Coronavirus-Mutation: SARS-CoV-2 und seine Varianten

Darstellung des Coronavirus: Mutation der RNA
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Dass Viren mutieren, ist keine Seltenheit, sondern im Gegenteil sogar ein ganz normaler Vorgang. Doch was bedeutet das für das Coronavirus SARS-CoV-2 und die dadurch ausgelöste Erkrankung COVID-19? Welche Mutationen haben bereits stattgefunden und welche Gefahren gehen von Mutationen wie den Virusvarianten Alpha (B.1.1.7), Delta (B.1.617.2) oder Omikron (B.1.1.529) aus? Welche Auswirkungen hat eine Veränderung des Virus in Bezug auf die Behandlung und Impfstoffe? Das und mehr erklären wir hier.

Was ist eine Mutation?

Menschen, Tiere, Pflanzen, Bakterien, Pilze und letztlich auch Viren besitzen einen genetischen Code, der ihr Aussehen und alle ihre Eigenschaften bestimmt. Dieser Code ist das Erbgut – der chemische Fachausdruck lautet Desoxyribonukleinsäure (DNS) oder Ribonukleinsäure (RNS).

Der Code besteht aus einer Abfolge von verschiedenen chemischen Strukturen, die wie ein Bauplan funktionieren, um dann den Menschen oder das Virus aufzubauen, bei Lebewesen einen Stoffwechsel zu ermöglichen und sie am Leben zu halten. Beim Menschen wird durch diesen Bauplan nicht nur festgelegt, dass es sich überhaupt um einen Menschen handelt, sondern wie groß er ist und welche Haar-, Augen- und Hautfarbe er hat.

Ähnliches gilt auch beim Virus. Der genetische Code gibt vor:

  • welche Lebewesen das Virus anstecken kann
  • wie es sich verbreitet
  • welche Organe das Virus befällt
  • in welcher Form es krankmachend oder auch nicht-krankmachend ist
  • alles, was das Virus zum Virus macht

Dieser genetische Code verändert sich im Zuge der Ausbreitung eines Virus ständig, das bedeutet, die chemische Struktur des Bauplans verändert sich. Dies geschieht nicht nur bei Viren, sondern auch bei Menschen gibt es andauernde Veränderungen, die man Mutationen nennt.

Warum entstehen Mutationen?

Mutationen sind die Voraussetzung dafür, dass es verschiedene Lebewesen gibt und alle unterschiedlich aussehen sowie auch dafür, dass Lebewesen an ihre Lebensumgebung immer wieder optimal angepasst werden, bestmöglich überleben und sich fortpflanzen können. Die Veränderungen der DNS entstehen zufällig, wenn zum Beispiel ein Fehler beim Kopiervorgang des genetischen Codes (im Zuge der Zellteilung im Körper) geschieht, wenn chemische Stoffe die Struktur verändern oder auch wenn Strahlung auf die DNS trifft.

Das Individuum, dessen DNS und somit dessen Gene verändert sind, kann dann andere Eigenschaften bekommen. Eine Mutation allein reicht aber meistens nicht aus, um die Eigenschaften zu verändern. Veränderungen der Eigenschaften entstehen im Laufe verschiedener Generationen mit vielen Mutationen.

Ein Virus erlangt dann zum Beispiel die Möglichkeit, in Zellen der Atemwege einzutreten. Wenn diese neue Eigenschaft besser in die momentane Umgebung des Virus passt, schafft es das veränderte Individuum, länger zu überleben oder sich besser zu vermehren. Man spricht in diesem Sinne von Selektionsvorteil. Es kann aber auch das Gegenteil auftreten und das Individuum erlangt Nachteile durch die Veränderung.

Mutationen können sich für ein Individuum also positiv oder negativ auswirken. Erst, wenn eine Veränderung der Eigenschaften zu einer besseren Anpassung an die Umwelt führt, kommt es dazu, dass sich das Individuum besser vermehren kann und sich somit auch die Mutationen durchsetzen können und weitergegeben werden.

Warum Mutationen in Viren keine Seltenheit sind

Im Vergleich zum Menschen treten Mutationen in Viren viel häufiger auf, da ihre DNS oder RNS nicht so gut geschützt ist, wenige Reparaturmechanismen vorhanden sind und es darüber hinaus einen viel schnelleren Vermehrungszyklus gibt. Dadurch entstehen Mutationen häufiger und leichter. Somit ist ein Virus in ständiger Veränderung und wird innerhalb kürzester Zeit ständig den neuen Lebensumgebungen angepasst.

