Wie kommt es zu Virusmutationen und wie können sie das Virus gefährlicher machen?

Anders als Bakterien können Viren nicht lange eigenständig überleben, sie brauchen Zellen, in die sie ihre Erbinformationen einschleusen und deren Funktionen sie nutzen können. Im Falle von SARS-CoV-2 dienen die menschlichen Körperzellen den Viren als Wirt. Und hier tun sie das, was im Grunde alles Leben tut: Sie vermehren sich. Dabei wird auch das Genom kopiert – und bei diesem Kopiervorgang passieren immer wieder kleine Fehler. Die entstandenen Veränderungen im Erbgut werden Mutationen genannt.

Die allermeisten Mutationen machen sich gar nicht bemerkbar, sie haben keinen nennenswerten Effekt. Es gibt aber auch Mutationen, die größere Auswirkungen haben. Die meisten dieser Mutationen nehmen dem Virus die Fähigkeit zu überleben. Etwa, indem sie es anfälliger machen für die Abwehrmechanismen des Körpers, oder die Viren verlieren ihre Fähigkeit, in andere Zellen einzudringen. Diese neu entstandenen Varianten gehen schnell zugrunde.

Andere Mutationen wiederum verschaffen dem Virus Vorteile bei der Verbreitung: Womöglich können sie besser den Immunzellen des menschlichen Körpers aus dem Weg gehen oder dringen schneller in die Wirtszellen ein.

Erklärvideo: Wie entstehen Mutationen bei Viren?

Das Gesetz der Evolution gilt auch für Viren

Die Varianten, die eine solche vorteilhafte Mutation aufweisen, breiten sich eher aus. Hier wirkt Darwins Gesetz der Evolution, Survival of the fittest. Eine Mutation ist eine Zufallsveränderung, mehr nicht. Aber bei Millionen von Viren – und damit Millionen von Mutationen – ergibt das Ganze plötzlich Sinn: Das unaufhörliche Versuchen und Irren hilft dem Virus, sich veränderten Umweltbedingungen anzupassen.

"Es ist ganz natürlich, dass Corona-Viren genauso wie etwa Influenza-Viren immer wieder mutieren", sagt Roman Wölfel, Oberstarzt und Leiter des Instituts für Mikrobiologie der Bundeswehr, München. "Corona-Viren sind in Sachen Mutation sogar übrigens eher langsam, weil sie sich darum bemühen, vergleichsweise wenig Fehler in ihr Genom einzubauen." Trotzdem hat ihre Rate an Mutationen ausgereicht, um vor allem in den letzten Monaten und Wochen neue Varianten hervorzubringen, die den Viren wichtige Vorteile verschaffen.

Welche Varianten gelten als „besorgniserregend“?

Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) hat derzeit fünf Varianten als „variants of concern“ eingestuft. Als „besorgniserregende Varianten“ bezeichnet das Robert-Koch-Institut (RKI) diese sogenannten VOC-Varianten. Das sind: Alpha (B1.1.7), Beta (B.1.351), Gamma (P.1.), Delta (B.1.617.2.) und Omikron (B1.1.529). Letztere ist Ende November 2021 erstmals in Deutschland bei Reiserückkehrern aus Afrika nachgewiesen worden.

Zunächst bezeichnete man die Varianten jeweils nach dem Land, in dem sie zuerst festgestellt wurden. Alpha wurde als „britische Variante“ bezeichnet, Beta als „südafrikanische Variante“. Gamma hieß zunächst „brasilianische Variante“, Delta „indische Variante“. Omikron, die neueste Variante, wurde zuerst im südlichen Afrika entdeckt. Da die Bezeichnungen nach dem Ursprungsland aber diskriminierend sein können, benennt die WHO die besorgniserregenden Varianten nach Buchstaben des griechischen Alphabets.

Was weiß man über die vorherrschende Delta-Variante?

Es sind zahlreiche Mutationen von SARS-CoV-2 bekannt, aber eine Mutation steht seit längerem im Zentrum der Aufmerksamkeit: Die sogenannte Delta-Variante, die zuerst in Indien entdeckt wurde.

