Wie Viren sich ausbreiten, mutieren und zu neuen Varianten werden

Ein Virus benötigt eine Wirtszelle, um Kopien von sich selbst zu erstellen. Jedes Mal, wenn dieses Kopieren erfolgt, besteht die Möglichkeit, dass die neue Kopie sich leicht vom Original unterscheidet – eine Veränderung, die als Mutation bezeichnet wird. Wenn genug Mutationen in einer Linie akkumuliert sind, beginnen Gesundheitsbehörden, sie als Variante zu bezeichnen. Wenn dieser Prozess sich über Millionen von Infektionen wiederholt, ist dies, wie Atemwegsviren wie Influenza oder SARS-CoV-2 sich im Laufe der Zeit kontinuierlich verändern.

Wie ein Virus von Person zu Person übertragen wird

Die Weltgesundheitsorganisation unterteilt die Übertragungswege von Atemwegsviren zwischen Menschen in Kontakt-, Tropfen- und Luftübertragung. Die Kontaktübertragung erfolgt, wenn virushaltige Sekrete direkt zwischen Menschen oder indirekt über eine kontaminierte Oberfläche übertragen werden. Die Tröpfchenübertragung umfasst größere Atemwegspartikel – über 5 bis 10 Mikrometer groß – die zu Boden fallen oder auf den Mund, die Nase oder die Augen einer anderen Person landen, und das innerhalb von etwa einem Meter. Die Luftübertragung umfasst kleinere Partikel, die in der Luft schweben bleiben und weiter reisen können; die WHO sagt, dass diese Route am deutlichsten während medizinischer Verfahren dokumentiert ist, die Aerosole erzeugen.

In ihren Kommentaren zu SARS-CoV-2 verweist die WHO darauf, dass Fallcluster in überfüllten, schlecht belüfteten Innenräumen gemeldet wurden – Restaurants, Fitnessstudios, Gotteshäuser – besonders nach engen Kontakten von etwa einer Stunde oder länger. Belüftung, physischer Abstand und gemeinsam verbrachte Zeit beeinflussen alle, wie leicht sich ein Atemwegsvirus in einer Gruppe ausbreitet.

Ausbreitung messen: die Reproduktionszahl

Epidemiologen fassen zusammen, wie schnell sich eine Infektion mit der grundlegenden Reproduktionszahl, R0, ausbreitet – die erwartete Anzahl neuer Infektionen, die von einer infizierten Person in einer vollständig anfälligen Bevölkerung verursacht werden, nach einer auf der PubMed Central (PMC)-Plattform der US National Institutes of Health veröffentlichten Übersicht. Wenn R0 über 1 liegt, überträgt eine typische infizierte Person das Virus durchschnittlich auf mehr als eine andere Person und der Ausbruch wächst; wenn er unter 1 bleibt, schrumpft der Ausbruch. Die Übersicht vermerkt, dass R0 von der Kontaktrate zwischen Menschen, der Wahrscheinlichkeit der Übertragung pro Kontakt und der Dauer der Infektiosität abhängt – nicht allein vom Erreger.

Vom Kopierfehler zur Mutation

Mutationen sind nicht etwas, das ein Virus absichtlich tut. Nach Angaben der WHO sind Mutationen einfach die Veränderungen, die auftreten, wenn das genetische Material eines Virus kopiert wird; die Organisation verweist darauf, dass je mehr sich ein Virus ausbreitet und repliziert, desto mehr Gelegenheiten es hat, solche Veränderungen aufzugreifen. RNA-Viren wie Coronaviren und Influenza sammeln diese Kopierfehler besonders oft an, nach einem von Science News Explores, einer Publikation der Society for Science, veröffentlichten Erklärtext.

Die US-amerikanischen Centers for Disease Control and Prevention (CDC) erklären, dass SARS-CoV-2 weiterhin Mutationen in seiner genetischen Sequenz ansammelt, während es zirkuliert. Die meisten dieser Veränderungen machen keinen bemerkenswerten Unterschied in der Verhaltensweise des Virus.

Wann eine Mutation zu einer Variante wird – und vielleicht zu einem Stamm

Die WHO definiert eine Variante als ein Virus mit einer oder mehreren neuen Mutationen im Vergleich zu der Version, von der es abstammt. Science News Explores zieht eine weitere Unterscheidung: Eine Variante wird erst zu einem Stamm, wenn Forscher zeigen können, dass sie eine echte neue biologische Fähigkeit hat, wie z.B. sich leichter auszubreiten, schwerere Krankheiten zu verursachen oder die aus früherer Infektion oder Impfung aufgebaute Immunität teilweise zu umgehen. Nach dieser Logik ist jeder Stamm eine Variante, aber nicht jede Variante qualifiziert sich als Stamm.

Ob sich eine neue Variante ausbreitet, hängt von der natürlichen Auslese ab. Veränderungen, die es einer Viruskopie weniger möglich machen, Zellen zu infizieren, verschwinden tendenziell schnell, während Veränderungen, die das Virus in seiner derzeitigen Umgebung angepasster machen – übertragbarer, besser darin, Immunabwehr zu umgehen, oder beides – dazu neigen, mit der Zeit häufiger zu werden, nach Science News Explores. Da große Ausbrüche mehr Infektionen erzeugen und daher mehr Replikationsereignisse, gibt anhaltend hohe Übertragung einem Virus mehr Chancen, die Art von Mutation zu erzeugen, die sich in eine erfolgreiche neue Variante verwandelt.

Wie Behörden neue Varianten verfolgen

Um mit viralen Veränderungen Schritt zu halten, führt die CDC eine genomische Überwachung durch: Labore sequenzieren den genetischen Code von Virusproben von Patienten und laden die Sequenzen in gemeinsame Datenbanken hoch, damit Forscher sie vergleichen können. Die Agentur gruppiert verwandte Sequenzen in Linien unter Verwendung des Pango-Nomenklatursystems, ein international von Behörden des öffentlichen Gesundheitswesens und Forschern verwendeter Benennungsrahmen, um zu verfolgen, wie Linien zueinander stehen und sich im Laufe der Zeit ausbreiten, nach Angaben der CDC.

Die Überwachung kombiniert diese genetischen Daten mit phänotypischen Daten – direkte Labor- oder klinische Beobachtungen, wie sich eine Variante tatsächlich verhält – um zu beurteilen, ob bestehende Tests, Behandlungen und Impfstoffe noch dagegen wirken, sagt die CDC. Die WHO fügt hinzu, dass COVID-19-Impfstoffe entwickelt wurden, um eine breite Immunantwort auszulösen, die mehrere Arten von Antikörpern und Immunzellen umfasst, weshalb einzelne Mutationen von selbst unwahrscheinlich eine Impfung völlig unwirksam machen; wenn eine Variante den Schutz erheblich verringert, sagt die WHO, kann die Impfstoffzusammensetzung als Reaktion darauf aktualisiert werden.