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Immunität, Tests und Neandertaler-Gene: 11 neue Studien zum Coronavirus

watson.ch-Logo watson.ch 15.07.2020 Daniel Huber
Teaserbild © Shutterstock Teaserbild

Die Forschung über das neuartige Coronavirus läuft weltweit ohne Pause. Hier sind einige neue Studien zu SARS-CoV-2 und der von ihm ausgelösten Krankheit Covid-19.

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Immunität könnte nur kurz dauern

Eine Studie von Wissenschaftlern um Jeffrey Seow vom King's College in London legt den Schluss nahe, dass Covid-19-Patienten mit milden Krankheitsverläufen weniger Antikörper bilden als solche mit schweren Verläufen. Zudem scheint der Spiegel an Antikörpern nach der Genesung schnell wieder abzufallen. Die Forscher untersuchten bei 94 nachweislich mit SARS-CoV-2 infizierten Patienten während drei Monaten den Antikörpertiter. Auf dem Höhepunkt der Infektion besassen 60 Prozent der Testpersonen neutralisierende Antikörper, die das Virus an der Vermehrung hindern. Am Ende des untersuchten Zeitraums waren es nur noch 16,7 Prozent. Der Antikörper-Spiegel korrelierte zudem mit dem Schweregrad der Infektion: Er war bei jenen Patienten höher, die einen ernsten Verlauf erlebt hatten. Er blieb bei diesen Fällen auch länger hoch als bei den milden Fällen.

Antikörper attackieren ein SARS-CoV-2. Antikörper attackieren ein SARS-CoV-2.

Die noch nicht begutachtete Studie hat weitreichende Implikationen für die Entwicklung eines Impfstoffs gegen SARS-CoV-2. Ein Impfstoff, der den Körper zur Produktion von neutralisierenden Antikörpern bringen soll, müsste dann eventuell mehrmals verabreicht werden. Dass eine Infektion mit SARS-CoV-2 möglicherweise nur zu einer kurzfristigen Immunität führt, wäre nicht erstaunlich: Auch gegen andere Coronaviren, die schon länger unter Menschen kursieren und oft Erkältungen auslösen, sind wir nur kurzzeitig immun.

Immunsystem bildet stabile T-Zellen

Neben den Antikörpern spielen auch die sogenannten T-Zellen eine wichtige Rolle bei der Abwehr von Pathogenen. T-Zellen erkennen von einem Erreger befallene Körperzellen und vernichten diese. Neue Untersuchungen des Karolinska Institutet und des Karolinska University Hospital in Schweden zeigen, dass viele Covid-19-Patienten eine sogenannte T-Zell-vermittelte Immunität gegen SARS-CoV-2 aufweisen. Bei Patienten mit schwerem Verlauf trat diese T-Zell-Antwort auf die Infektion zusammen mit einer Antikörper-Antwort auf. Aber auch Patienten mit leichtem oder asymptomatischem Verlauf, die kaum Antikörper entwickelt hatten, zeigten eine T-Zell-Immunität.

Darstellung von T-Zellen (rot), die Krebszellen angreifen. Darstellung von T-Zellen (rot), die Krebszellen angreifen.

Die T-Zell-Antwort stimmte mit Messungen überein, die nach der Impfung mit zugelassenen Impfstoffen gegen andere Viren durchgeführt wurden. Unklar ist freilich noch, wie lange diese stabilen Gedächtnis-T-Zellen überleben. T-Zell-Analysen sind überdies komplizierter durchzuführen als Antikörpertests und werden daher derzeit nur in spezialisierten Labors durchgeführt.

Neuer Schnelltest

Ein Forscherteam um Christian Kaltschmidt vom Lehrstuhl für Zellbiologie der Universität Bielefeld hat einen Schnelltest entwickelt, der in nur 16 Minuten eine SARS-CoV-2-Infektion feststellen können soll. Bei herkömmlichen PCR-Tests muss die RNA des Virus vervielfältigt werden, damit sie nachgewiesen werden kann. Dies geschieht in einem sogenannten Thermocycler, in dem die Temperatur in einem festgelegten Rhythmus verändert wird. Die Forscher aus Bielefeld haben nun einen besonders schnellen Thermocycler entwickelt, der überdies mehrere Proben parallel analysieren kann. Er kommt damit auf rund 570 Auswertungen pro Stunde.

Bei herkömmlichen PCR-Tests muss die RNA des Virus vervielfältigt werden. Bei herkömmlichen PCR-Tests muss die RNA des Virus vervielfältigt werden.

Der Schnelltest würde sich für Alltagssituationen eignen, beispielsweise im Tourismus. «Wenn beispielsweise Kreuzfahrtschiffe ihren Betrieb wieder aufnehmen, könnten sie in kurzer Zeit jede Person testen, bevor sie an Bord geht», stellte Kaltschmidt in einer Mitteilung der Hochschule fest. Noch ist nicht klar, wann solche Tests zu welchen Kosten verfügbar sein werden.

