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SARS-CoV-2, Coronavirus

Das neuartige Coronavirus ist erst seit wenigen Monaten bekannt. Die Forschung darüber läuft auf Hochtouren, doch die Ergebnisse tragen oft vorläufigen Charakter und können bald überholt sein. Bild: Shutterstock

Immunität, Tests und Neandertaler-Gene: 11 neue Studien zum Coronavirus



Die Forschung über das neuartige Coronavirus läuft weltweit ohne Pause. Hier sind einige neue Studien zu SARS-CoV-2 und der von ihm ausgelösten Krankheit Covid-19.

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Immunität könnte nur kurz dauern

Eine Studie von Wissenschaftlern um Jeffrey Seow vom King's College in London legt den Schluss nahe, dass Covid-19-Patienten mit milden Krankheitsverläufen weniger Antikörper bilden als solche mit schweren Verläufen. Zudem scheint der Spiegel an Antikörpern nach der Genesung schnell wieder abzufallen. Die Forscher untersuchten bei 94 nachweislich mit SARS-CoV-2 infizierten Patienten während drei Monaten den Antikörpertiter. Auf dem Höhepunkt der Infektion besassen 60 Prozent der Testpersonen neutralisierende Antikörper, die das Virus an der Vermehrung hindern. Am Ende des untersuchten Zeitraums waren es nur noch 16,7 Prozent. Der Antikörper-Spiegel korrelierte zudem mit dem Schweregrad der Infektion: Er war bei jenen Patienten höher, die einen ernsten Verlauf erlebt hatten. Er blieb bei diesen Fällen auch länger hoch als bei den milden Fällen.

Antibodies attacking SARS-CoV-2 virus, the conceptual 3D illustration for COVID-19 treatment, diagnosis and prevention

Antikörper attackieren ein SARS-CoV-2. Bild: Shutterstock

Die noch nicht begutachtete Studie hat weitreichende Implikationen für die Entwicklung eines Impfstoffs gegen SARS-CoV-2. Ein Impfstoff, der den Körper zur Produktion von neutralisierenden Antikörpern bringen soll, müsste dann eventuell mehrmals verabreicht werden. Dass eine Infektion mit SARS-CoV-2 möglicherweise nur zu einer kurzfristigen Immunität führt, wäre nicht erstaunlich: Auch gegen andere Coronaviren, die schon länger unter Menschen kursieren und oft Erkältungen auslösen, sind wir nur kurzzeitig immun.

Jeffrey Seow et al. Longitudinal evaluation and decline of antibody responses in SARS-CoV-2 infection. Medrxiv
https://doi.org/10.1101/2020.07.09.20148429

Immunsystem bildet stabile T-Zellen

Neben den Antikörpern spielen auch die sogenannten T-Zellen eine wichtige Rolle bei der Abwehr von Pathogenen. T-Zellen erkennen von einem Erreger befallene Körperzellen und vernichten diese. Neue Untersuchungen des Karolinska Institutet und des Karolinska University Hospital in Schweden zeigen, dass viele Covid-19-Patienten eine sogenannte T-Zell-vermittelte Immunität gegen SARS-CoV-2 aufweisen. Bei Patienten mit schwerem Verlauf trat diese T-Zell-Antwort auf die Infektion zusammen mit einer Antikörper-Antwort auf. Aber auch Patienten mit leichtem oder asymptomatischem Verlauf, die kaum Antikörper entwickelt hatten, zeigten eine T-Zell-Immunität.

T-Zellen des Immunsystems, die Krebszellen angreifen

Darstellung von T-Zellen (rot), die Krebszellen angreifen. Bild: Shutterstock

Die T-Zell-Antwort stimmte mit Messungen überein, die nach der Impfung mit zugelassenen Impfstoffen gegen andere Viren durchgeführt wurden. Unklar ist freilich noch, wie lange diese stabilen Gedächtnis-T-Zellen überleben. T-Zell-Analysen sind überdies komplizierter durchzuführen als Antikörpertests und werden daher derzeit nur in spezialisierten Labors durchgeführt.

