Das SARS-CoV-2-Virus ist mutiert. Aitor Diago / Moment über Getty Images
Das SARS-CoV-2-Virus ist schnell mutiert. Das ist ein Problem, weil diese mehr übertragbare Varianten von SARS-CoV-2 sind jetzt in den USA, Großbritannien und Südafrika sowie in anderen Ländern präsent, und viele Leute wundern sich ob die aktuellen Impfstoffe die Empfänger vor dem Virus schützen. Darüber hinaus fragen sich viele, ob wir dazu in der Lage sein werden Halten Sie sich vor zukünftigen Varianten von SARS-CoV-2, die sicherlich entstehen wird.
In meinem Labor Ich untersuche die molekulare Struktur von RNA-Viren - wie die, die COVID-19 verursacht - und wie sie sich im Host replizieren und vermehren. Da das Virus mehr Menschen infiziert und sich die Pandemie ausbreitet, entwickelt sich SARS-CoV-2 weiter. Dieser Evolutionsprozess ist konstant und ermöglicht es dem Virus, seine Umgebung zu testen und Änderungen auszuwählen, die ihn effizienter wachsen lassen. Daher ist es wichtig, Viren auf solche neuen Mutationen zu überwachen, die sie tödlicher, übertragbarer oder beides machen könnten.
Während der dritten nationalen Sperre Englands warten die Menschen auf einen COVID-19-Impfstoff, um die Ausbreitung des Coronavirus einzudämmen. Gareth Fuller / PA-Bilder über Getty Images
RNA-Viren entwickeln sich schnell
Das genetische Material aller Viren ist entweder in DNA oder RNA kodiert; ein interessantes Merkmal von RNA-Viren sind, dass sie sich viel schneller ändern als DNA-Viren. Jedes Mal, wenn sie eine Kopie ihrer Gene erstellen, machen sie einen oder mehrere Fehler. Es wird erwartet, dass dies viele Male im Körper einer Person auftritt, die mit COVID-19 infiziert ist.
Man könnte denken, dass es schlecht ist, einen Fehler in Ihrer genetischen Information zu machen - schließlich ist dies die Grundlage für genetische Krankheiten beim Menschen. Bei einem RNA-Virus kann eine einzelne Änderung seines Genoms dazu führen, dass es „tot“ ist. Das ist nicht schlecht, wenn Sie in einer infizierten menschlichen Zelle Tausende von Kopien erstellen und einige nicht mehr nützlich sind.
Einige Genome können jedoch eine Veränderung feststellen, die für das Überleben des Virus von Vorteil ist: Möglicherweise ermöglicht die Veränderung dem Virus, einem Antikörper - einem Protein, das das Immunsystem produziert, um Viren zu fangen - oder einem antiviralen Medikament auszuweichen. Eine weitere vorteilhafte Änderung kann es dem Virus ermöglichen, einen anderen Zelltyp oder sogar eine andere Tierart zu infizieren. Dies ist wahrscheinlich der Weg, der erlaubt hat SARS-CoV-2, um von Fledermäusen auf Menschen überzugehen.
Jede Änderung, die den Nachkommen des Virus einen Wettbewerbsvorteil verschafft, wird bevorzugt - „ausgewählt“ - und beginnt, aus dem ursprünglichen Elternvirus herauszuwachsen. SARS-CoV-2 demonstriert diese Funktion jetzt mit neuen Varianten verbesserte Wachstumseigenschaften. Das Verständnis der Natur dieser Veränderungen im Genom wird Wissenschaftlern Hinweise zur Entwicklung von Gegenmaßnahmen geben. Dies ist das klassische Katz-und-Maus-Szenario.
Bei einem infizierten Patienten gibt es Hunderte Millionen einzelner Viruspartikel. Wenn Sie bei diesem Patienten jeweils ein Virus auswählen würden, würden Sie eine Reihe von Mutationen oder Varianten in der Mischung finden. Es ist eine Frage, welche einen Wachstumsvorteil haben - das heißt, welche sich entwickeln können, weil sie besser sind als das ursprüngliche Virus. Das sind diejenigen, die während der Pandemie erfolgreich sein werden.
Ist eine der entdeckten Mutationen von besonderer Bedeutung?
Jede einzelne Variante oder Veränderung des Virus ist wahrscheinlich nicht so problematisch. Eine einzige Änderung im Spike-Protein - das ist die Region des Virus, die an menschliche Zellen bindet - wird wahrscheinlich keine große Bedrohung sein, da die medizinische Gemeinschaft die Impfstoffe einführt.
Die neue Variante des SARS-CoV-2-Coronavirus B.1.1.7. Wurde erstmals im Dezember in Großbritannien identifiziert. Das rote Objekt ist ein Spike-Protein des Coronavirus und interagiert mit dem (blauen) ACE2-Rezeptor auf der menschlichen Zelle, um es zu infizieren. Die Mutationen der neuen Variante sind markiert und zeigen ihre Position auf dem Spike-Protein. Juan Gaertner / Wissenschaftliche Fotobibliothek über Getty Images
Die gegenwärtigen Impfstoffe veranlassen das Immunsystem, Antikörper zu produzieren, die das Spike-Protein des Virus erkennen und darauf abzielen, das für das Eindringen in menschliche Zellen wesentlich ist. Wissenschaftler haben die Anhäufung von beobachtet multiple Veränderungen im Spike-Protein in der südafrikanischen Variante.
