Corona Mutationen

Corona: Wie Virusvarianten entstehen und was sie bedeuten

Von Juliette Irmer

Alpha, Delta, Omikron…. Die neuen Corona-Virusvarianten sind ein eindrucksvolles Beispiel für Evolution. Die Varianten werfen allerdings Fragen auf hinsichtlich der Wirksamkeit der Impfstoffe. Behörden und Impfstoffentwickler arbeiten bereits an Lösungen.

Viren sind strenggenommen keine Lebewesen, da ihnen ein eigener Stoffwechsel fehlt und sie für ihre Vermehrung zwingend auf eine Wirtszelle angewiesen sind. Entsprechend sind Viren wahre Spezialisten, wenn es darum geht, in Körperzellen einzudringen. Ist ihnen das gelungen, programmieren sie die Zellmaschinerie um, so dass diese fortan massenweise neue Viren produziert: bis zu 10000 pro Zelle. Die Informationen für diesen Vorgang sind im viralen Erbgut codiert, das bei SARS-CoV-2 aus 30.000 RNA-Nukleotiden besteht, was im Virenreich riesig ist. Zum Vergleich: Bei HIV sind es 10.000 Nukleotide, bei Influenza 14.000. (Das Erbgut des Menschen ist mit 3,2 Milliarden DNA-Nukleotiden 100.000-mal größer.)

Corona Virus

Mutationen im Spike-Protein haben dazu geführt, dass das Corona-Virus leichter in Zellen eindringen kann.

Variants of concern (VOC) alle Muta-tionen Spike Muta-tionen
Alpha (B.1.1.7) 24 10
Beta (B.1.351) 20 10
Gamma (P.1) 24 12
Delta (B.1.617.2) 22 9
Omikron (B.1.1.529) 61 35

Stand: November 2021 (Covariants/WHO)

Foto: cetkauskas/123RF, Grafik oben: iStock/Frank Ramspott

Am 10. Januar 2020 stellten chinesische Wissenschaftler das erste vollständig entschlüsselte Genom des neuen Coronavirus online. Heute (Stand November 2021) umfasst die GISAID-Datenbank, die Wissenschaftlern rund um den Globus bislang dazu diente, Daten über Influenzaviren zu teilen und zu analysieren, fast 5,2 Millionen SARS-CoV-2-Sequenzen aus fast allen Ländern. (Je etwa ein Viertel stammt aus den USA und England, Deutschland belegt mit rund 250.000 eingebrachten Sequenzen den dritten Platz).

Das Viren-Erbgut ist nicht nur der Schlüssel für die Entwicklung von Impfstoffen und Medikamenten, sondern dient auch der Kontrolle der Pandemie. Zentral ist dabei das Open-Source-Projekt Nextstrain. Das Projektteam analysiert die Genomsequenzen, erstellt Stammbäume, visualisiert Übertragungsketten und Ausbreitungswege und stellt alles online. Die Plattform CoVariants stellt zudem die Ausbreitung der unterschiedlichen Coronavirus-Varianten in einzelnen Ländern grafisch dar.

Ursache für die Varianten sind Mutationen, kleine Veränderungen des Erbguts, die durch das Entschlüsseln der Genome nachverfolgt werden können. Mutationen entstehen zufällig und sie entstehen ständig. Denn bei der Vermehrung eines Coronavirus werden seine 30.000 RNA-Bausteine tausende Male kopiert. Dabei können Fehler passieren, obwohl Coronaviren, anders als viele andere Viren, einen Reparaturmechanismus besitzen (das ist einer der Gründe, warum sie nicht so schnell mutieren wie Grippeviren).

Die frisch vermehrten Viren erben einen solchen „Kopierfehler“ und infizieren neue Zellen oder Wirte, wo es im nächsten Vermehrungszyklus wieder zu Mutationen kommen kann. Der Großteil der Mutationen ist bedeutungslos. Ab und an führen sie aber zu neuen Eigenschaften, die sich auf das Infektionsgeschehen auswirken können. Im Falle des Coronavirus etwa Mutationen im Spike-Protein, das dem Virus Zugang ins Zellinnere verschafft. Bieten die neuen Mutationen Vorteile, können sie zum Trend werden.

Im Verlauf der Pandemie war das bereits mehrmals gut zu beobachten: Die Virusvariante Alpha tauchte Ende 2020 erstmals in England auf und dominierte später das Infektionsgeschehen in ganz Europa. Auch anderswo wurden neue Virusvarianten identifiziert, die leichter übertragbar sind. Beta verbreitete sich hauptsächlich in Südafrika, Gamma vor allem in Brasilien und Chile. Die Delta-Variante sorgte im Frühling 2021 für eine verheerende zweite Welle in Indien. Seitdem hat sich Delta weltweit verbreitet und andere Varianten verdrängt, da das Virus nun hervorragend an den Menschen angepasst und hochansteckend ist.

Ende November wurde die Variante Omikron erstmals nachgewiesen. Da sie mehrere kritische Mutationen in sich vereint, die sie möglicherweise noch ansteckender macht, wurde sie von der WHO umgehend als besorgniserregend eingestuft.