Marcus Buggert et al. Robust T cell immunity in convalescent individuals with asymptomatic or mild COVID-19.
https://doi.org/10.1101/2020.06.29.174888

Neuer Schnelltest

Ein Forscherteam um Christian Kaltschmidt vom Lehrstuhl für Zellbiologie der Universität Bielefeld hat einen Schnelltest entwickelt, der in nur 16 Minuten eine SARS-CoV-2-Infektion feststellen können soll. Bei herkömmlichen PCR-Tests muss die RNA des Virus vervielfältigt werden, damit sie nachgewiesen werden kann. Dies geschieht in einem sogenannten Thermocycler, in dem die Temperatur in einem festgelegten Rhythmus verändert wird. Die Forscher aus Bielefeld haben nun einen besonders schnellen Thermocycler entwickelt, der überdies mehrere Proben parallel analysieren kann. Er kommt damit auf rund 570 Auswertungen pro Stunde.

PCR-Test Covid-19, SARS-CoV-2

Bei herkömmlichen PCR-Tests muss die RNA des Virus vervielfältigt werden. Bild: Shutterstock

Der Schnelltest würde sich für Alltagssituationen eignen, beispielsweise im Tourismus. «Wenn beispielsweise Kreuzfahrtschiffe ihren Betrieb wieder aufnehmen, könnten sie in kurzer Zeit jede Person testen, bevor sie an Bord geht», stellte Kaltschmidt in einer Mitteilung der Hochschule fest. Noch ist nicht klar, wann solche Tests zu welchen Kosten verfügbar sein werden.

Christian Kaltschmidt et al. Ultra-fast one-step RT-PCR protocol for the detection of SARS-CoV-2. https://doi.org/10.1101/2020.06.25.20137398

Alltagsmasken schützen Mitmenschen

Christian J. Kähler und Rainer Hain vom Institut für Strömungsmechanik und Aerodynamik der Universität der Bundeswehr in München haben mithilfe der Particle Image Velocimetry bestimmt, wie sich Luftströme und Partikel beim Husten mit oder ohne Maske verhalten. Zusätzlich testeten sie die Durchlässigkeit bestimmter Stoffe für Partikel und bestimmten die Luftströme um die Maske herum. Ein einfacher Mund-Nase-Schutz oder eine OP-Maske konnten demnach die Verbreitung von ausgeatmeter Luft und Aerosolen effektiv verringern. Dies schützt Personen in unmittelbarer Nähe vor einer Tröpfcheninfektion.

FFP2-, KN95- und Stoffmasken im Überblick
Mund-Nasen-Schutz, Hygienemasken: Herkömmliche, grüne oder blaue Maske, die in vielen Einkaufsläden verkauft wird. Schützt den Träger etwas, schützt aber vor allem das Umfeld. Stoffmasken bieten von allen Maskentypen am wenigsten Schutz.

FFP2-Masken: FFP2 (Filtering Face Peace) filtern Bioaerosole wie zum Beispiel Viren, also auch das Coronavirus, aus der Luft. Geschützt werden sowohl der Träger als auch sein Umfeld. Die FFP3-Masken haben eine noch etwas höhere Filterleistung als jene des Standards FFP2. Jene Masken mit Ventil schützen das Umfelds nicht.

KN95-Masken, N95-Masken: Da FFP2-lizenzierte Masken derzeit sehr gefragt sind, steigen viele Personen auf KN95-, bzw, N95-Masken um. Sie bieten denselben Schutz wie FFP2-Masken.

CPA-Masken: Die CPA-Zertifizierung wurde extra für die Corona-Pandemie geschaffen, da eine herkömmliche FFP2-Zertifizierung zu lange dauert. Sie sollen den gleichen Schutz wie FFP2-Masken bieten.

