Coronavirus-Mutation: Verändert sich SARS-CoV-2?

Darstellung des Coronavirus: Mutation der RNA © iStock.com/koto_feja

Dass Viren mutieren, ist keine Seltenheit, sondern im Gegenteil sogar ein ganz normaler Vorgang. Doch was bedeutet das für das neuartige Coronavirus mit dem Namen SARS-CoV-2 und die dadurch ausgelöste Erkrankung COVID-19? Welche Mutationen haben bereits stattgefunden und welche Gefahren gehen von Mutationen wie der sich von England aus verbreitenden Variante B.1.1.7 aus? Und 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.

Mutationen sind wichtig für das Überleben

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 ihr 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.

Das Coronavirus ist bereits viele Male mutiert

Neben diesen beiden entscheidenden Mutationen des Coronavirus haben Wissenschaftler bereits zahlreiche weitere, eher unbedeutende Mutationen entdeckt – im Schnitt mutiert das Virus alle zwei Wochen. Diese Mutationen, die ständig stattfinden, sind für Forscher 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. Auch der erneute Ausbruch in Peking ließ sich auf diesem Weg zu einer in Europa verbreiteten Form des Virus zurückverfolgen. 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 fünf Prozent der positiven PCR-Proben einer entsprechenden Analyse zu unterziehen, um neue Virusvarianten frühzeitig zu erkennen.

B.1.617 – Mutante aus Indien

Die sich in Indien verbreitende Virusvariante mit dem Namen B.1.617 würde im März 2021 erstmals in Deutschland nachgewiesen und steht derzeit unter Beobachtung. Ob die Mutante als besorgniserregend betrachtet werden sollte, ist zurzeit noch offen, da für eine solche Einstufung noch nicht genügend Daten vorliegen.

Die Virusvariante trägt jedoch zwei Mutationen an einem Oberflächenprotein in sich, die die Wirksamkeit von Antikörpern oder T-Zellen reduzieren könnte. Das wiederum könnte einen geringeren Schutz von Geimpften oder bereits Genesenen bedeuten. Ähnliche Veränderungen wurden auch bei der aus Südafrika stammenden Mutante B.1.351 und der aus Brasilien stammenden Variante P.1 beobachtet. Ob die Mutante aus Indien jedoch tatsächlich einen solchen Effekt hat, ist derzeit noch nicht bekannt.

Mutationen aus New York und Kalifornien

In den USA bereiten Forschern derzeit zwei Mutationen besondere Sorge. Die Mutante mit der Bezeichnung B.1.526 fiel in New York erstmals auf und verbreitete sich von dort aus schnell – auch in andere Länder. Sie ähnelt den Virusvarianten aus Südafrika und Brasilien. Noch ist unklar, ob sie tatsächlich ansteckender und gefährlicher ist als der Urtyp des Virus.

Auch die kalifornische Variante, genauer gesagt die beiden miteinander verwandten Typen B.1.427 und B.1.429, haben sich in Kalifornien rapide ausgebreitet. Die kalifornische Variante B.1.429 trägt auch die Bezeichnung CAL.20C. Sie soll ansteckender sein als der Wildtyp, aber nicht so ansteckend wie die britische Variante B.1.1.7. Gefährlicher könnte sie jedoch dennoch sein, denn es wird befürchtet, dass sie nicht gut auf Antikörper, etwa aus früheren Infektionen oder durch Impfungen, anspricht und schwere Erkrankungen begünstigt.

England: Coronavirus-Mutation B.1.1.7 setzt sich durch

Im Dezember 2020 wurde gemeldet, dass sich in Großbritannien eine Mutation des Coronavirus mit großer Geschwindigkeit ausbreitet und diese Ausbreitung nach Aussage der Regierung nicht zu kontrollieren ist. Diese Form des Virus mit dem Namen B.1.1.7 (zunächst VUI 202012/01) könnte bis zu 70 Prozent ansteckender sein. Zunächst ging man davon aus, dass die Virusvariante in Bezug auf die Sterblichkeit und schwere Krankheitsverläufe vermutlich nicht gefährlicher als bisher bekannte Formen von SARS-CoV-2 sei. Spätere Analysen deuteten jedoch darauf hin, dass die Sterblichkeit und die Wahrscheinlichkeit für schwere Verläufe tatsächlich erhöht sein könnten. Einer Studie zufolge könnte B.1.1.7 um 64 Prozent tödlicher sein. Untersuchungen zufolge ist die Wirksamkeit der bereits zugelassenen mRNA-Impfstoffe gegen Corona bei dieser Form des Virus fast genauso hoch wie bei der bislang gängigen Virusvariante.

Insgesamt wird die neue Mutation des Coronavirus mit Sorge betrachtet. Denn ein Anstieg von Infektionen bedeutet neben einer zusätzlichen Belastung für das Gesundheitssystem auch, dass es insgesamt mehr Fälle eines schweren Verlaufs sowie mehr Todesfälle geben könnte.

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 B.1.1.7 Kinder leichter infizieren könnte als bisherige Varianten des Coronavirus.

Die britische Regierung reagierte mit schärferen Maßnahmen, um die Ausbreitung zu verhindern. Andere Länder beschlossen Einschränkungen des Reiseverkehrs aus Großbritannien. Dennoch wurden bald darauf erste Fälle der neuen Coronavirus-Mutation in anderen Ländern entdeckt. Auch in Deutschland macht B.1.1.7 mittlerweile den Großteil der Neuinfektionen aus.

E484K: Mutationen in Südafrika und Brasilien

Eine ähnliche Mutation des Virus mit dem Namen 501Y.V2 (oder Linie B.1.351) 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, hier werden die Bezeichnungen P.1 und P.2 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.