Im Mai 2021 hatte die WHO eine neue Klassifikation und Nomenklatur für Virusvarianten vorgestellt: Eine besorgniserregende Variante, Variant of Concern (VOC), ist danach ansteckender, verursacht schwere Erkrankungen und/oder verringert die Wirksamkeit von Impfstoffen. Eine Variant of Interest (VOI) ist eine Virusvariante, die unter Beobachtung steht. Momentan sind das Lambda und Mu (Stand November 2021). Seit Mai werden die Varianten nach den Buchstaben des griechischen Alphabets benannt.

Bei allen fünf momentan klassifizierten VOC sorgen Mutationen im Spike-Protein dafür, dass die Viren leichter in Zellen eindringen können. Sie sind also ansteckender, infizieren mehr Menschen als das ursprüngliche Coronavirus, und haben mehr Nachkommen, die ebenfalls leichter übertragen werden (Alpha spielt aber kaum mehr eine Rolle). Beta, Gamma und Delta weisen außerdem so genannte Immun-Escape Mutationen auf. Das sind Veränderungen im Erbgut, die dazu führen, dass Antikörper, die nach einer Impfung oder einer Infektion gebildet wurden, die Viren weniger gut erkennen und unschädlich machen können, wodurch die Wirksamkeit der Impfung schwächer werden kann. Möglicherweise gilt das auch für Omikron, die Datenlage ist aber noch sehr dünn.

Die Evolution des Coronavirus wirft zwangsläufig die Frage auf, wie lange die entwickelten Impfstoffe wirksam sind und wie gut sie gegen Varianten schützen. Dabei muss zwischen dem Schutz vor Infektion und dem Schutz vor einem schweren Verlauf unterschieden werden. Gegen Alpha haben die Impfstoffe verlässlich vor einer Infektion und einem schweren Verlauf geschützt. Bei Delta ist der Schutz vor einer Infektion geringer und nimmt mit der Zeit immer weiter ab. Das heißt, auch Geimpfte können sich infizieren und das Virus dann übertragen. Sie infizieren sich allerdings seltener als Ungeimpfte und der Schutz vor einem schweren Verlauf ist hoch: Das Hospitalisierungs- und Sterberisiko ist im Vergleich zu Ungeimpften um 90 Prozent reduziert. Verlässliche Daten zu Omikron existieren noch nicht.

Impfstoffhersteller und Zulassungsbehörden bereiten sich aber bereits für den Fall vor, dass die Impfwirkung weiter nachlässt oder Varianten auftauchen, die den Impfschutz stärker untergraben: Geprüft, entwickelt und geplant werden

  • Booster-Impfungen mit dem ursprünglichen Impfstoff, die die Antikörper-Konzentration erhöhen
  • Impf-Kombinationen mit unterschiedlichen Vakzinen (mRNA-+Vektor-Impfstoff oder umgekehrt)
  • Impfstoff-Updates gegen die neuen Varianten

Gerade die neuen mRNA-Impfstoffe lassen sich relativ einfach aktualisieren, indem die Antigen-Information für das Spike-Protein an die mutierte Virussequenz angepasst wird. Laut dem Verband der forschenden Pharmaunternehmen (vfa) prüfen mehrere Impfstoffhersteller, wie gut ihre Impfstoffe auch vor Omikron schützen. Einige haben nach eigenen Angaben zeitgleich bereits damit begonnen, einen extra an Omikron angepassten Impfstoff zu entwickeln. Die Behörden bereiten außerdem einen neuen Zulassungsmechanismus vor, mit dem Impfstoff-Updates möglichst zügig zugelassen werden sollen. So soll die Entwicklung eines solchen Updates und dessen Herstellung innerhalb von drei Monaten ermöglicht werden.

Momentan setzt Deutschland, wie viele andere Staaten auch, vor allem auf Dritt-Impfungen. Israel war Vorreiter und hat bereits fast die Hälfte seiner Bevölkerung geboostert und die Infektionszahlen damit deutlich reduziert. Die dritte Impfung stärkt die Immunantwort noch einmal deutlich, so dass auch Infektionen verhindert werden. Aus diesem Grund hat die STIKO (Ständige Impfkommission) die dritte Impfung für alle Personen ab 18 Jahren empfohlen. Ärzteverbände empfehlen eine Priorisierung bestimmter Berufsgruppen und vor allem älterer Personen, da Jüngere länger vor einem schweren Verlauf geschützt sind. Auch die WHO rät von einem breitflächigen Boostern aller Erwachsenen in den Industrieländern ab, da ein Großteil der Menschen in armen Ländern aufgrund knapper Impfstoffe noch nicht einmal die Erstimpfung erhalten hat.

Das hat moralische und epidemiologische Gründe: An allen Orten mit hohem Infektionsgeschehen steigt die Wahrscheinlichkeit für die Entstehung von Mutationen, weil dort viele Viren zirkulieren, sich millionenfach vermehren und ab und an „Kopierfehler“ entstehen. Sie können harmlos sein oder aber zu Variants of Concern führen. Wichtig in diesem Zusammenhang ist auch das Zusammenspiel von Mutation und Selektion: Sind viele Menschen durch eine Impfung oder natürliche Infektion immun, gerät SARS-CoV-2 unter Selektionsdruck: Jene Viren, die durch eine zufällige Mutation Antikörpern besser entgehen, haben dann einen Überlebensvorteil.

Die Empfehlungen lauten deswegen: Rasch impfen und die Fallzahlen niedrig halten – nicht nur in Deutschland, sondern weltweit. So zirkulieren weniger Viren und so bremst man die Entstehung von neuen Mutationen.

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