Die in zahlreichen Ländern aufgetretenen Varianten des SARS-CoV-2-Virus beunruhigen die Bevölkerung und die politischen Entscheidungsträger; in Deutschland wird das Infektionsschutzgesetz novelliert.

In Deutschland breitet sich vor allem die Variante B.1.1.7 aus, die eine erhöhte Ansteckungsfähigkeit zu besitzen scheint. Was diese Variante auszeichnet und wie sich diese Mutationen der Virus-RNA für den einzelnen Betroffenen und die Gesamtbevölkerung auswirken, untersuchte ein Autorenteam der medizinischen Fakultät der Universität Pittsburgh. Schlussfolgerung: Die ersten mutierten SARS-CoV-2-Stämme entstanden vor allem in immunsupprimierten Patienten nach langer Krankheitsdauer [1].

Erste SARS-CoV-2-Mutanten im Jahr 2020

Die ersten Isolierungen mutierter Viren wurden im Jahr 2020 bei immunsupprimierten Patienten beschrieben, die das SARS-CoV-2-Virus aufgrund ihrer Abwehrschwäche über längere Zeit nicht eliminieren konnten. Im Mittel konnten bei diesen Patienten 115 Tage lang infektiöse SARS-CoV-2-Viren aus Abstrichen isoliert werden. Gegen Ende ihrer Erkrankung wurden die Patienten entweder mit noch positiver SARS-CoV-2-PCR entlassen oder verstarben an der COVID 19-Infektion. In einigen SARS-CoV-2-Isolaten dieser Patienten wurden zum ersten Mal die Mutationen und Gendeletionen nachgewiesen, die sich später als „britische“, „südafrikanische“ und „brasilianische“ Variante in der Allgemeinbevölkerung ausbreiteten. Offenbar gelang es dem Virus, während seiner wochenlangen Auseinandersetzung mit dem geschwächten Immunsystem dieser Patienten, seine Bindungsfähigkeit an menschliche Zielzellen im Vergleich zum Wildvirus deutlich zu steigern. Die Autoren vermuten, dass die mutierten Viren, ausgehend von den mit positiver PCR entlassenen Patienten, ihren Weg in die Bevölkerung gefunden haben.

Bisherige Virusmutationen

Durch geringe Änderungen seiner genetischen Information gelingt es dem Virus, die Bindungsstelle, mit der es an den menschlichen Zielzellen anbindet, so zu verändern, dass die Bindung noch schneller und präziser erfolgt als beim Wildtyp-Virus. Dadurch können mehr Zellen infiziert werden, bevor der Wirt seine Immunantwort in Gang setzt. Damit steigt auch die Infektiosität der infizierten Patienten für andere Personen in ihrer Umgebung. Bei der britischen Variante B.1.1.7 gelingt dies durch Änderung einer einzigen Aminosäure im Spike-Protein, dem für die Bindung an die menschliche Zielzelle zuständigen Protein des Virus. Es sitzt am äußersten Ende der dornartigen Fortsätze, die dem Virus das kronenähnliche Aussehen verleihen (lat. Corona= Krone)

Auswirkung der Mutationen

Sowohl das britische Virus B.1.1.7 als auch die südafrikanische Variante B.1.351 tragen die Mutation D614G, die dem Virus seine bessere Bindungseigenschaft verleiht. Es musste dafür nur eine der mehreren Hundert Aminosäuren, aus denen das Bindungsmolekül besteht, durch ein anderes Molekül austauschen. Ein geringer Aufwand für das Virus, aber eine erhebliche Erhöhung der Ansteckungsgefahr für den menschlichen Wirt. Aufgrund von Laborversuchen wird geschätzt, dass die Ansteckungs- und Ausbreitungsgefahr bei der britischen Mutante etwa doppelt so hoch ist als beim Wildtyp-Virus. Beim südafrikanischen Virus besteht im Labor sogar eine fünffach höhere Bindungsstärke [2].