Die Delta-Variante, auch B.1.617.2 genannt, ist aktuell die am weitesten verbreitete Mutation von SARS-CoV-2. Sie ist in Deutschland seit Ende Juni 2021 die dominierende Variante, so das RKI. Damit hat sie die Alpha-Variante (siehe unten) als vorherrschende Variante abgelöst, die wiederum zuvor den sogenannten Wildtyp abgelöst hatte. Der Wildtyp ist die ursprüngliche Virusvariante, wie sie in China zuerst aufgetaucht war.

Die Delta-Variante und ihre Eigenschaften wurden intensiv erforscht. Als gesichert gilt, dass Delta deutlich ansteckender ist als die ursprüngliche Virusvariante. „Delta zeichnet sich durch Mutationen aus, die die Übertragbarkeit des Virus erhöhen und mit einer reduzierten Wirksamkeit der Immunantwort in Verbindung gebracht werden“, so das RKI. Studien legen nahe, dass die Schutzwirkung der Impfstoffe gegen die Corona-Variante etwas niedriger ist als gegen frühere Virusvarianten. Laut Epidemiologinnen und Epidemiologen vom Institut für Klinische Epidemiologie und angewandte Biometrie an der Universität Tübingen liegt der Schutz der Impfung vor einer Infektion mit der Delta-Variante im Bereich von 51 bis 87 Prozent. Die Untersuchung hat das baden-württembergische Gesundheitsministerium in Auftrag gegeben. Nach vollständiger Impfung bestehe aber ein sehr guter Schutz vor schweren Krankheitsverläufen, so das RKI.

Eine Untervariante von Delta ist Delta Plus (AY.4.2). Sie wurde im Sommer 2021 erstmals in Indien nachgewiesen.

Wie gefährlich ist die neue Omikron-Variante?

Diese Variante ist Ende November 2021 in Südafrika entdeckt worden. Das von der Mutation ausgehende Risiko hat die Weltgesundheitsorganisation (WHO) als insgesamt „sehr hoch“ eingestuft. Sie weist laut Experten sehr viele Mutationen auf und verbreitet sich besonders unter jungen Menschen. Ob sie ansteckender ist als die bisher kursierenden Varianten, ist noch nicht abschließend untersucht. Auch zur Schutzwirkung der Impfstoffe gegen Omikron wird derzeit mit Hochdruck geforscht. Weitere Fragen und Antworten zur Omikron-Variante haben wir hier zusammengefasst:

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Fragen und Antworten zur Omikron-Variante

Vieles bei Omikron erinnert an die Anfangsphase von Delta. Auch von dieser Variante waren zunächst nur wenige Fälle bekannt - und schon kurze Zeit danach bestimmte sie vielerorts das Infektionsgeschehen. Könnte es bei Omikron genauso laufen?

Welche wichtigen Varianten gibt es noch ?

Neben der dominierenden Delta-Variante und der neuen Omikron-Variante gibt es noch drei weitere, die von der Weltgesundheitsorganisation als „besorgniserregende Varianten“ (Variants of concern) eingestuft wurden.

Die Alpha-Variante B.1.1.7 wurde zuerst in Großbritannien entdeckt, im September 2020. „Sie ist leichter von Mensch zu Mensch übertragbar als die zuvor zirkulierenden Varianten und weist eine höhere Reproduktionszahl auf, so dass die Ausbreitung schwerer einzudämmen ist“, schreibt das Robert-Koch-Institut. Bei ihr sind verschiedene Eiweiße auf der Oberfläche des Virus verändert, die es leichter machen, das Erbgut in menschliche Zellen einzuschleusen. Es gibt keine Hinweise, dass die zugelassenen Impfstoffe weniger vor dieser Mutation schützen.

Die Beta-Variante B.1.351 wurde in Südafrika zuerst entdeckt. Dort hatte COVID-19 regelrecht gewütet, vor allem in den beengten Städten des Landes. Sie gilt ebenfalls als ansteckender als der Wildtyp. Sie spielt in Deutschland keine große Rolle, ebenso wenig wie die Gamma-Variante.

