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 neue 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.

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 Virusvarianten sind bekannt?

Es sind zahlreiche Mutationen von SARS-CoV-2 bekannt, aber drei Mutationen stehen derzeit im Zentrum der Aufmerksamkeit.

Die Variante namens B.1.1.7 wurde zuerst in Großbritannien entdeckt. Bei ihr sind verschiedene Eiweiße auf der Oberfläche des Virus verändert, die es leichter machen, das Erbgut in menschliche Zellen einzuschleusen. Der Virologe Professor Christian Drosten von der Charité geht davon aus, dass diese Variante zwischen 22 und 35 Prozent infektiöser ist. Zurzeit steht die Vermutung im Raum, dass ein größerer Anteil der Infizierten auch einen schweren Verlauf hat.

B.1.351 heißt die zweite Variante, die in Südafrika zuerst entdeckt wurde. In Südafrika hat COVID-19 regelrecht gewütet, vor allem in den beengten Städten des Landes, ein großer Teil der Bevölkerung dürfte inzwischen infiziert sein. Entsprechend hat sich hier eine Mutation – B.1.351 – entwickelt, die womöglich die Fähigkeit besitzt, die Wirkung von Antikörpern bereits Genesener abzuschwächen. Das heißt: Es gibt Hinweise darauf, dass die Variante aus Südafrika auch Menschen treffen kann, die bereits erkrankt waren.

Ähnlich verhält es sich mit der dritten Variante, sie heißt B.1.1.28 P.1 und wurde vor allem in Brasilien in der Stadt Manaus nachgewiesen. Auch hier hat sich SARS-CoV-2 während der ersten Welle in der ersten Jahreshälfte 2020 bereits weit ausgebreitet. Kürzlich hat eine Studie – die zwar umstritten ist, aber in der Tendenz zutreffen dürfte – der Bevölkerung in der Millionenmetropole Manaus eine hohe Durchseuchung bescheinigt: Mehr als 70 Prozent der Menschen sind der Veröffentlichung im Fachmagazin Science zufolge bereits mit SARS-CoV-2 infiziert worden. Damit müsste nach Einschätzung der WHO Herdenimmunität erreicht worden sein. Umso besorgniserregender ist es, dass sich B.1.1.28 P.1 trotzdem weiter ausgebreitet hat. Experten vermuten eine ähnliche Veränderung wie bei B.1.351, die dazu führt, dass auch ein schon immunes Abwehrsystem gewissermaßen überlistet wird.

Veränderung des Spike-Proteins

Allen drei Varianten ist eine bestimmte Veränderung im Bereich des Spike-Proteins gemeinsam. Mit dem Spike-Protein kann ein Virus an die Zelloberfläche von menschlichen Zellen andocken. "Dieser Bereich ist besonders wichtig dafür, dass das Virus in menschliche Zellen eindringen kann", so Roman Wölfel. "Mutationen an dieser sensiblen Stelle des Virus können deshalb leicht Auswirkungen auf seine Infektionseigenschaften haben."

Jesse Bloom, Evolutionsbiologe vom Fred Hutchinson Cancer Research Center in Seattle, hält die ähnlichen Mutationen für beunruhigend: "Jedes Mal, wenn die gleichen Mutationen unabhängig voneinander auftauchen und sich ausbreiten, ist das ein starker Hinweis dafür, dass sich diese Mutationen einen deutlichen evolutionären Vorteil verschaffen."

Verbreiten sich diese Varianten bereits in Deutschland?

"Alle drei Varianten sind in Deutschland angekommen", bestätigte der Präsident des Robert-Koch-Instituts (RKI) Lothar Wieler am 5. Februar 2021. Am häufigsten hierzulande ist bislang offenbar die Variante B.1.1.7, die zuerst in Großbritannien entdeckt wurde. Laut Wieler gehen rund sechs Prozent der Neuinfektionen aktuell auf B.1.1.7 zurück.

Genaue Zahlen zu bekommen, erweist sich noch als schwierig. Denn damit eine Mutation nachgewiesen werden kann, braucht es normalerweise eine vollständige Sequenzierung der genetischen Daten des Virus. Bei den üblichen Tests werden aber nur einzelne Faktoren berücksichtigt, die für das Virus insgesamt typisch sind.