Weitere Links:
» Wie trägt man eine Maske richtig? Hier eine einfache Anleitung.
» Wie gut schützen Masken wirklich? Neun Antworten auf die häufigsten Fragen.

Zum eigenen Schutz sind allerdings enganliegende, partikelfilternde Halbmasken erforderlich, da bei den normalen Masken Luft um die Ränder eindringen kann. Solche Masken können aber zumindest verhindern, dass sich der Träger dauernd ins Gesicht fasst. Haushaltsmaterialien, aus denen einfache Masken selber hergestellt werden können, filtern Luftpartikel und Tröpfchen von 0,3 bis 2 µm Grösse nicht sehr effizient. Lediglich Staubsaugerbeutel mit Feinstaubfilter zeigten einen vergleichbaren oder sogar besseren Filtereffekt als kommerzielle FFP2-, N95- und KN95-Halbmasken.

Kähler CJ, Hain R. Fundamental protective mechanisms of face masks against droplet infections.
doi: 10.1016/j.jaerosci.2020.105617

Neandertaler-Gene erhöhen Covid-19-Risiko

Bei Europäern stammen etwa zwei Prozent des Erbguts vom Neandertaler. Die DNA dieses nahen Verwandten beeinflusst unter anderem Haut- und Haarfarbe, Stimmung, Rauchverhalten oder Nachtaktivität. Forscher des Max-Planck-Instituts für evolutionäre Anthropologie in Leipzig haben nun in einer Vorabveröffentlichung die These vorgestellt, dass ein DNA-Abschnitt, den wir von den urzeitlichen Zeitgenossen geerbt haben, für ein erhöhtes Covid-19-Risiko sorgt. Es handelt sich um einen bestimmten Haplotyp – eine Kombination der Zustandsformen mehrer Gene auf einem Chromosom – auf Chromosom Nummer 3, der in Europa bei acht Prozent der Einwohner vorhanden ist.

Neandertaler Mädchen Gesicht

Neandertaler-Mädchen: Bei Europäern stammen etwa zwei Prozent des Erbguts vom Neandertaler. Bild: Anthropological Institute of the University Zurich

In Südasien ist der Abschnitt besonders häufig, in Afrika dagegen ist er nicht vertreten. Dass dieser Abschnitt erhalten blieb, dürfte daran liegen, dass er einen Vorteil hat – eventuell sorgt er für ein besonders aktives Immunsystem, wie Wissenschaftler spekulieren. Ein aktives Immunsystem kann im Fall einer Covid-19-Erkrankung aber für Probleme sorgen, wenn noch weitere Risikofaktoren hinzutreten.

Hugo Zeberg, Svante Pääbo. The major genetic risk factor for severe COVID-19 is inherited from Neandertals. https://doi.org/10.1101/2020.07.03.186296

SARS-CoV-2 Produkt eines Gen-Austauschs unter Coronaviren

Eine in der Zeitschrift «Nature Structural & Molecular Biology» erschienene Studie von Wissenschaftlern um Antoni Wrobel vom britischen Francis Crick Institute präsentiert Forschungsergebnisse, wonach SARS-CoV-2 das Ergebnis von Begegnungen zwischen zwei oder mehreren Coronaviren ist, bei denen genetisches Material ausgetauscht wurde. Der Vorläufer von SARS-CoV-2 könnte sich danach bei verschiedenen Wirtstieren zur heutigen Form entwickelt haben. Die Forscher richteten ihr Augenmerk besonders auf das «Spike-Protein» des Virus, das ihm ermöglicht, in menschliche Zellen einzudringen.

Struktur des SARS-CoV-2-Spike-Glykoprotein

Struktur des SARS-CoV-2-Spike-Glykoproteins. Bild: Shutterstock

Dieses Spike-Protein ist zu 97 Prozent mit jenem des nahe verwandten Coronavirus RaTG13 identisch. RaTG13 kommt in Fledermäusen vor. Signifikante Unterschiede fanden die Wissenschaftler an der Stelle, mit der SARS-CoV-2 sich an den ACE2-Rezeptor von menschlichen Zellen bindet. Die Änderungen im Vergleich zu RaTG13 machen SARS-CoV-2 stabiler und ermöglichen es ihm, sich 1000-mal leichter an eine menschliche Zelle zu binden als RaTG13.