Die Gamma-Variante heißt B.1.1.28 P.1 und wurde anfangs vor allem in Brasilien nachgewiesen. Auch hier hat sich SARS-CoV-2 während der ersten Welle in der ersten Jahreshälfte 2020 bereits weit ausgebreitet. Bei der Bevölkerung der Millionenmetropole Manaus hatte die Variante für eine neue Welle gesorgt, obwohl einzelne Studien der Region eine hohe Durchseuchung von 70 Prozent der Bevölkerung und mehr bescheinigten. Offenbar sind Menschen mit einer durchgemachten Infektion nicht ganz so gut geschützt vor einer erneuten Ansteckung wie gegen andere Varianten, auch die Wirksamkeit von Impfstoffen scheint leicht zurückgesetzt zu sein.

Die Lambda-Variante wurde im Juni dieses Jahres von der WHO nur noch als „Variante unter Beobachtung“ eingestuft. Sie ist erstmals im Sommer 2020 in Peru aufgetreten. Ob die Lambda-Variante gefährlicher ist als die vorherrschende Delta-Variante, ist bislang unklar.

Erhöht sich die Gefahr von Reinfektionen durch die neuen Varianten?

In Experimenten mit dem Blut von genesenen Covid-19-Patienten wurde beobachtet, dass die darin enthaltenen Abwehrstoffe eine Infektion von Zellen mit den neueren Varianten oftmals nicht sehr effizient verhinderten. Forscher vermuten deshalb, dass durch die neuen Varianten ein leicht höheres Risiko für eine zweite Infektion nach einer bereits durchgestandenen Covid-19-Erkrankung resultieren könnte.

Ähnlich wie bei der Wirksamkeit der Impfstoffe (siehe unten) gilt aber auch hier: Eine bereits abgelaufene Infektion dürfte zu einem gewissen Grad auch vor einer neuen Infektion schützen. „Selbst wenn Mutationen die Eiweiße des Virus sich so weit verändert haben, dass die während einer früheren Infektion gebildeten Antikörper diese nicht mehr erkennen, dann sind immer noch die T-Zellen da, die kleine Abschnitte des Virus erkennen und für eine zelluläre Immunreaktion sorgen“, sagt Professorin Christine Falk, Präsidentin der Deutschen Gesellschaft für Immunologie (DGfI).

Wie gut wirken die Impfstoffe gegen die Varianten?

Bislang wirkten die zugelassenen Impfstoffe auch gegen die Varianten. Aber: Die Wirkung schien allerdings leicht eingeschränkt zu sein. Darauf gibt es bisher Hinweise bei allen Varianten. Die neue Omikron-Variante hingegen beunruhigt Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. SPD-Gesundheitsexperte Karl Lauterbach schrieb kürzlich auf Twitter: „Neue Variante scheint zum ersten Mal eine echte massive Durchbruchsvariante zu sein.“ Doch die Expertinnen und Experten gehen bei allen Varianten davon aus, dass mit einer vollständigen Immunsierung der Schutz vor einer schweren Erkrankung wahrscheinlich immer noch sehr hoch ist.

Kann ich mich sonst vor den neuen Varianten besonders schützen?

Die neuen Varianten sind deshalb ansteckender, weil sie leichter und/oder schneller in die menschlichen Körperzellen eindringen können.

Doch der Weg in die Lunge selbst hat sich nicht geändert. Daher gilt nach wie vor, sich konsequent an die Empfehlung AHA+L zu halten: Abstand halten, Hygiene beachten, im Alltag Mundschutz tragen und regelmäßig lüften. Und die Kontakte auf ein Minimum zu reduzieren.

Wichtig ist auch eine vollständige Impfserie, um die bestmögliche Schutzwirkung auch gegen die Varianten zu haben. Die Ständige Impfkommission (Stiko) empfiehlt allen Menschen über 18 Jahren eine Auffrischungsimpfung, die sogenannte Booster-Impfung, da mit der Zeit auch der Impfschutz vor schwerer Erkrankung nachlässt.