Alltagsmasken schützen Mitmenschen

Christian J. Kähler und Rainer Hain vom Institut für Strömungsmechanik und Aerodynamik der Universität der Bundeswehr in München haben mithilfe der Particle Image Velocimetry bestimmt, wie sich Luftströme und Partikel beim Husten mit oder ohne Maske verhalten. Zusätzlich testeten sie die Durchlässigkeit bestimmter Stoffe für Partikel und bestimmten die Luftströme um die Maske herum. Ein einfacher Mund-Nase-Schutz oder eine OP-Maske konnten demnach die Verbreitung von ausgeatmeter Luft und Aerosolen effektiv verringern. Dies schützt Personen in unmittelbarer Nähe vor einer Tröpfcheninfektion.

Zum eigenen Schutz sind allerdings enganliegende, partikelfilternde Halbmasken erforderlich, da bei den normalen Masken Luft um die Ränder eindringen kann. Solche Masken können aber zumindest verhindern, dass sich der Träger dauernd ins Gesicht fasst. Haushaltsmaterialien, aus denen einfache Masken selber hergestellt werden können, filtern Luftpartikel und Tröpfchen von 0,3 bis 2 µm Grösse nicht sehr effizient. Lediglich Staubsaugerbeutel mit Feinstaubfilter zeigten einen vergleichbaren oder sogar besseren Filtereffekt als kommerzielle FFP2-, N95- und KN95-Halbmasken.

Neandertaler-Gene erhöhen Covid-19-Risiko

Bei Europäern stammen etwa zwei Prozent des Erbguts vom Neandertaler. Die DNA dieses nahen Verwandten beeinflusst unter anderem Haut- und Haarfarbe, Stimmung, Rauchverhalten oder Nachtaktivität. Forscher des Max-Planck-Instituts für evolutionäre Anthropologie in Leipzig haben nun in einer Vorabveröffentlichung die These vorgestellt, dass ein DNA-Abschnitt, den wir von den urzeitlichen Zeitgenossen geerbt haben, für ein erhöhtes Covid-19-Risiko sorgt. Es handelt sich um einen bestimmten Haplotyp – eine Kombination der Zustandsformen mehrer Gene auf einem Chromosom – auf Chromosom Nummer 3, der in Europa bei acht Prozent der Einwohner vorhanden ist.

In Südasien ist der Abschnitt besonders häufig, in Afrika dagegen ist er nicht vertreten. Dass dieser Abschnitt erhalten blieb, dürfte daran liegen, dass er einen Vorteil hat – eventuell sorgt er für ein besonders aktives Immunsystem, wie Wissenschaftler spekulieren. Ein aktives Immunsystem kann im Fall einer Covid-19-Erkrankung aber für Probleme sorgen, wenn noch weitere Risikofaktoren hinzutreten.

SARS-CoV-2 Produkt eines Gen-Austauschs unter Coronaviren

Eine in der Zeitschrift «Nature Structural & Molecular Biology» erschienene Studie von Wissenschaftlern um Antoni Wrobel vom britischen Francis Crick Institute präsentiert Forschungsergebnisse, wonach SARS-CoV-2 das Ergebnis von Begegnungen zwischen zwei oder mehreren Coronaviren ist, bei denen genetisches Material ausgetauscht wurde. Der Vorläufer von SARS-CoV-2 könnte sich danach bei verschiedenen Wirtstieren zur heutigen Form entwickelt haben. Die Forscher richteten ihr Augenmerk besonders auf das «Spike-Protein» des Virus, das ihm ermöglicht, in menschliche Zellen einzudringen.

Struktur des SARS-CoV-2-Spike-Glykoproteins. Struktur des SARS-CoV-2-Spike-Glykoproteins.

Dieses Spike-Protein ist zu 97 Prozent mit jenem des nahe verwandten Coronavirus RaTG13 identisch. RaTG13 kommt in Fledermäusen vor. Signifikante Unterschiede fanden die Wissenschaftler an der Stelle, mit der SARS-CoV-2 sich an den ACE2-Rezeptor von menschlichen Zellen bindet. Die Änderungen im Vergleich zu RaTG13 machen SARS-CoV-2 stabiler und ermöglichen es ihm, sich 1000-mal leichter an eine menschliche Zelle zu binden als RaTG13.

Grosse regionale Unterschiede bei Infektionsrate in Spanien

Wissenschaftler um Marina Pollán vom Instituto de Salud Carlos III in Madrid untersuchten zwischen dem 27. April und 11. Mai mehr als 61'000 Personen aus zufällig ausgewählten Haushalten in ganz Spanien auf SARS-CoV-2-Antikörper. Diese Antikörper werden vom körpereigenen Immunsystem als Reaktion auf eine Infektion mit SARS-CoV-2 produziert. Die Studie ergab grosse geographische Differenzen in der Prävalenz dieser Antikörper: Während in zentralen Gebieten wie der Metropolitan-Region Madrid rund 10 Prozent der Personen einen positiven Test aufwiesen, waren es in den Küstenregionen weniger als 3 Prozent. Der nationale Durchschnitt lag bei 5 Prozent.