Antoni G. Wrobel et al. SARS-CoV-2 and bat RaTG13 spike glycoprotein structures inform on virus evolution and furin-cleavage effects.
«Nature Structural & Molecular Biology» (2020)
https://www.nature.com/articles/s41594-020-0468-7

Grosse regionale Unterschiede bei Infektionsrate in Spanien

Wissenschaftler um Marina Pollán vom Instituto de Salud Carlos III in Madrid untersuchten zwischen dem 27. April und 11. Mai mehr als 61'000 Personen aus zufällig ausgewählten Haushalten in ganz Spanien auf SARS-CoV-2-Antikörper. Diese Antikörper werden vom körpereigenen Immunsystem als Reaktion auf eine Infektion mit SARS-CoV-2 produziert. Die Studie ergab grosse geographische Differenzen in der Prävalenz dieser Antikörper: Während in zentralen Gebieten wie der Metropolitan-Region Madrid rund 10 Prozent der Personen einen positiven Test aufwiesen, waren es in den Küstenregionen weniger als 3 Prozent. Der nationale Durchschnitt lag bei 5 Prozent.

Von diesen positiv Getesteten war etwa jeder Dritte asymptomatisch. Die Forscher schätzen daher, dass in Spanien rund eine Million Personen, die sich mit SARS-CoV-2 angesteckt hatten, unentdeckt blieben, weil sie keine Symptome zeigten.

Marina Pollán et al. Prevalence of SARS-CoV-2 in Spain (ENE-COVID): a nationwide, population-based seroepidemiological study.
«The Lancet»
http://doi.org/gg332t

Immunreaktion ist tödlicher als das Virus selbst

Eine autopsiebasierte Studie von Wissenschaftlern um Christopher Lucas und David Dorward vom Centre for Inflammation Research der Universität Edinburgh deutet darauf hin, dass bei schweren Verläufen von Covid-19 Immunreaktionen anstelle des Virus zum Tod führen. Die Forscher führten bei 11 Personen, die an Covid-19 verstorben waren, detaillierte Autopsien durch und suchten an 37 anatomischen Stellen, darunter der Lunge, nach Viruskonzentrationen und Organschäden durch Entzündungen.

Sie fanden lediglich eine geringe Korrelation zwischen den Viruskonzentrationen und den Entzündungen. Einige Gewebe enthielten das Virus, waren aber nicht entzündet, während andere geschädigt waren, aber keine hohen SARS-CoV-2-Konzentrationen enthielten. Zahlreiche frühere Studien haben bereits gezeigt, dass bei schweren Fällen einer Covid-19-Erkrankung das Immunsystem zur Schädigung der Organe beiträgt.

David A. Dorwand et al. Tissue-specific tolerance in fatal Covid-19.
Preprint: medRxiv.
http://doi.org/d27t

Blutspender-Tests: Bisher nur wenig Personen in Kontakt mit dem Virus

Eine breit angelegte serologische Untersuchung des Robert-Koch-Instituts in Deutschland an 12'000 Blutspendern hat festgestellt, dass lediglich bei 1,3 Prozent der Getesteten Antikörper gegen SARS-CoV-2 vorhanden waren. Dieses Ergebnis der nicht-repräsentativen Studie zeige, dass der Grossteil der Einwohner in Deutschland noch nicht mit dem neuartigen Coronavirus in Kontakt gekommen sei, sagte Lothar Wieler, Präsident des Robert-Koch-Instituts. Dies bedeute umgekehrt, dass das Virus sich noch stark verbreiten könne.