Was wird getan gegen die neuen Varianten?

Experten versuchen auf drei Ebenen gegen die Mutationen vorzugehen.

Erstens – mehr testen: Die Bundesregierung führt Tests auf die einzelnen Varianten hin aus. Das RKI baut zudem eine Plattform auf, über die Labore unkompliziert die gefundenen Mutationen melden können.

Zweitens – verstehen: Forscher arbeiten derzeit weltweit daran, die Mutationen des Virus besser zu verstehen. Das beinhaltet auch, eventuelle Schwachstellen zu finden. Insbesondere RNA-Impfstoffe versuchen sie dann rasch an neue Mutationen anzupassen.

Drittens – schützen: Um der Entstehung neuer Variationen vorzubeugen, empfehlen Wissenschaftler noch etwas Weiteres, das ebenso einfach wie schwierig klingt: Die Zahl der Neuinfektionen weltweit sollte so niedrig wie möglich gehalten werden. Denn je mehr Viren kursieren, desto mehr Mutationen kommen vor. Und jede Mutation birgt eine Chance für das Virus, eine optimale Variante hervorzubringen, die sich besser verbreiten kann.

Um weltweit geringere Neuinfektionszahlen zu bekommen, ist es Experten zufolge wichtig, dass die Impfstoffe endlich auch in Regionen kommen, wo sie bisher fehlen und die Impfrate deshalb noch verschwindend gering ist. „Es wird jetzt höchste Zeit, die Impfstoffe jetzt weltweit zu verteilen, und nicht mehr nur – das gilt besonders für die Industrieländer – an die eigene Versorgung zu denken. Denn wir sind erst sicher, wenn die Welt geimpft ist“, sagt Professor Norbert Suttorp, Direktor der Medizinischen Klinik mit Schwerpunkt Infektiologie und Pneumologie an der Charité Universitätsmedizin.

Wie wird es weitergehen? Wird es immer neue Mutationen geben? Und werden auch besonders gefährliche darunter sein?

Wenn es um den weiteren Verlauf der Pandemie geht, dürfte das sogenannte Spike-Protein des Virus eine tragende Rolle spielen. Es sitzt auf der Oberfläche der Viren und erfüllt eine wichtige Funktion: Mit dem Spike-Protein kann ein Virus an die Zelloberfläche von menschlichen Zellen etwa im Nasen-Rachen-Raum andocken und diese infizieren.

Bei allen Varianten ist es vor allem zu Veränderungen im Bereich des Spike-Proteins gekommen. Das Spike-Protein ist aber auch Angriffspunkt aller heute zugelassenen Impfstoffe. Und das könnte sich mittel- und langfristig als Glücksfall herausstellen.

Denn das Virus dürfte ausgerechnet hier nicht unendlich wandlungsfähig sein. „Verändert sich dieses Protein zu sehr, kann es die Fähigkeit verlieren, an menschliche Zellen anzudocken – dann wäre das Virus nicht mehr infektiös“, erklärt Carlos A. Guzmán, Leiter der Abteilung Vakzinologie und angewandte Mikrobiologie am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) in Braunschweig. Verändert es sich hingegen nur ein Stück weit, so dass es noch infektiös bleibt – so geschehen bei den bisher aufgetauchten Varianten –, dann wirkt auch der Impfstoff noch.

„Wir gehen davon aus, dass das Virus noch einige Zeit neue Varianten hervorbringen wird“, sagt Professorin Christine Falk von der Deutschen Gesellschaft für Immunologie (DGfI). Aber das sei hoffentlich mit zunehmender Impfrate dann kein großes Problem mehr. Denn Falk glaubt nicht, dass das Virus der Schutzwirkung der Impfstoffe vollständig entfliehen kann und dabei noch seine aktuelle Gefährlichkeit behält.

Unterm Strich sind all dies recht beruhigende Nachrichten. Neue Mutationen: ja, die wird es geben. Besonders gefährliche Mutationen: hoffentlich nicht.