N501Y-Änderung ist auch in Tiermodellen mit einer erhöhten Infektiosität und Virulenz verbunden. Diese beiden Mutationen wurden früher unabhängig voneinander beobachtet, sind aber in den UK-Variantenviren zusammengekommen. Das Ergebnis ist ein Virus, das sich schneller ausbreitet als zuvor.

Der Experte

Dr. Shahid Jameel ist einer der bekanntesten Virologen Indiens. Derzeit Direktor der Trivedi School of Biosciences an der Ashoka University, arbeitete er zuvor für das International Center for Genetic Engineering and Biotechnology in Delhi und war dann Chief Executive der Wellcome Trust/DBT Alliance, die Gesundheitsforschung finanziert.

Der Grund zur Sorge…

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Es gibt weit verbreitete Bedenken, dass diese Mutationen die derzeit verwendeten Tests daran hindern könnten, das Virus nachzuweisen, es tödlicher machen oder es ihm ermöglichen könnten, in der Entwicklung befindliche Impfstoffe zu umgehen. Für diese gibt es bisher keine Belege. Immerhin wurden diese Varianten bei Personen gefunden, die mit derzeit verfügbaren RT-PCR-Tests als positiv identifiziert wurden.

Obwohl es keine Hinweise auf eine schwerere Erkrankung gibt, gibt es jedoch klare Hinweise darauf, dass diese Variante ansteckender ist. Die Infizierten produzieren mehr Viren in Nase und Rachen, was zu mehr Virusausscheidung und mehr Übertragung von Mensch zu Mensch führt.

Obwohl diese Varianten nicht tödlicher zu sein scheinen, würde es bei mehr Infizierten eine höhere Zahl (nicht Prozentsätze) schwerer Infektionen und Todesfälle geben. Dies sollte Anlass zur Sorge geben.

…Und ein Grund, es nicht zu tun

Obwohl es mehrere Mutationen im Spike-Protein gibt, glauben die meisten Experten, dass Impfstoffe, die sich derzeit in der Entwicklung befinden, auch gegen die Variantenviren wirken würden. Vineet Menachery, Assistenzprofessor für Mikrobiologie und Immunologie an der Medical Branch der University of Texas in Galveston, USA, hat dafür den ersten Beweis erbracht.

Sein Labor verglich die Wirksamkeit von Serumproben von genesenen Covid-19-Patienten, Viren mit oder ohne N501Y-Mutation zu neutralisieren. Sie fanden keinen Unterschied. Obwohl diese Ergebnisse erst am 23. Dezember auf Twitter geteilt wurden und immer noch nicht Teil einer Veröffentlichung sind, sind sie ermutigend und beruhigend.

Reisende sehen sich die Informationstafeln am Bahnhof King's Cross an, während die EU-Länder nach dem Ausbruch des Coronavirus in London, Großbritannien, am 21. Dezember 2020 ein Reiseverbot für Großbritannien verhängen. (Reuters Photo)

Flüge ab, keine Mutation

Indien hat alle Flüge aus Großbritannien eingestellt und die Überwachung an Flughäfen verstärkt, um den Import der hochgradig übertragbaren Varianten zu stoppen. Obwohl es eine vernünftige Strategie zu sein scheint, könnten sich solche Varianten auch innerhalb des Landes leicht entwickeln. Immerhin hat Indien über 10 Millionen bestätigte Infektionen und es wird geschätzt, dass bereits 150 bis 200 Millionen Menschen infiziert sind.

Eine schnelle Spreader-Variante namens 501.V2 entstand unabhängig in Südafrika und teilt die N501Y-Mutation mit den britischen Varianten. Obwohl die Spike-N501Y-Variante in Indien noch nicht gefunden wurde, traten im Juli Viren mit der P681H-Mutation auf, und derzeit tragen 14% der in Indien zirkulierenden SARS-CoV-2 diese Mutation.

Diese Viren stammen hauptsächlich aus Maharashtra, einige auch aus Westbengalen. Es bräuchte nur eine weitere Mutation, um dort anzukommen, wo Großbritannien heute ist. Und das sollte uns auch in Indien Sorgen machen.

Schnelle Reaktion ist der Schlüssel

Um das Auftreten neuer Virusvarianten zu erkennen, bevor sie sich in der Bevölkerung weit verbreiten, empfiehlt die Weltgesundheitsorganisation (WHO), die Virusgenomsequenz von mindestens einem von 300 bestätigten Fällen (oder 0,33%) zu bestimmen. Großbritannien hat 135.572 oder 6,2 % virale Varianten aus seinen 2,19 Millionen Fällen sequenziert, während Südafrika und die USA Genomsequenzen aus 0,3 % der bestätigten Fälle gemeldet haben.

