Das Genom von SARS-CoV-2 besteht aus einer einsträngigen Ribonukleinsäure (RNA), die wiederum aus einer Kette von Nukleotiden zusammengefügt ist. Der Daseinszweck eines Virus, so kann man salopp formulieren, besteht darin, Wirtszellen zu infiltrieren, um sich selbst replizieren zu können. RNA-Viren (die zudem nach ihrer Polarität unterschieden werden), mutieren im Vergleich zu DNA-basierten Viren schneller, machen bei ihrer Replikation aber häufig Fehler (Mutationen), da ihnen die Fähigkeit fehlt, die eigene Replikation noch einmal “Korrektur zu lesen”, eine Fähigkeit, die DNA-basierte Viren haben. Einsträngige RNA-Viren mit positiver Polarität können sowohl als Genom und als “messenger RNA” fungieren. Letztere stellt die Information bereit, die notwendig ist, damit Ribosome in Wirtszellen die RNA in Protein umwandeln können, das wiederum als Ausgangspunkt für die Reproduktion des Virus benötigt wird. Weil dieser Replikation die Fähigkeit, zum Korrektur lesen fehlt, sind Mutationen des Genoms unter RNA-Viren sehr häufig, wobei die Mutation in beide Richtungen gehen kann, das Virus kann harmloser werden, es kann auch gefährlicher werden.
SARS-CoV-2 besteht aus einer einsträngigen RNA mit positiver Polarität (die Polarität gibt die Leserichtung bei der Replikation der RNA an).
Vor einiger Zeit haben wir einen Beitrag veröffentlicht, in dem wir von einer Studie berichtet haben, deren Autoren die Anzahl der Stämme, die den Mutationen von SARS-CoV-2 zu Grunde liegen, bestimmt haben. Sie konnten drei Stämme identifizieren, die eine unterschiedliche geographische Verteilung aufweisen und die sie Typ A, B und C getauft haben.
Die chinesischen Forscher um Lanjuan Li von der Zhejiang University haben 11 Patienten die alle an einer milden oder schweren Form von COVID-19 erkrankt waren und im Krankenhaus behandelt wurden, Proben entnommen und die Proben einer Prozedur unterzogen, die als “ultra deep sequencing” bekannt ist. Dabei wird jeder Baustein, aus dem das Virus besteht mehr als 100 Mal gelesen, was die Wahrscheinlichkeit, Mutationen zu übersehen, erheblich reduziert.
Die folgende Tabelle gibt die wichtigsten epidemiologischen Informationen der 11 Patienten, die den Sample von Yao et al. ausmachen.
In den Proben, die den elf Patienten entnommen wurden, konnten die Forscher
- 31 Mutationen von SARS-CoV-2 identifizieren;
- 19 der Mutationen finden sich in keiner Datenbank (z.B. bei Nextstrain oder dem Chinesischen National Center for Bioinformation, sind also neu. Die Proben wurden in der Zeit zwischen dem 22. Januar und dem 4. Februar entnommen. Trotz dieses frühen Datums ergeben sich bereits 31 Mutationen des Virus in 11 Patienten! Daraus muss man schließen, dass die Fähigkeit von SARS-CoV-2, zu mutieren, bislang erheblich unterschätzt wurde;
- Mutationen auf drei Nukleotiden haben die Fähigkeit von SARS-CoV-2 über sein Spike-Protein an den menschlichen ACE2-Rezeptor anzubinden, verbessert; Um dieses Ergebnis zu prüfen, haben die chinesischen Forscher Zellkulturen mit den entsprechenden Mutationen infiziert. Dabei haben sie festgestellt, dass diese neuen, aggressiven Stämme von SARS-CoV-2 imstande waren, eine um das 270fache höhere Virenlast zu produzieren als weniger aggressive Stämme und ihre Wirtszellen viel schneller zerstörten. Die Verbreitung von Stämmen unterschiedlicher Aggressivität könnte eine Variable sein, die die unterschiedliche Letalität von COVID-19 in verschiedenen Ländern erklärt oder zumindest zum Teil erklärt.
- Schließlich haben die Forscher mit Patient ZJU_11 einen besonderen Fall in ihrem Sample identifiziert:
- Normalerweise mutiert ein Nukleotid in der RNA-Sequenz, bei ZJU_11 konnte eine tri-nucleotide Mutation nachgewiesen werden, also drei Nukleotide in einer Reihe sind gleichzeitig mutiert.
- Als Folge davon ist die Virenlast, die dieser Patient z.B. durch Husten an seine Umgebung abgegeben hat, viel höher ausgefallen als bei anderen Patienten.
- Patient ZJU_11 wurde 45 Tage infolge positiv auf SARS-CoV-2 getestet, viel länger als die bislang als Obergrenze angenommen 27 Tage von Infektion bis zum Verschwinden des Virus aus dem Organismus.
Die Forscher fassen ihre Ergebnisse wie folgt zusammen:
“In short, our study provides direct evidence that mutations currently occuring in the SARS-CoV-2 genome have the functional potential to impact the viral pathogenicity” (24)
Mit anderen Worten: SARS-CoV-2 hat nicht nur das Potential durch Mutationen gefährlicher zu werden, das Virus hat dieses Potential auch bereits in verschiedenen Mutationen umgesetzt.
In welchem Zusammenhang unterschiedliche Stämme von SARS-CoV-2 mit unterschiedlicher Letalität zu den unterschiedlichen Todeszahlen stehen, die aus unterschiedlichen Ländern berichtet werden, ist eine Frage, die es nunmehr zu beantworten gilt.
Yao, Hangping et al. (2020). Patient-derived mutations impact pathogenicity of SARS-CoV-2.
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