Durch diese Anpassung verändern sich Viren, sodass sie zum Beispiel auf einen anderen Wirt spezialisiert werden, also statt Tieren Menschen infizieren. Eine andere Folge einer Mutation könnte sein, dass die Viren andere Organe befallen, und so beispielsweise eine Rachenentzündung statt einer Lungenentzündung auslösen.

Mutationen bei SARS-CoV-2

Auch beim Coronavirus SARS-CoV-2 kommt es andauernd zu Mutationen im genetischen Code. So eine Mutation ermöglichte es anfänglich, dass das Virus, welches eigentlich Tiere infiziert, nun auch Menschen infizieren kann.

Eine große Veränderung des Virus ist zudem im Vergleich mit seinem Verwandten, dem Virusstamm SARS-CoV-1 erkennbar. Dieses Virus war sehr stark auf die Lunge spezialisiert und war weniger im Rachen zu finden. Das ist bei SARS-CoV-2 anders, denn es befällt in der ersten Zeit der Infektion besonders Nase und Rachen. Solche Veränderungen sind das Resultat von Mutationen.

Neben diesen beiden entscheidenden Mutationen des Coronavirus hat die Wissenschaft bereits zahlreiche weitere, eher unbedeutende Mutationen entdeckt – im Schnitt mutiert das Virus alle zwei Wochen. Diese Mutationen, die ständig stattfinden, sind für die Forschung sehr aufschlussreich.

Es ist beispielsweise möglich, anhand der Mutationen eine geographische Zuordnung, also sozusagen eine Familienanalyse des Virus, durchzuführen und seine Abstammungslinie zu verfolgen. Dazu werden die beobachteten Virussequenzen in einer Datenbank dokumentiert.

Wenn sich ein viel reisender Mensch mit dem Virus ansteckt, kann man anhand der Kenntnisse über die regional verbreiteten Mutationen und der Zugehörigkeit des Virus nachverfolgen, in welchem Land er sich angesteckt hat. Auf diesem Weg gelang es sogar, bei manchen Menschen zwei verschiedene Populationen des Coronavirus nachzuweisen – so waren beispielsweise die oberen Atemwege mit einem anderen Stamm des Virus infiziert als die Lunge.

In Deutschland wurde im Vergleich zu anderen Ländern zunächst weniger Augenmerk auf die Genom-Sequenzierung, also die genetische Untersuchung des Virenstamms, gelegt. Im Januar 2021 wurde in Anbetracht verschiedener neuer Mutationen angeregt, künftig einen bestimmten Anteil der positiven PCR-Proben einer entsprechenden Analyse zu unterziehen, um neue Virusvarianten frühzeitig zu erkennen.

Virusvarianten: Zentrale Mutationen des Coronavirus

Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) unterscheidet verschiedene besorgniserregende Virusvarianten (variants of concern, VOC) und Virusvarianten unter Beobachtung (variants of interest, VOI). Die Benennung dieser Varianten erfolgt nach den Buchstaben des griechischen Alphabets. Derzeit als besorgniserregend gelten:

  • Alpha (B.1.1.7)
  • Beta (B.1.351)
  • Gamma (P.1)
  • Delta (B.1.617.2)
  • Omikron (B.1.1.529)

Coronavirus-Mutation Alpha (B.1.1.7) aus Großbritannien

Im Dezember 2020 wurde gemeldet, dass sich in Großbritannien eine Mutation des Coronavirus mit großer Geschwindigkeit ausbreitet und die Ausbreitung nicht zu kontrollieren ist. Diese Form des Virus mit dem Namen Alpha (B.1.1.7) (zunächst VUI 202012/01) galt zunächst als tödlicher im Vergleich zum Urtyp des Virus, nach aktuellem Kenntnisstand ist dies jedoch nicht der Fall. Die Virusvariante ist jedoch deutlich ansteckender und Infizierte weisen eine höhere Viruslast auf. Untersuchungen zufolge ist die Wirksamkeit der bereits zugelassenen Impfstoffe gegen Corona bei dieser Form des Virus fast genauso hoch wie bei der bislang gängigen Virusvariante.