Beide Mutanten weisen aber auch noch eine andere Mutation auf, die als E484K bezeichnet wird. Diese Mutation wirkt sich auf die Bindungsfähigkeit von spezifischen Antikörpern aus. Werden nach einer Impfung oder nach einer natürlichen Infektion Antikörper gegen das Virus gebildet, so können diese das Virus schlechter neutralisieren. Das mutierte Virus „blockiert“ die Antikörperbindungsstelle. Die gleiche Mutation wurde auch bei einer Virusvariante entdeckt, die als B.1.526 bezeichnet wurde und in New York (USA) vorkommt. Ob die Impfstoffe gegen eine Infektion mit diesen Mutanten allerdings tatsächlich schlechter wirksam sind, ist aktuell noch nicht sicher. Impfstoffe verstärken jedenfalls auch zelluläre Immunfunktionen gegen das Virus, die durch die Mutation nicht beeinträchtigt sein dürften.

Höhere Letalität

Für die britische Mutante B.1.1.7 wurde die verstärkte Infektionsfähigkeit kürzlich auch in einer bevölkerungsbezogenen Studie nachgewiesen [3]. Die Autoren werteten Daten von PCR-positiven, ambulanten Patienten aus ganz England und Schottland aus. Parallel zu den Laborergebnissen wurden aus den Meldedaten der Gesundheitsämter die demographischen Charakteristika (Alter, Geschlecht, ethnische Zugehörigkeit sowie Todesfallmeldung wegen COVID 19) entnommen. Todesfälle wurden einer COVID 19-Infektion zugerechnet, wenn sie sich innerhalb von 28 Tagen nach dem Eintritt der PCR-Positivität ereigneten.

Von den 1,15 Millionen ambulant getesteten Personen, die zwischen Oktober und Dezember 2020 einen positiven PCR-Test hatten, wiesen 58,8 Prozent eine Infektion mit der britischen Variante B1.1.7 auf. Die 28-Tage-Letalität im Zusammenhang mit einer Infektion durch die Mutante lag bei Personen unter 55 Jahren unter 0,1 Prozent und war nicht wesentlich verschieden von derjenigen bei zuvor zirkulierenden Wildtyp-Stämmen. Bei Personen über 55 Jahren, vor allem aber ab 70 Jahren, war die Letalität jedoch deutlich erhöht (Tabelle 1). Das zeigt, dass das mutierte Virus sich vor allem bei Personen mit altersbedingt bereits geschwächtem Immunsystem aggressiver verhält und in einem höheren Prozentsatz mit einem tödlichen Verlauf assoziiert ist.

Kommentar

Die Tatsache, dass das Virus bisher nur an wenigen Stellen seines Bindungsmoleküls molekulare Änderungen vorgenommen hat, spricht dafür, dass sein molekularer „Einfallsreichtum“ begrenzt ist. Andernfalls würde es wohl kaum zu erklären sein, dass das Virus in New York, Südafrika und Großbritannien die gleichen Molekülveränderungen vorgenommen hat, um ansteckender zu werden und einen Antikörperangriff abzuwehren. Das lässt hoffen, dass das Arsenal möglicher Mutationen bald bekannt ist und sich auf diese Weise die Möglichkeit bietet, die Impfstoffe an die neuen Varianten anzupassen.

In der Zwischenzeit ist allerdings damit zu rechnen, dass das B.1.1.7-Virus bei einer größeren Zahl von Menschen schwere Erkrankungen hervorruft, als dies beim Wildtyp-Virus im Jahr 2020 der Fall war. Die britische Studie zeigt, dass die Letalität gerade bei Personen ab 55 Jahren um den Faktor 1,5 ansteigt.

„Das mutierte Virus verhält sich vor allem bei Personen mit altersbedingt bereits geschwächtem Immunsystem aggressiver und ist in einem höheren Prozentsatz mit einem tödlichen Verlauf assoziiert.“

Geschlecht, Alter (Jahre)	Letalität (%) bei Infektion mit		Letalitätserhöhung um Faktor
	Wildtypvirus	Mutante B.1.1.7
Weiblich
0-54	<0,1	<0,1	minimal
55-69	0,18	0,28	1,55
70-84 Jahre	2,9	4,4	1,52
>85 Jahre	13,0	19,0	1,46
Männlich
0-54	<0,1	<0,1	minimal
55-69	0,56	0,86	1,54
70-84 Jahre	4,7	7,2	1,53
>85 Jahre	17,0	26,0	1,53