Die Bundesregierung fördert die bundesweite Genomsequenzierung der Viren mittlerweile. Seit 19. Januar 2021 verpflichtet eine neue Verordnung etwa Labore und Einrichtungen, die Sequenzierungen von SARS-CoV-2 vornehmen, die entsprechenden Daten an das Robert Koch-Institut zu übermitteln. "Mit Hilfe der Sequenzdaten kann die Evolution der Viren und das Auftreten neuer Varianten frühzeitig entdeckt werden", erklärt das Bundesministerium für Gesundheit. "Auch der Eintrag neuer Varianten aus dem Ausland kann so zeitnah festgestellt werden." Für die Übermittlung der Daten haben die Labore und Einrichtungen einen Anspruch auf eine Vergütung in Höhe von 220 Euro. 

Einen anderen, schnelleren Weg, um Mutationen nachzuweisen, geht etwa das Labor Becker & Kollegen aus dem süddeutschen Raum. Hier werden die positiven PCR-Proben auf eine bestimmte Veränderung namens N501Y untersucht. Sie kommt bei allen drei Varianten vor, aber nicht beim Wildtyp, so wird der bisherige, weitverbreitete SARS-CoV-2-Erregertyp genannt. Das Ergebnis: Seit Jahresbeginn wurde gemessen, dass der Anteil der Mutationen im Raum München ansteigt.

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 der südafrikanischen Virusvariante oftmals nicht verhinderten. Forscher vermuten deshalb, dass durch die neuen Varianten ein höheres Risiko für eine zweite Infektion nach einer bereits durchgestandenen Covid-19-Erkrankung resultieren könnte.

Wirkt der Impfstoff auch gegen das veränderte Virus?

Bislang sind in der EU drei Impfstoffe zugelassen: einer von BioNtech/Pfizer, der andere von Moderna und ein dritter von AstraZeneca in Kooperation mit der Universität von Oxford. Schnell wurde die Frage laut, ob diese auch vor einer Infektion mit den mutierten Varianten des Coronavirus schützen. Schließlich befinden sich die Mutationen ausgerechnet im Spikeprotein, einem der Hauptangriffspunkte für die durch die Impfung gebildeten Antikörper.

Es gibt Hinweise darauf, dass die Impfstoffe tatsächlich nicht so effizient sind gegen die Mutationen – insbesondere gegen die in Südafrika und Brasilien entdeckten Varianten – im Vergleich zum weit verbreiteten Wildtyp des Virus. Allerdings zeigt sich in ersten Studien auch, dass Impfstoffe trotzdem eine Wirkung haben, also auch die Verbreitung der Mutationen eindämmen können. Sie scheinen zwar manchmal nicht vollständig vor einer Infektion mit einer Variante zu schützen, aber der Verlauf ist in der Tendenz dennoch deutlich milder als bei Nicht-Geimpften.

Könnte das Virus schneller mutieren, wenn die zweite Impfung später erfolgt, als empfohlen wird?

Der Virologe Friedemann Weber, geschäftsführender Direktor des Instituts für Virologie an der Uni Gießen, hält das für möglich. Nach der ersten Impfung habe man gewissermaßen eine halbe Immunität gegen das Virus. "Das Virus werde dabei auf die bereits in Ansätzen durch die erste Impfung vorhandene Immunantwort des Körpers trainiert", so Weber. "Das kann zu sogenannten Fluchtmutationen beim Virus führen, um der Immunantwort des Körpers zu entkommen."

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.

Was wird jetzt getan gegen die neuen Varianten?

Experten versuchen auf drei Ebenen gegen die Mutationen vorzugehen.

Erstens – mehr testen: Wie oben beschrieben fördert die Bundesregierung mittlerweile Tests auf die einzelnen Varianten hin. 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: Aktuell (Stand 5.2.2021) liegt die Zahl der täglichen Neuinfektionen mit 12.000 im Vergleich zu den letzten Wochen eher niedrig als hoch. Trotzdem zögert man in den politischen Entscheidungsgremien, den Lockdown zu lockern. Denn der Schutz vor den Mutationen vor allem am Anfang ist entscheidend, um deren Ausbreitung einzudämmen. Deshalb wird überlegt, die Einschränkung des öffentlichen Lebens weiter beizubehalten, bis die Gefahr der Ausbreitung der Infektionen abgenommen hat.