Bei der serologischen Untersuchung wurden 12'000 Blutspender in Deutschland getestet. Bild: KEYSTONE

Ein weiteres Ergebnis der Studie war, dass Männer in der Blutspendepopulation signifikant häufiger von SARS-CoV-2-Infektionen betroffen waren als Frauen. Bei den Altersgruppen war jene der 40–49-Jährigen am wenigsten betroffen; dagegen waren die Altersgruppen 20–24 Jahre, 25–29 Jahre, 30–39 Jahre und 50–59 Jahre signifikant häufiger seropositiv.

Robert-Koch-Institut (RKI), Serologische Untersuchungen von Blutspenden auf Antikörper gegen SARS-CoV-2. Epidemiologisches Bulletin, 29/2020.

Testfrequenz ist wichtiger als Testempfindlichkeit

Tests, die auf der Technik der quantitativen Polymerase-Kettenreaktion (qPCR) beruhen, können sehr geringe Mengen von genetischem Material des neuartigen Coronavirus nachweisen, sie sind also empfindlicher. Allerdings sind sie teuer und es dauert lange, bis Ergebnisse vorliegen. Weniger empfindliche, dafür häufigere Tests könnten die Ausbreitung des Virus in Menschengruppen – etwa an Universitäten – offenbar besser einschränken.

Zu diesem Ergebnis kam eine Studie von Wissenschaftlern um Michael Mina von der Harvard TH Chan School für öffentliche Gesundheit in Boston. Die Forscher modellierten die Auswirkungen von wöchentlichen Überwachungstests zusammen mit Fallisolierung im Vergleich zu lediglich alle 14 Tage durchgeführten Überwachungstests. Im ersten Fall blieb der Ausbruch im Modell begrenzt, selbst wenn die Testmethode weniger empfindlich war als bei qPCR. Im Vergleichsfall nahm die Gesamtzahl der Infektionen fast so stark zu, als ob überhaupt keine Tests durchgeführt würden.

D. B. Larremore, Michael Mina et al. Test sensitivity is secondary to frequency and turnaround time for COVID-19 surveillance.
Preprint: medRxiv.
http://doi.org/d2gt

Contact-Tracing identifiziert Fälle bis zu 5 Schritte zurück

Kurz nach der Wiedereröffnung der südkoreanischen Nachtklubs am 30. April stellten die Gesundheitsbehörden des ostasiatischen Landes mehrere Covid-19-Erkrankungen fest. Die Infizierten hatten den Ausgangsbezirk Itaewon in der Hauptstadt Seoul besucht. Jin Yong Lee und sein Forscherteam vom Boramae Medical Center der Seoul National University verwendeten Standortdaten von Mobiltelefonen, Daten von Transaktionen mit Kreditkarten und weitere Informationen, um mehr als 60'000 Personen zu identifizieren, die Zeit in den Klubs von Itaewon oder in deren Nähe verbracht hatten. Bis Ende Mai waren rund 40'000 von ihnen auf SARS-CoV-2 getestet worden. Das Ergebnis: 246 infizierte Personen, von denen mehrere in der Übertragungskette 4 oder sogar 5 Schritte weit von den Klubbesuchern entfernt waren.

Cases related to the COVID-19 outbreak in nightclubs in Itaewon, Seoul, South Korea, that were diagnosed in major cities and provinces of South Korea as of May 25, 2020. A) Distribution of cases by city (n = 246). B) Distribution of primary and secondary cases contracted in nightclubs within the Seoul metropolitan area, by neighborhood in which the nightclubs are located (n = 118, of which 96 contracted the disease in Seoul nightclubs).

Verbreitung der Infektionsfälle ausgehend von den Nachtklubs in Itaewon in Seoul. A: Ausbreitung nach Städten, B: Ausbreitung in der Metropolitanregion Seoul. Grafik: Jin Yong Lee et al.

Jin Yong Lee et al. Coronavirus Disease Exposure and Spread from Nightclubs, South Korea.
http://doi.org/gg4fhj

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