Im Oktober letzten Jahres infizierte sich irgendwo in Indien eine Person mit wahrscheinlicher Immunschwäche, möglicherweise unter Medikamenten gegen rheumatoide Arthritis oder fortgeschrittenes HIV/AIDS, mit COVID-19. Sein Fall mag zwar mild gewesen sein, aber aufgrund der Unfähigkeit seines Körpers, sich vom Coronavirus zu befreien, verweilte und vermehrte er sich. Während sich das Virus replizierte und von einer Zelle zur anderen wanderte, kopierten sich Teile des genetischen Materials falsch. Mit diesem modifizierten Virus infiziert er andere. Auf diese Weise entstand laut Wissenschaftlern der Delta-Stamm des Coronavirus, der auf der ganzen Welt verheerende Schäden anrichtet und jeden Tag eine große Anzahl von Menschenleben fordert. Während der COVID-19-Pandemie wurden bereits Tausende von Varianten dieses Virus identifiziert, von denen vier als „besorgniserregend“ gelten – Alpha, Beta, Gamma und Delta. Das gefährlichste von ihnen ist Delta, einigen Berichten zufolge ist es etwa 97% ansteckender als das ursprüngliche Coronavirus, das 2019 in Wuhan aufgetaucht ist. Aber kann es noch gefährlichere Sorten als Delta geben? Zu verstehen, wie Mutationen entstehen, hilft bei der Beantwortung der Frage.
Coronavirus-Mutationen stinken während der Replikation, während sie sich in Zellen ausbreiten
Coronaviren sind anfälliger für Mutationen als andere Viren
Für Mikrobiologen war eine solche Wendung wie in Indien keine Überraschung. Natürlich konnten sie nicht vorhersagen, wo und wann ein noch tödlicheres Virus auftauchen würde und ob es überhaupt passieren würde, aber die Möglichkeit einer gefährlichen Mutation wurde voll eingeräumt. Laut Bethany Moore, Vorsitzende des Department of Microbiology and Immunology an der University of Michigan, repliziert ein Virus jedes Mal, wenn es in eine Zelle eindringt, sein Genom, um sich auf andere Zellen auszubreiten.
Darüber hinaus kopieren Coronaviren ihr Genom nachlässiger als Menschen, Tiere oder sogar einige andere Krankheitserreger. Das heißt, beim Kopieren ihrer eigenen genetischen Codes machen sie oft Fehler, die zu Mutationen führen. Allerdings gibt es Viren, die noch häufiger mutieren als das Coronavirus, zum Beispiel die Grippe. Dies liegt daran, dass die RNA von Coronaviren ein Korrekturleseenzym enthält, das für die doppelte Überprüfung von Kopien verantwortlich ist. Daher kommt es meistens in welcher Form in eine Person, auf diese Weise kommt es von ihm.
Coronaviren kopieren sorglos RNA, was zu Mutationen führt
Um der Welt irreparablen Schaden zuzufügen, werden jedoch, wie Epidemiologen sagen, viele falsch kopierte Kopien nicht benötigt. Viren, die beispielsweise während eines Gesprächs durch Tröpfchen in der Luft übertragen werden, verbreiten sich viel schneller als solche, die sexuell, durch Blut oder sogar taktil übertragen werden. Darüber hinaus bergen solche Viren eine weitere Gefahr – eine infizierte Person kann sie und sogar ihre mutierte Version übertragen, noch bevor sie von ihrer Infektion weiß.
Bestimmte Mutationen des Coronavirus sind weniger gefährlich als konvergente Evolution
Die meisten Mutationen töten das Virus entweder von selbst oder sterben aufgrund der fehlenden Verbreitung ab, d. h. der Träger gibt es an eine kleine Anzahl von Menschen weiter, die das Virus isolieren und eine weitere Ausbreitung verhindern. Wenn jedoch eine große Anzahl von Mutationen erzeugt wird, gelingt es einigen von ihnen versehentlich, aus einem begrenzten Kreis von Trägern zu „entkommen“, beispielsweise wenn eine infizierte Person einen überfüllten Ort oder eine Veranstaltung mit einer großen Anzahl von Teilnehmern besucht.
Was Wissenschaftler jedoch am meisten fürchten, sagt Vaughn Cooper, Professor für Mikrobiologie und Molekulargenetik, ist nicht einmal eine Mutation eines einzelnen Virus, sondern ähnliche Veränderungen, die in vielen unabhängigen Varianten auftreten. Solche Veränderungen machen das Virus in Bezug auf die Evolution immer perfekter. Dieses Phänomen wird als konvergente Evolution bezeichnet.
