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Corona-Mutationen: Wie sich das SARS-CoV-2-Virus verändert

Die zunehmende Verbreitung von SARS-CoV-2-Viren, die wesentliche Veränderungen in ihrem Genom zeigen, bereiten den Regierungen und Impfstoffentwicklern Kopfzerbrechen. Wie gut sind wir gegen die neuen Mutanten aufgestellt?

Display zeigt den Schriftzug Covid-19 Mutations sowie unterschiedliche Molekülstrukturen

Seit das neue Corona-Virus SARS-CoV-2 im Herbst 2019 erstmals im chinesischen Wuhan nachgewiesen worden ist, wurden in vielen Ländern stichprobenweise, in manchen auch systematisch, die aus einem einzigen RNA-Faden bestehenden Genome von Viren aus den Rachenabstrichen von Infizierten sequenziert. Wie man es von Viren erwartet, trifft man dabei auf immer mehr Mutationen, also Abweichungen gegenüber den ursprünglich ermittelten Erbgutsequenzen. Die veränderten Viren werden meist als Virus-Varianten oder auch „Virus-Mutanten“ umschrieben. Biologen würden aber eher – je nach Verwandtschaftsgrad – von eigenen Linien, Subtypen oder neuen Genotypen sprechen.

Datenbanken dokumentieren Sequenzdaten

Die Sequenzen sind weltweit in einer Vielzahl von Datenbanken dokumentiert, auch in GISAID (GISAID (Global Initiative on Sharing All Influenza Data), eine in Deutschland ansässige Plattform der EU. Die Daten von GISAID und anderen Datenbanken sind in der Datenbank PANGO Lineages gesammelt, die von drei britischen und einer australischen Universität gewartet wird. Dort wird das Entstehen, die Verbreitung und die Frequenz einzelner Linien in jedem Land tabellarisch und grafisch dokumentiert. Über 12.000 Veränderungen wurden bis Mai 2021 im Genom von SARS-CoV-2 dokumentiert. Etwa ein Drittel fand man im Gen für das S-Protein (Spike-Protein), das das Virus benötigt, um in menschliche Zellen eindringen zu können.

Nomenklatur

Die in Wuhan entdeckten Virusvarianten wurden anhand ihrer RNA-Sequenzen in zwei Linien, A und B, eingeteilt. Auf diesem System entwickelte sich die heute gültige Nomenklatur für SARS-CoV-2-Genotypen, auch SARS-CoV-2-Varianten genannt. Alle Varianten-Bezeichnungen beginnen also stets mit einem A oder B, darauf folgen Zahlen. Das ist nicht zu verwechseln mit den Angaben der Genetiker, an welcher Stelle in der Sequenz konkret etwas gegenüber der ursprünglichen Fassung mutiert ist; das wird mit einem Code aus Buchstabe-Zahl-Buchstabe bezeichnet (z.B. N501Y).

Die erste Virusvariante trat in Italien auf – man bezeichnete sie als B1. Inzwischen gibt es etliche neue Varianten (vgl. Pango Lineages). Die meisten Veränderungen in den Genomen der Viren sind biologisch/medizinisch nicht bedeutsam. Ein paar Varianten allerdings werden sorgfältig beobachtet, weil sie sich sehr rasch verbreiten und andere Varianten verdrängen. Zum 31.05.2021 galten vier Linien als solche "Variants of Concern" (VoC), sowie sechs weitere als "Variants of Interest". Sie tragen verschiedene Mutationen im Gen für das Spike(S)-Protein, das die Viren für eine Infektion benötigen. Die Mutation N501Y macht das Virus für Menschen infektiöser, die Mutationen L452R und E484K bzw. die ähnliche E484Q verringern die Wirksamkeit neutralisierender Antikörper. Allerdings scheint das unabhängig von der Schwere des Krankheitsverlaufs zu sein.

Die bisher zugelassenen Impfstoffe wurden gegen S-Proteine von Viren ohne die E484-Mutationen entwickelt. Daher wurde und wird untersucht, ob die Mutation die Wirkung der Impfungen reduziert. Nach bisherigen Daten sind alle Impfstoffe wirksam, gegen einzelne Varianten aber z.T. in geringerem Maße.

Variants of Concern (Stand 31.05.2021)

B.1.617 – die Variante Delta (vormals "indische" Variante)
Sie wurde erstmals im Oktober 2020 in Indien dokumentiert. Von dort aus verbreitete sie sich in bisher 80 Länder. Es kursieren zwei Subtypen. Subtyp B.1.617.2 – inzwischen in 50 Ländern gefunden – zeigt sich in Großbritannien als vermutlich noch infektiöser als die dort 2020 aufgetretene Variante Alpha (siehe unten). Ihr fehlt allerdings die E484Q-Mutation, weshalb die Impfstoffe effizient vor B.1.617.2-Infektionen schützen.

B.1.1.7 – die Variante Alpha (vormals "britische" Variante)
B.1.1.7 wurde erstmals in einem Abstrich vom 20. September 2020 in Großbritannien nachgewiesen und hat sich von dort ausgehend in 137 Ländern etabliert. Allerdings vermutet man, dass sie in Großbritannien innerhalb weniger Wochen von der Variante B.1.617.2 verdrängt sein wird. B.1.1.7 ist durch die Mutationen N501Y, P681H und E484K gekennzeichnet und deutlich infektiöser als frühere Linien.

B.1.351– die Variante Beta (vormals die "südafrikanische" Variante)
Man entdeckte B.1.315 in einer Probe vom 8. Oktober 2020 in der Nähe von Kapstadt. Inzwischen wurde sie in 92 Ländern dokumentiert. Auch sie enthält die Mutationen N501Y und E484K sowie die Mutation K417N. Die Kombination von N501Y und K417N im S-Protein verhindert die Bindung eines Antikörpers, den man von einer genesenen Person isoliert hatte. Solche Viren werden als "Escape"-Varianten bezeichnet.

P.1 (B.1.28) – die Variante Gamma (vormals die "brasilianische" Variante)
In Brasilien trat diese Variante erstmals auf, inzwischen fand man sie in 51 Ländern. Sie trägt die Mutationen E484K, N501Y und K417T.

Variants of Interest

Über "Variants of Interest" informiert die WHO in einer laufend aktualisierten Liste. Ein Beispiel dafür ist die Lambda-Variante:

C.37 – die Variante Lambda
Diese Virusvariante wurde erstmals im November 2020 in Peru identifiziert, wo sie inzwischen die vorherrschende Variante ist. Von dort breitete sich sich über Süd- und Nordamerika aus (Chile 38% aller sequenzierten Proben, USA 28%) und kam inzwischen auch in Europa an. In Deutschland enthalten aktuell (Stand 9. Juli 2021) 5% aller sequenzierten Proben Lambda. Bislang ist unklar ist, ob diese Variante leichter übertragbar und/oder gefährlicher ist als andere. Allerdings sind einige der Mutationen in dieser Variante charakteristisch für erhöhte Übertragbarkeit, beispielsweise F490S im S-Protein des Virus. Diese Mutation kann, schreiben US-Forschende, dazu führen, dass die durch Impfung generierten Antikörper diese Variante nicht erkennen.

Sequenzieren in Deutschland

In Deutschland sequenzierte man lange Zeit nur stichprobenartig. Mit dem Auftauchen der neuen Varianten ordnete die Bundesregierung eine Verstärkung der Sequenzierung an. Die Europäische Union legte zur intensiveren Analyse neuer Varianten das Förderprogramm HERA Inkubator auf.