Kennzeichnend für diese Variante des Virus ist, dass sie viele Mutationen im Bereich der Spike-Proteine aufweist. Diese Proteine benötigt das Virus, um an Zellen im Körper anzudocken und diese anschließend zu befallen. Aufgrund dieser Veränderung fällt es dem Virus leichter, sich zu vermehren und Menschen zu infizieren. Zudem gibt es Anhaltspunkte dafür, dass Alpha Kinder leichter infizieren könnte als bisherige Varianten des Coronavirus.

Insgesamt hat diese Mutation des Coronavirus vermutlich zum erneuten Anstieg der Infektionszahlen im Rahmen der dritten Welle beigetragen. Ein Anstieg von Infektionen bedeutet neben einer zusätzlichen Belastung für das Gesundheitssystem auch, dass es insgesamt mehr Fälle eines schweren Verlaufs sowie mehr Todesfälle gibt.

Beta und Gamma: Mutationen in Südafrika und Brasilien

Eine ähnliche Mutation des Virus mit dem Namen Beta (B.1.351 oder 501Y.V2) wurde auch in Südafrika entdeckt und könnte dort verantwortlich für die schnelle Ausbreitung der zweiten Welle des Coronavirus sein. Die Mutation wurde im Dezember 2020 bekannt. Im Januar 2021 wurden erste Fälle auch in Deutschland gemeldet. Auch in Brasilien wurde eine Form des Virus mit einer ähnlichen Mutation (B.1.1.28) beobachtet, hierfür wird die Bezeichnungen Gamma oder P.1 verwendet.

Die beiden Mutationen haben gemeinsam, dass sie die Genveränderung E484K in sich tragen und daher möglicherweise weniger empfindlich für Antikörper sein könnten. So könnten sich bereits genesene Menschen eventuell ein zweites Mal mit dem Coronavirus anstecken. Auch die Wirkung der Impfstoffe kann durch die beiden Virusvarianten beeinträchtigt werden.

Delta (B.1.617.2) – Mutante aus Indien

Die sich zuerst vor allem in Indien verbreitende Virusvariante mit dem Namen Delta (B.1.617.2) wurde im März 2021 erstmals in Deutschland nachgewiesen und am 10. Mai 2021 durch die Weltgesundheitsorganisation WHO als besorgniserregend eingestuft.

Die Virusvariante trägt zwei Mutationen an einem Oberflächenprotein in sich, die die Wirksamkeit von Antikörpern oder T-Zellen reduzieren könnten. Das wiederum könnte einen geringeren Schutz von Geimpften oder bereits Genesenen bedeuten. Ähnliche Veränderungen wurden auch bei der aus Südafrika stammenden Mutante Beta und der aus Brasilien stammenden Variante Gamma beobachtet.

Die Delta-Variante gilt als ansteckender im Vergleich zur Alpha-Variante und sorgt häufiger für schwere Verläufe. Auch wenn vollständig Geimpfte offenbar gut geschützt sind, stellt diese Variante vor allem für Ungeimpfte und Teilgeimpfte eine Gefahr dar. In Großbritannien sorgte diese Virusvariante für einen erneuten Anstieg der Infektionszahlen und auch in Deutschland wurde sie bald zur dominierenden Variante.

Im Juni 2021 meldete Indien eine neue, von dem Land als besorgniserregend eingestufte Variante: Delta plus (AY.1). Diese Virusvariante sei noch leichter übertragbar, binde leichter an Lungenzellen und sei potenziell resistenter gegenüber der Therapie mit Monoklonalen Antikörpern, mit der in vielen Fällen die Viruslast gesenkt werden kann. Ebenfalls als Delta Plus bezeichnet wird die Variante AY.4.2, die in Großbritannien erstmals nachgewiesen wurde.

Omikron: B.1.1.529 als "Variant of Concern"

Ende November 2021 klassifizierte die WHO die Virus-Mutante B.1.1.529 mit dem Namen Omikron als besorgniserregend. Die Virusvariante war erstmals im Süden Afrikas nachgewiesen worden. Sie weist im Gegensatz zum Wildtyp ungewöhnlich viele Veränderungen auf, unter anderem am Spike-Protein.

