Während sich SARS-CoV-2 rund um den Globus ausbreitet, mutiert es, das heißt, es nimmt genetische Veränderungen vor.
Der Begriff „virale Mutation“ mag zwar beunruhigend klingen, aber es ist wichtig zu verstehen, dass viele dieser Mutationen geringfügig sind und keinen Einfluss darauf haben, wie schnell sich ein Virus ausbreitet oder wie schwer eine Virusinfektion möglicherweise verläuft. Einige Mutationen könnten das Virus sogar weniger infektiös machen.
Viel von unserem Wissen darüber, wie sich Viren verändern, um der natürlichen oder durch Impfung hervorgerufenen Immunität zu entgehen, stammt aus der Beobachtung des Grippevirus und der ständigen Aktualisierung von Grippeimpfstoffen. Influenzaviren verändern sich vor allem auf zwei Arten: Antigendrift und Antigenshift.
Ein Vergleich der Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen Coronaviren und Grippeviren kann uns helfen zu verstehen, wie sich diese Ähnlichkeiten und Unterschiede auf potenzielle COVID-19-Impfstoffe auswirken könnten.
Antigendrift
Während der Replikation eines Virus kommt es zu zufälligen „Kopierfehlern“ (d. h. genetischen Mutationen) in seinen Genen. Im Laufe der Zeit können diese genetischen Kopierfehler neben anderen Veränderungen des Virus auch zu Veränderungen der Oberflächenproteine oder Antigene des Virus führen.
Unser Immunsystem verwendet diese Antigene, um das Virus zu erkennen und zu bekämpfen. Was passiert also, wenn ein Virus mutiert, um sich unserem Immunsystem zu entziehen?
Bei Influenzaviren häufen sich genetische Mutationen, die dazu führen, dass die Antigene „driften“ – das heißt, die Oberfläche des mutierten Virus sieht anders aus als das ursprüngliche Virus.
Wenn das Influenzavirus weit genug driftet, wirken Impfstoffe gegen alte Virusstämme und die Immunität aus früheren Influenzavirus-Infektionen nicht mehr gegen die neuen, driftenden Stämme. Eine Person wird dann anfällig für die neueren, mutierten Grippeviren.
Die antigene Drift ist einer der Hauptgründe, warum der Grippeimpfstoff jedes Jahr überprüft und aktualisiert werden muss, um mit dem sich verändernden Grippevirus Schritt zu halten.
Kann das auch bei SARS-CoV-2 passieren?
Nach dem, was bisher über die genetische Entwicklung von SARS-CoV-2 beobachtet wurde, scheint das Virus im Vergleich zu anderen RNA-Viren relativ langsam zu mutieren. Die Wissenschaftler vermuten, dass dies auf seine Fähigkeit zurückzuführen ist, neu erstellte RNA-Kopien „Korrektur zu lesen“. Diese Korrekturfunktion ist bei den meisten anderen RNA-Viren, einschließlich der Influenza, nicht vorhanden. Bisherige Studien gehen davon aus, dass das neue Coronavirus etwa viermal langsamer mutiert als das Influenzavirus, das auch als saisonales Grippevirus bekannt ist. Obwohl SARS-CoV-2 mutiert, scheint es sich bisher antigenmäßig nicht zu verändern. Es ist jedoch zu beachten, dass SARS-CoV-2 ein neu entdecktes Virus ist, das Menschen infiziert. Es gibt noch viele Unbekannte, und unser Verständnis des SARS-CoV-2-Virus wächst weiter
Diese relativ langsame Mutationsrate für SARS-CoV-2 lässt uns hoffen, dass Impfstoffkandidaten gegen SARS-CoV-2 möglicherweise eine Hürde weniger haben, um einen Schutz über einen längeren Zeitraum zu bieten.
Antigenshift
Influenzaviren unterliegen einem Antigenshift, einer abrupten, größeren Veränderung der Virusantigene, die seltener vorkommt als die Antigendrift.
Sie tritt auf, wenn zwei unterschiedliche, aber verwandte Influenzavirusstämme gleichzeitig eine Wirtszelle infizieren. Da die Genome von Influenzaviren aus 8 separaten RNA-Stücken (den so genannten „Genomsegmenten“) bestehen, können sich diese Viren manchmal „paaren“, und zwar in einem Prozess, der „Reassortment“ genannt wird. Während des Reassortiments können sich die Genomsegmente zweier Influenzaviren zu einem neuen Influenzavirenstamm verbinden.
Das Ergebnis des Reassortiments ist ein neuer Virussubtyp mit Antigenen, die eine Mischung aus den ursprünglichen Stämmen sind.
Wenn es zu einer Verschiebung kommt, haben die meisten Menschen nur eine geringe oder gar keine Immunität gegen das resultierende neue Virus (wie durch die „x“-Markierungen unten dargestellt). Viren, die infolge eines Antigenshifts entstehen, können am ehesten Pandemien verursachen.
Coronaviren haben keine segmentierten Genome und können sich nicht reassortieren. Stattdessen besteht das Genom des Coronavirus aus einem einzigen, sehr langen Stück RNA. Wenn jedoch zwei Coronaviren dieselbe Zelle infizieren, können sie sich rekombinieren, was etwas anderes ist als Reassortierung. Bei der Rekombination wird ein neues einzelnes RNA-Genom aus Teilen der beiden „elterlichen“ Coronavirus-Genome zusammengesetzt. Es ist nicht so effizient wie das Reassortment, aber die Wissenschaftler glauben, dass Coronaviren in der Natur rekombiniert haben.
Wenn dies geschieht, bezeichnen die Wissenschaftler das resultierende Virus als „neues Coronavirus“. Die Entstehung eines neuartigen Coronavirus erfolgt zwar durch einen anderen Mechanismus als die Antigenverschiebung bei Influenzaviren, kann aber eine ähnliche Folge haben, nämlich eine pandemische Ausbreitung.
Alternativ können pandemische Influenzaviren manchmal nicht durch Reassortment, sondern durch „Zoonose“ entstehen, wenn ein Influenzavirus, das andere Tiere, oft Vögel oder Schweine, infiziert, auf den Menschen überspringt und sich zu verbreiten beginnt.
Dies geschieht auch bei Coronaviren, wobei neue menschliche Coronaviren oder Gene neuer menschlicher Coronaviren von Vorläufer-Coronaviren abstammen, die andere Tiere, wie Fledermäuse, Kamele oder Schuppentiere, infiziert haben.
Bislang haben wir gesehen, dass Coronaviren sich wie Influenzaviren verhalten, indem sie Ausbrüche und jetzt eine Pandemie durch Prozesse der Rekombination und Zoonose erzeugen, die neue menschliche Coronaviren hervorbringen (ähnlich der Antigenverschiebung und dem zoonotischen Ursprung neuer menschlicher Influenzavirus-Subtypen).
Bislang haben wir gesehen, dass menschliche Coronaviren mutieren, aber keine Antigendrift durchmachen. Dies ist eine gute Nachricht für Coronavirus-Impfstoffe. Dennoch gibt es angesichts der Ähnlichkeiten zwischen dem Verhalten von Influenzaviren und Coronaviren reichlich Grund, auf die Möglichkeit künftiger Antigenveränderungen bei SARS-CoV-2 zu achten und darauf vorbereitet zu sein, einen potenziellen COVID-19-Impfstoff gegebenenfalls zu ändern.