Diese Veränderungen ermöglichen es SARS-CoV-2 beispielsweise, sich enger an den ACE2-Rezeptor zu binden und effizienter in menschliche Zellen einzudringen vorläufige unveröffentlichte Studien. Diese Veränderungen könnten es dem Virus ermöglichen, Zellen leichter zu infizieren und seine Übertragbarkeit zu verbessern. Bei mehrfachen Veränderungen des Spike-Proteins können die Impfstoffe möglicherweise keine starke Immunantwort mehr gegen diese neuen Virusvarianten hervorrufen. Das ist ein Doppelschlag: ein weniger wirksamer Impfstoff und ein robusteres Virus.
Im Moment muss sich die Öffentlichkeit keine Sorgen um die aktuellen Impfstoffe machen. Die führenden Impfstoffhersteller überwachen, wie gut ihre Impfstoffe diese neuen Varianten kontrollieren, und sind bereit, das Impfstoffdesign zu optimieren, um sicherzustellen, dass sie vor diesen neuen Varianten schützen. Moderna hat zum Beispiel angegeben, dass es die zweite oder Booster-Injektion anpassen wird um die Reihenfolge der südafrikanischen Variante näher zu bringen. Wir müssen nur abwarten, ob die Übertragungsraten sinken, wenn mehr Menschen geimpft werden.
Warum wird der Übertragungsschlüssel abgesenkt?
Ein Rückgang der Übertragungsraten bedeutet weniger Infektionen. Eine geringere Virusreplikation führt zu weniger Möglichkeiten für die Entwicklung des Virus beim Menschen. Mit weniger Mutationsmöglichkeiten verlangsamt sich die Entwicklung des Virus und es besteht ein geringeres Risiko für neue Varianten.
Die medizinische Gemeinschaft muss große Anstrengungen unternehmen und so viele Menschen wie möglich impfen und damit schützen lassen. Wenn nicht, wird das Virus bei einer großen Anzahl von Menschen weiter wachsen und neue Varianten produzieren.
Wie unterscheiden sich die neuen Varianten
Das Die UK-Variante, bekannt als B.1.1.7., Scheint enger zu binden zu den Proteinrezeptor namens ACE2, die sich auf der Oberfläche menschlicher Zellen befindet.
Ich glaube nicht, dass wir eindeutige Beweise dafür gesehen haben, dass diese Viren pathogener sind, was tödlicher bedeutet. Sie können jedoch schneller oder effizienter übertragen werden. Das bedeutet, dass mehr Menschen infiziert werden, was bedeutet, dass mehr Menschen ins Krankenhaus eingeliefert werden.
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Die südafrikanische Variante, bekannt als 501.V2, weist mehrere Mutationen im Gen auf, das das Spike-Protein codiert. Diese Mutationen helfen Sie dem Virus, einer Antikörperantwort auszuweichen.
Antikörper haben eine exquisite Präzision für ihr Ziel, und wenn sich die Form des Ziels geringfügig ändert, wie bei dieser Variante - die Virologen eine nennen Fluchtmutante - Der Antikörper kann nicht mehr fest binden, da er seine Schutzkraft verliert.
Warum müssen wir nach Mutationen suchen?
Wir möchten sicherstellen, dass die Diagnosetests alle Viren erkennen. Wenn das genetische Material des Virus Mutationen aufweist, kann ein Antikörper- oder PCR-Test es möglicherweise nicht so effizient oder überhaupt nicht nachweisen.
Um sicherzugehen, dass der Impfstoff wirksam wird, müssen Forscher wissen, ob sich das Virus entwickelt und den über den Impfstoff ausgelösten Antikörpern entweicht.
Ein weiterer Grund, warum die Überwachung auf neue Varianten wichtig ist, besteht darin, dass infizierte Personen möglicherweise erneut infiziert werden, wenn das Virus mutiert ist und ihr Immunsystem es nicht erkennen und abschalten kann.
Der beste Weg, um nach neu auftretenden Varianten in der Population zu suchen, ist die zufällige Sequenzierung der SARS-CoV-2-Viren aus Patientenproben über verschiedene genetische Hintergründe und geografische Standorte hinweg.
Je mehr Sequenzierungsdaten Forscher sammeln, desto besser können Impfstoffentwickler auf größere Veränderungen in der Viruspopulation reagieren. Viele Forschungszentren in den USA und weltweit sind Steigerung ihrer Sequenzierungsfähigkeiten um das zu erreichen.
Über den Autor
Richard Kuhn, Professor für Biowissenschaften, Purdue University
Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.
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