Die Variante gilt als ansteckender. Ob sie auch in Bezug auf schwere Verläufe gefährlicher ist, wird derzeit noch untersucht. Es gibt Hinweise darauf, das Infektionen mit der Omikron-Variante weniger schwer verlaufen könnten als bei der Delta-Variante. Dennoch warnen Fachleute davor, die Virusvariante zu unterschätzen und rechnen mit einem enormen Anstieg der Infektionszahlen.

Weitere Virusvarianten

Neben den genannten besorgniserregenden Varianten gibt es noch zahlreiche weitere Mutationen, von denen einige im Folgenden näher vorgestellt werden.

B.1.640.2 – neue Corona-Variante in Frankreich entdeckt

Im Dezember 2021 wurde in Südfrankreich eine neue Virusvariante bekannt, sie erhielt die Klassifizierung B.1.640.2. Ihr Ursprung wird in Kamerun vermutet, da der vermutlich zuerst damit infizierte Patient zuvor von einer Reise aus Kamerun zurückgekommen war.

Die Virusvariante weist einige Mutationen im Spike-Protein auf. Sie wird der Varianten-Familie B.1.640 zugeordnet, die zuerst in der Demokratischen Republik Kongo entdeckt wurde und bereits seit längerem durch die WHO beobachtet wird. Dort habe sie sich allerdings nicht erheblich ausgebreitet. Auch im Falle von B.1.640.2 sehen Fachleute derzeit keinen Anlass zur Sorge, da bislang keine schnelle Ausbreitung zu beobachten ist. Darüber hinaus sei noch zu wenig über die Virusvariante bekannt, um Genaueres sagen zu können. Die Variante soll daher zunächst weiter beobachtet werden.

Mu aus Südamerika: B.1.621

Die Mu-Variante (auch My-Variante) hat vor allem in Kolumbien die anderen Virusvarianten weitestgehend verdrängt, nachdem sie dort im Januar 2021 erstmals entdeckt wurde. Von der Weltgesundheitsorganisation wurde sie deshalb im September 2021 auf die Liste der unter Beobachtung stehenden Virusvarianten aufgenommen.

Die Variante wurde auch in zahlreichen anderen Ländern festgestellt, ihre Verbreitung ist aber vorwiegend regional begrenzt. Die Virusvariante scheint resistenter als der Urtyp zu sein: Sowohl die Impfung als auch die Antikörper von Genesenen erzielten in Untersuchungen geringere Effekte.

Lambda (C.37): Virus-Mutante aus Peru

Die Lambda-Variante wurde erstmals in Peru entdeckt. Ihre Ausbreitung beschränkt sich bislang vor allem auf Südamerika, wobei vereinzelte Fälle auch bereits in Europa entdeckt wurden. Fachleute schätzen die Bedrohung durch diese Variante geringer ein als die durch die Delta-Variante: Sie sei zwar ansteckender als der Urtyp, aber nicht so ansteckend wie Delta. Die Variante wurde durch die Weltgesundheitsorganisation nicht als besorgniserregend eingestuft, sondern als Variante unter Beobachtung.

C.1.2. – Virusvariante mit 59 Mutationen

Die Virusvariante mit dem Namen C.1.2. wurde erstmals im Mai 2021 in Südafrika entdeckt und breite sich dort immer stärker aus. Auch in Europa wurden bereits Fälle verzeichnet. Die Variante gilt bei örtlichen Fachleuten als besorgniserregend, da sie 59 Mutationen aufweist, deren Kombination dafür sorgen könnte, dass die Immunantwort beeinträchtigt wird. C.1.2 scheint sich bisherigen Erkenntnissen zufolge außerdem ähnlich schnell auszubreiten wie die Varianten Beta und Delta.

Ob die Virusvariante einen Impfschutz weniger wirksam werden lassen könnte oder ansteckender ist, ist zum aktuellen Zeitpunkt noch unbekannt und wird derzeit noch erforscht. Bislang liegt zu dieser Virusvariante lediglich eine vorveröfffentlichte Studie vor, die erst noch von Fachleuten begutachtet werden muss. Die Weltgesundheitsorganisation hat die Virusvariante bislang nicht als besorgniserregend eingestuft, da dies nur geschieht, wenn gesicherte Erkenntnisse zur Gefährlichkeit einer Virusvariante vorliegen. Aktuell gilt C.1.2 als "variant under monitoring" (VUM).

Welche Mutationen des Coronavirus können in der Zukunft auftreten?