Von diesen positiv Getesteten war etwa jeder Dritte asymptomatisch. Die Forscher schätzen daher, dass in Spanien rund eine Million Personen, die sich mit SARS-CoV-2 angesteckt hatten, unentdeckt blieben, weil sie keine Symptome zeigten.

Immunreaktion ist tödlicher als das Virus selbst

Eine autopsiebasierte Studie von Wissenschaftlern um Christopher Lucas und David Dorward vom Centre for Inflammation Research der Universität Edinburgh deutet darauf hin, dass bei schweren Verläufen von Covid-19 Immunreaktionen anstelle des Virus zum Tod führen. Die Forscher führten bei 11 Personen, die an Covid-19 verstorben waren, detaillierte Autopsien durch und suchten an 37 anatomischen Stellen, darunter der Lunge, nach Viruskonzentrationen und Organschäden durch Entzündungen.

Sie fanden lediglich eine geringe Korrelation zwischen den Viruskonzentrationen und den Entzündungen. Einige Gewebe enthielten das Virus, waren aber nicht entzündet, während andere geschädigt waren, aber keine hohen SARS-CoV-2-Konzentrationen enthielten. Zahlreiche frühere Studien haben bereits gezeigt, dass bei schweren Fällen einer Covid-19-Erkrankung das Immunsystem zur Schädigung der Organe beiträgt.

Blutspender-Tests: Bisher nur wenig Personen in Kontakt mit dem Virus

Eine breit angelegte serologische Untersuchung des Robert-Koch-Instituts in Deutschland an 12'000 Blutspendern hat festgestellt, dass lediglich bei 1,3 Prozent der Getesteten Antikörper gegen SARS-CoV-2 vorhanden waren. Dieses Ergebnis der nicht-repräsentativen Studie zeige, dass der Grossteil der Einwohner in Deutschland noch nicht mit dem neuartigen Coronavirus in Kontakt gekommen sei, sagte Lothar Wieler, Präsident des Robert-Koch-Instituts. Dies bedeute umgekehrt, dass das Virus sich noch stark verbreiten könne.

Ein weiteres Ergebnis der Studie war, dass Männer in der Blutspendepopulation signifikant häufiger von SARS-CoV-2-Infektionen betroffen waren als Frauen. Bei den Altersgruppen war jene der 40–49-Jährigen am wenigsten betroffen; dagegen waren die Altersgruppen 20–24 Jahre, 25–29 Jahre, 30–39 Jahre und 50–59 Jahre signifikant häufiger seropositiv.

Testfrequenz ist wichtiger als Testempfindlichkeit

Tests, die auf der Technik der quantitativen Polymerase-Kettenreaktion (qPCR) beruhen, können sehr geringe Mengen von genetischem Material des neuartigen Coronavirus nachweisen, sie sind also empfindlicher. Allerdings sind sie teuer und es dauert lange, bis Ergebnisse vorliegen. Weniger empfindliche, dafür häufigere Tests könnten die Ausbreitung des Virus in Menschengruppen – etwa an Universitäten – offenbar besser einschränken.

Zu diesem Ergebnis kam eine Studie von Wissenschaftlern um Michael Mina von der Harvard TH Chan School für öffentliche Gesundheit in Boston. Die Forscher modellierten die Auswirkungen von wöchentlichen Überwachungstests zusammen mit Fallisolierung im Vergleich zu lediglich alle 14 Tage durchgeführten Überwachungstests. Im ersten Fall blieb der Ausbruch im Modell begrenzt, selbst wenn die Testmethode weniger empfindlich war als bei qPCR. Im Vergleichsfall nahm die Gesamtzahl der Infektionen fast so stark zu, als ob überhaupt keine Tests durchgeführt würden.

Contact-Tracing identifiziert Fälle bis zu 5 Schritte zurück

Kurz nach der Wiedereröffnung der südkoreanischen Nachtklubs am 30. April stellten die Gesundheitsbehörden des ostasiatischen Landes mehrere Covid-19-Erkrankungen fest. Die Infizierten hatten den Ausgangsbezirk Itaewon in der Hauptstadt Seoul besucht. Jin Yong Lee und sein Forscherteam vom Boramae Medical Center der Seoul National University verwendeten Standortdaten von Mobiltelefonen, Daten von Transaktionen mit Kreditkarten und weitere Informationen, um mehr als 60'000 Personen zu identifizieren, die Zeit in den Klubs von Itaewon oder in deren Nähe verbracht hatten. Bis Ende Mai waren rund 40'000 von ihnen auf SARS-CoV-2 getestet worden. Das Ergebnis: 246 infizierte Personen, von denen mehrere in der Übertragungskette 4 oder sogar 5 Schritte weit von den Klubbesuchern entfernt waren.

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