Beispielsweise trat bei allen oben genannten Stämmen die Mutation in einem Teil des Spike-Proteins (Spike-Protein) auf. Diese Vorsprünge helfen dem Virus, menschliche Zellen zu infizieren. Als Folge der D614G-Mutation wurde eine Art von Aminosäure (genannt Asparaginsäure) durch Glycin ersetzt, was das Virus ansteckender machte.
Die meisten Coronavirus-Mutationen treten im Spike-Protein auf
Eine weitere häufige Mutation, bekannt als L452R, wandelt die Aminosäure Leucin in Arginin um, wiederum im Spike-Protein. Angesichts der Tatsache, dass die L452-Mutation in mehr als einem Dutzend einzelner Klone beobachtet wurde, kann der Schluss gezogen werden, dass sie dem Coronavirus einen wichtigen Vorteil bietet. Diese Annahme wurde kürzlich von Forschern bestätigt, nachdem sie Hunderte von Proben des Virus sequenziert hatten. Darüber hinaus hilft L452R, wie Wissenschaftler vermuten, dem Virus, Menschen mit einer gewissen Immunität gegen das Coronavirus zu infizieren.
Da das Spike-Protein für die Entwicklung von Impfstoffen und Behandlungen entscheidend war, haben Wissenschaftler die meisten Studien durchgeführt, um Mutationen zu untersuchen drin. Einige Wissenschaftler glauben jedoch, dass die Untersuchung von Mutationen des Spike-Proteins allein nicht ausreicht, um das Virus zu verstehen. Diese Meinung wird insbesondere von Nash Rochman, einem Experten für evolutionäre Virologie, geteilt.
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Rohman ist Co-Autor eines kürzlich erschienenen Artikels, in dem es heißt, dass das Spike-Protein zwar ein wichtiges Element des Virus ist, es aber auch einen anderen, ebenso wichtigen Teil davon gibt, das als Nukleokapsid-Protein bezeichnet wird. Es ist eine Beschichtung, die das RNA-Genom des Virus umgibt. Laut dem Wissenschaftler können diese beiden Bereiche zusammenarbeiten. Das heißt, eine Variante mit einer Mutation im Spike-Protein ohne Veränderungen im Nukleokapsid-Protein kann sich ganz anders verhalten als eine andere Variante, die Mutationen in beiden Proteinen aufweist.
Eine Gruppe von Mutationen, die gemeinsam wirken, heißt Epistase. Simulationen von Rohman und Kollegen zeigen, dass eine kleine Gruppe von Mutationen an verschiedenen Stellen dem Virus helfen kann, Antikörpern zu entkommen und somit Impfstoffe weniger wirksam werden.
Die Bedrohung durch eine gefährliche Coronavirus-Mutation wird bis zum Ende der Pandemie bestehen bleiben
Die größte Sorge der Wissenschaftler ist die Tatsache, dass Mutationen auftauchen, die gegen eine Impfung resistent sind. Alle Impfstoffe zeigen derzeit ihre Wirksamkeit. Die neueste Mu-Variante hat sich jedoch bereits als viel resistenter gegen sie erwiesen als alle vorherigen Sorten, einschließlich der Delta-Variante.
Da noch ein kleiner Bruchteil der Weltbevölkerung geimpft ist, braucht das Virus keine Mutation, die das Immunsystem komplett überlisten kann. Experten glauben, dass es für das Virus einfacher ist, neue und bessere Wege zu finden, um Milliarden von Menschen zu infizieren, die noch keine Immunität haben.
Die Impfung ist eine Möglichkeit, eine Pandemie zu stoppen und damit die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer gefährlichen Mutation zu verringern.
Niemand weiß jedoch, welche Mutationen vor ihnen liegen und wie viel Schaden sie anrichten können. Angesichts der langen Inkubationszeit kann ein Virus mit einer gefährlichen Mutation überleben und sich auf dem Planeten ausbreiten, selbst wenn es aus einem dünn besiedelten Gebiet stammt.
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Wenn Sie das Problem der Mutationen verstehen, ist es wichtig, eines zu verstehen – sie treten auf, wenn eine Virusreplikation stattfindet. Die in diesem Jahr in verschiedenen Ländern aufgetretenen Mutationen sind der Grund dafür, dass die Pandemie noch nicht unter Kontrolle ist. Das heißt, je mehr die Pandemie wütet, desto mehr Mutationen entstehen, die wiederum zur weiteren Verbreitung des Virus beitragen. Daher ist der beste Weg, das Auftreten zukünftiger, gefährlicherer Stämme zu verhindern, die Anzahl der Replikationen zu begrenzen. Im Moment hilft dabei die Impfung, ebenso wie die Einhaltung präventiver Maßnahmen.