Für die weitere Entwicklung der Corona-Pandemie ist es aufgrund der Zufälligkeit von Mutationen schwer vorhersagbar, in welche Richtung sich das Virus verändert. Aus biologischer Sicht ist es wahrscheinlich, dass das Virus weiter an den Menschen angepasst wird. Dadurch könnte das Virus gefährlicher werden, doch es ist auch eine Entwicklung denkbar, die das Coronavirus harmloser macht.

Szenarien für gefährliche Formen des Virus

SARS-CoV-2 könnte sich zum Beispiel so entwickeln, dass das Virus an andere Stellen des Körpers eintreten kann, sodass es in andere Organsysteme gelangt als derzeit. Zudem könnten sich weitere Mechanismen entwickeln, um die Schutzbarrieren des Menschen zu überwinden. Dann könnten noch schneller und noch häufiger Infektionen ausgelöst werden. Darüber hinaus könnten Faktoren entstehen, die das Virus weitreichender vor dem Immunsystem schützen, indem die Angriffspunkte des Immunsystems verändert werden oder sich Mechanismen entwickeln, um das Immunsystem in einem gewissen Rahmen zu inaktivieren. Dann bestünde die Möglichkeit, dass vielleicht noch häufiger schwere Lungenentzündungen ausgelöst werden und sich das Virus noch schneller und flächendeckender verbreitet als momentan.

Zurzeit wird angenommen, dass das Virus vor allem in der ersten Episode der Infektion die Nase und den Rachen befällt und dann weiter in die Lunge wandert. Wenn es sich nun weiter auf diese Art von Organen spezialisiert und eine noch schnellere Vermehrung ermöglicht wird, dann wären noch stärkere Entzündungen eine wahrscheinliche Folge.

Szenarien für harmlosere Verläufe

Es besteht aber auch das Szenario, dass schwere Erkrankungen seltener werden. Denn ein Virus sichert sein Überleben, indem es viele Menschen infiziert und sich weit verbreitet. Es ist für das Überleben des Virus also nicht förderlich, wenn ein Mensch schwer krank wird und stirbt, da eine Verbreitung dann nicht mehr möglich ist und auch das Virus in seinem Wirt nicht mehr weiter existieren kann.

Es ist also durchaus anzunehmen, dass SARS-CoV-2 so an den Menschen anpasst wird, dass es sich bald wie ein Erkältungsvirus verhält und schwere Infektionen seltener werden. Es könnte sich also zum Beispiel so auf die Riechschleimhaut anpassen, dass es seltener zu Infektionen der Lunge kommt. Es würden häufiger mildere Symptome wie eine laufende Nase entstehen, was eine stärkere Verbreitung des Virus zur Folge hätte, da die Menschen weniger zu Hause blieben, weniger von der Erkrankung bemerken und das Virus unbemerkt weiter verbreiten.

Welche Folgen haben Mutationen in Bezug auf Medikamente und Impfstoffe?

In Bezug auf die bereits entwickelten und noch in Entwicklung befindlichen Impfstoffen könnten Mutationen theoretisch problematisch werden, wenn die Bereiche des Virus mutieren, die durch den Impfstoff und die dadurch ausgelöst Immunantwort verändert werden. So könnte die Wirksamkeit der Impfstoffe beeinträchtigt werden, was bei manchen Virusvarianten bereits beobachtet wurde.

Darüber hinaus könnte der Druck, der durch die Impfung oder auch durch Medikamente auf das Virus ausgeübt wird, dazu führen, dass nur die Viren überleben und sich vermehren, die gegen diese Mittel immun sind. Solche Resistenzen sind auch bei anderen Erregern zu beobachten, gegen die bestimmte Antibiotika nicht mehr wirksam sind.

Zudem können Mutationen auch dazu führen, dass sich das Virus vor dem Immunsystem des Menschen schützt, also dass sich genau die Eigenschaften des Virus verändern, die das Immunsystem erkennt und angreift. Somit wäre eine Immunität, die ein Mensch erlangt, wenn er seine Virusinfektion überstanden hat, nicht gegeben. Ein ähnlicher Effekt ist beim Grippevirus zu beobachten, der sich jedes Jahr so sehr verändert, dass der entsprechende Impfstoff zu jeder Grippesaison angepasst werden muss.

Quellen

Aktualisiert: 07.01.2022
Autor*in: Julian Pott; überarbeitet: Silke Hamann

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