Impfstoffhersteller testen derzeit, ob ihre Corona-Impfung auch vor dieser Variante des Coronavirus schützen kann. Für die beiden bislang zugelassenen Impfstoffe von BioNTech und Pfizer sowie von Moderna deuten erste Tests auf eine kaum reduzierte Wirksamkeit hin. Der Vektorimpfstoff von AstraZeneca hingegen zeigt gegenüber der Mutante B.1.351 eine deutlich reduzierte Wirksamkeit in Bezug auf den Schutz vor leichten und mittelschweren Verläufen, schützt aber weiterhin vor schweren Verläufen.

Coronavirus-Mutation in Bayern

Im Januar 2021 wurde im bayrischen Garmisch-Partenkirchen eine bis dahin unbekannte Form des Coronavirus entdeckt. Die Mutation wurde bislang bei 35 Infizierten in einem Klinikum festgestellt. Entsprechende Proben wurden zur weiteren Untersuchung an die Berliner Charité geschickt, die Testungen im betroffenen Klinikum wurden intensiviert.

Laut den Analysen der Charité handelt es sich um eine Mutante, die bereits zuvor mehrfach in Deutschland beobachtete wurde und den Namen B.1.1.134 trägt. Dies ist nicht ungewöhnlich, da das Virus immer wieder mutiert und die gleiche Mutation daher unabhängig voneinander an verschiedenen Orten entstehen kann.

Da diese Form des Virus bisher nur in wenigen Fällen beobachtet wurde, liegen noch keine genaueren Daten über das Virus vor. So ist noch nicht untersucht, ob sie ansteckender oder gefährlicher, oder aber harmloser ist als bisher bekannte Formen. Auch ist nicht klar, ob sie sich weiter ausbreiten wird oder einfach wieder "ausstirbt". Experten gehen aber davon aus, dass die Mutation kein Anlass zur Besorgnis ist und dass diese Form des Virus sich vermutlich nicht weiter ausbreiten wird.

Cluster 5: Coronavirus-Mutation bei Nerzen

Im November 2020 wurde bekannt, dass sich mehrere Menschen in Dänemark bei Nerzen auf einer Pelzfarm mit dem Coronavirus angesteckt hatten. Bei dem nachgewiesenen Virus handelt es sich um eine Mutation, die als Cluster 5 bezeichnet wird. Die Regierung ordnete darauf hin an, alle Nerze im Land zu töten. Zuvor hatte es zwar bereits in anderen Ländern Ansteckungen durch Nerze gegeben, dabei war das Virus dem bisher bekannten Stamm jedoch sehr ähnlich gewesen.

Ob die Mutation Cluster 5 tatsächlich gefährlich ist, ist bislang nicht geklärt. Es gibt Hinweise darauf, dass die nachgewiesene Virusvariante Veränderungen der Spikeproteine aufweist, durch die die Wirksamkeit von Antikörpern reduziert werden könnte. Dennoch schätzen viele Wissenschaftler dies derzeit nicht als besorgniserregend ein und sehen keinen Grund zu der Annahme, dass COVID-19 infolge dieser Mutation schwerer zu behandeln wäre oder dies die Entwicklung von Impfstoffen beeinträchtigen würde.

Experten äußern jedoch die Befürchtung, dass das Virus sich unter den Tieren dauerhaft verbreiten könnte – und so langfristig auch unter Mardern und Siebenschläfern, die enger mit Menschen oder deren Haustieren in Kontakt kommen. So könnte selbst in Regionen, in denen das Coronavirus als besiegt gilt, jederzeit wieder ein Ausbruch stattfinden, wenn das Virus erneut von einem Tier auf einen Menschen übergeht.

D614G: ansteckender, aber auch gefährlicher?

Im Juli 2020 berichteten Wissenschaftler aus den USA und Großbritannien in der Fachzeitschrift "Cell" von einer Mutation mit dem Code D614G (auch: G614), die in Virenproben aus Europa und Nordamerika entdeckt wurde. Den Forschern zufolge könnte diese Form des Virus drei- bis sechsmal ansteckender sein als der ursprüngliche Virus. Grund dafür ist eine Veränderung der sogenannten Spikeproteine, also der stachelförmigen Haken an der Oberfläche des Virus, mit denen es an den Körperzellen des Menschen andockt.

Die Untersuchung deutet jedoch darauf hin, dass das Virus deshalb nicht gefährlicher ist, denn Betroffene trugen zwar mehr Viruspartikel in sich, litten aber nicht an schwereren Verläufen. Weitere Forschung dazu steht allerdings noch aus.

Welche Mutationen des Coronavirus können in der Zukunft auftreten?

Wichtig zu wissen ist: SARS-CoV-2 gilt im Vergleich zum Beispiel zum Influenza-Virus als relativ stabil, was bedeutet, dass es vergleichsweise selten mutiert. Dennoch kann es theoretisch auch künftig zu Mutationen kommen.

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?

Für die derzeit laufende Entwicklung von Impfstoffen könnten Mutationen theoretisch problematisch werden, wenn die Bereiche des Virus mutieren, die durch den Impfstoff und die dadurch ausgelöst Immunantwort verändert werden. So könnten die Mittel, die derzeit in Erprobung sind, ihre Wirksamkeit verlieren, was allerdings als sehr unwahrscheinlich eingeschätzt wird.

Darüber hinaus könnte der Druck, der durch die Impfung oder auch durch die 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.

Aktualisiert: 21.04.2021 - Autor: Julian Pott; überarbeitet: Silke Hamann

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