Indien hat jedoch bisher nur 4.976 oder 0,05% Viren aus seinen über 10 Millionen Fällen sequenziert. Bei diesem Tempo werden wir das Aufkommen neuer Varianten nicht wahrnehmen, bis es bereits zu spät ist. Ein grundlegendes Element der Seuchenüberwachung ist eine angemessene Abdeckung und Dichte, um Ereignisse zu erfassen, bevor sie sich weit verbreiten.

Ein Paar überquert die Straße, während sie einen Regenschirm und Einkaufstaschen in Mayfair tragen, vor den neuen Tier-4-Beschränkungsmaßnahmen in London, Samstag, 19. Dezember 2020. (AP Photo)

Günstige indische Bedingungen

Ein weiterer Grund zur Besorgnis ist, dass die Bedingungen, von denen angenommen wird, dass sie zur britischen Variante führen, auch in Indien vorhanden sind. Immunschwäche oder immunsupprimierte Patienten, die sich chronisch mit SARS-CoV-2 infizieren, bleiben statt der üblichen 2-3 Wochen 2-4 Monate positiv auf virale RNA. Diese Patienten werden häufig mit Rekonvaleszenzplasma (manchmal mehr als einmal) und meist auch mit dem Wirkstoff Remdesivir behandelt.

Die Sequenzierung des Virusgenoms von solchen Patienten hat ungewöhnlich viele Nukleotidänderungen ergeben. Es ist auch bekannt, dass die genetische Diversität von Viren innerhalb von Patienten nach einer Plasmatherapie zunimmt. Ein schlechter Ernährungszustand ist eine bekannte Ursache für ein schwaches Immunsystem und Ärzte in Indien haben bei einer Untergruppe von Patienten über eine chronische Infektion berichtet.

Mehrere Unbekannte bleiben

Plasmatherapie und Remdesivir werden auch in Indien häufig zur Behandlung von Covid-19-Patienten eingesetzt. Darüber hinaus wurde in Indien Plasma verabreicht, ohne dass zuerst der Gehalt an neutralisierenden Antikörpern getestet wurde. All dies schafft Möglichkeiten für Varianten des britischen Typs, auch in Indien aufzutreten. Aber wir haben nicht genug sequenziert, um zu wissen, ob das passiert ist.

Selbst bei geringer Abdeckung sind die Sequenzen aus Indien für städtische Orte verzerrt, insbesondere die U-Bahnen, in denen sich Sequenzierungslabore befinden. Dies erfordert eine breitere Abdeckung, um alle Teile des Landes einzubeziehen. Der Indian Council of Medical Research kann diesen Prozess erleichtern, indem er Forschungslabors, die über Kapazitäten zur Genomsequenzierung und Datenanalyse verfügen, Zugang zu Proben von Covid-19-Patienten bietet. Die Echtzeitüberwachung liefert sowohl dichte als auch granulare Daten für die Festlegung von Richtlinien auf der Grundlage von Beweisen.

Indien hat alle Flüge aus Großbritannien eingestellt und die Überwachung an Flughäfen verstärkt, um den Import der hochgradig übertragbaren Varianten zu stoppen. (Express-Foto: Partha Paul)

Weiter geht's mit „SMS“

Wenn Impfstoffe breiter eingesetzt werden, würde der Selektionsdruck auf das Virus weiter steigen, sich zu ändern. Impfstoff-Escape-Mutanten sind für andere Viren bekannt und werden auch für SARS-CoV2 auftauchen. Nur eine ordnungsgemäße genetische Überwachung wird ein Versagen des Impfstoffs rechtzeitig erkennen.

Zu Beginn des Jahres 2021 ist die Botschaft an politische Entscheidungsträger und die Öffentlichkeit klar. Diejenigen, die die öffentliche Gesundheit beaufsichtigen, müssen ständig nach neuen Erkenntnissen suchen, um politische Maßnahmen auf Bevölkerungsebene zu treffen. Auf individueller Ebene muss jeder von uns darauf hinarbeiten, die Virusübertragung zu reduzieren – weniger Übertragung bedeutet weniger Möglichkeiten für das Virus, sich zu verändern. Und SMS ist das einzige Werkzeug, das uns derzeit zur Verfügung steht — soziale Distanzierung , Masken und Desinfektion.

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