Corona Mutationen

Corona: Wie Virusvarianten entstehen und was sie bedeuten

Von Juliette Irmer

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) Muta-tionen insgesamt Spike Muta-tionen Gemel-dete Länder
Alpha (B.1.1.7) 24 10 182
Beta (B.1.351) 20 10 132
Gamma (P.1) 22 12 81
Delta (B.1.617.2) 18 9 135

Stand: August 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 August 2021) umfasst die GISAID-Datenbank, die Wissenschaftlern rund um den Globus bislang dazu diente, Daten über Influenzaviren zu teilen und zu analysieren, über 2,6 Millionen SARS-CoV-2-Sequenzen aus fast allen Ländern. (Je etwa ein Viertel stammt aus den USA und England, Deutschland belegt mit rund 150.000 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 andere Viren, einen Reparaturmechanismus besitzen.

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 breitet sich Delta weltweit aus und verdrängt andere Varianten.

Im Mai 2021 stellte die WHO eine neue Klassifikation und Nomenklatur für Virusvarianten vor. Danach unterscheidet die WHO zwischen besorgniserregenden Varianten, Variant of Concern (VOC), die nachweislich ansteckender und zu schwereren Erkrankungen führen können, und Varianten, die unter Beobachtung stehen (Variant of Interest, VOI). Außerdem werden die Varianten nach den Buchstaben des griechischen Alphabets benannt.

Bei allen vier 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.

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, weniger wirksam sind. (Die Erbgutveränderungen führen dazu, dass Antikörper die Viren nicht mehr so effizient binden und unschädlich machen können).

Die WHO beobachtet momentan vier weitere Varianten namens Eta, Iota, Kappa und Lambda, die als VOI gelten. Die Evolution des Coronavirus wirft zwangsläufig die Fragen auf, wie lange die entwickelten Impfstoffe wirksam sein werden und wie gut sie gegen Varianten schützen. Dabei sollte zwischen dem Schutz vor Infektion und dem Schutz vor einem schweren Verlauf unterschieden werden. Gegen Alpha haben die Impfstoffe verlässlich vor einer Infektion geschützt. Bei den drei anderen VOC kann es zu sogenannten Impfdurchbrüchen kommen, das heißt, Geimpfte können sich infizieren. Wie oft das tatsächlich geschieht und wie infektiös infizierte Geimpfte sind, ist noch nicht abschließend geklärt. Positiv hervorzuheben ist, dass die Impfstoffe sehr gut gegen einen schweren Krankheitsverlauf helfen.

Impfstoffhersteller und Zulassungsbehörden bereiten sich bereits für den Fall vor, dass die Impfwirkung nachlassen könnte oder Varianten auftauchen könnten, die den Impfschutz 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.

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.

Experten weisen darauf hin, dass weitere Varianten entstehen werden. Das können harmlosere sein oder aber Variants of Concern. Die Wahrscheinlichkeit dafür steigt bei einem hohen Infektionsgeschehen, weil dann viele Viren zirkulieren, sich vermehren und dabei „Kopierfehler“ entstehen. 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. So sind Beta und Gamma an Orten entstanden, wo schon ein relativ großer Bevölkerungsteil immun war.

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.

Diskussion / Kommentare

Kommentare werden geladen…