Berlin - Sars-CoV-2 hat so etwas wie ein neues Level erreicht. Seit Dezember sind drei neue Varianten im Umlauf, die durch eine Reihe von genetischen Veränderungen (Mutationen) offenbar deutlich im Vorteil sind gegenüber den bisherigen Viren. Die neuen Varianten tragen die Bezeichnungen B.1.1.7, B.1.351 und P.1. Alle drei sind ansteckender als die bisher kursierenden Sars-2-Viren. Womöglich führen sie auch zu mehr tödlichen Verläufen, noch dazu könnten es B.1.351 und P.1 geschafft haben, dem nach einer durchgemachten Infektion oder Impfung aufgebauten Immunschutz zumindest teilweise zu entgehen. Sie könnten also Genesene erneut infizieren, Geimpfte erstmals. Variants of concern (VOC) – bedenkliche Varianten nennen Forscher sie daher. 

Das alles muss noch näher untersucht werden. Klar ist aber, dass diese drei Varianten sich überproportional schnell verbreiten und bisherige Virusvarianten verdrängen. Auf B.1.1.7 zum Beispiel wurde man in Großbritannien im Dezember aufmerksam und fand heraus, dass sie schon seit September dort vorkommt. Inzwischen dominiert die Linie im gesamten Vereinigten Königreich. Auch in Israel, Portugal, Belgien, den Niederlanden und Dänemark spielt B.1.1.7 eine rasch zunehmende Rolle. Südafrika hat ähnliches mit B.1.351 erlebt. Und im brasilianischen Bundesstaat Amazonas leidet die Hauptstadt Manaus derzeit unter einer verheerenden zweiten Welle – getrieben durch P.1.

Alle drei Varianten auch in Deutschland 

Derweil werden die Linien zunehmend auch in anderen Ländern gefunden. In Deutschland sind nach Angaben des Robert-Koch-Instituts (RKI) bereits Infektionen mit allen drei Varianten bekannt geworden. B.1.1.7 sorgt derzeit vor allem durch einen Ausbruch im Berliner Vivantes Humboldt-Klinikum für Aufregung. Die europäische Seuchenbehörde ECDC stuft das Risiko der Einschleppung und Verbreitung der neuen Varianten mittlerweile als „hoch/sehr hoch“ ein. Allerdings können Experten derzeit nur schätzen, wie häufig zum Beispiel diese britische Mutante in Deutschland ist.

Einen ersten Hinweis auf das Ausmaß der bisher erfolgten Eintragungen gibt eine Untersuchung der Rostocker Firma Centogene, die unter anderem an deutschen Flughäfen Corona-Teststationen betreibt. Wie sie am Dienstag mitteilte, hat sie 150 Proben von positiv getesteten Einreisenden aus den Risikogebieten Großbritannien und Südafrika sequenziert, die aus den Monaten November, Dezember und Januar stammten. Dabei stieß sie achtmal auf die Variante B.1.1.7.

Foto: AFP PHOTO/Wellcome Sanger Institute /Dan Ross
Ein Raum voller Sequenziergeräte am britischen Wellcome Sanger Institute in Hinxton. 

Klar ist: Neue Varianten fallen vor allem beim systematischem Sequenzieren auf. Und dieser zeitaufwendige und durchaus kostspielige Prozess, bei dem jeder der 30.000 Genbausteine des Virus abgelesen wird, fand in Deutschland – wie auch in den meisten anderen Ländern – bisher eher spärlich statt. „Wir waren erst mal nicht sonderlich besorgt mit Blick auf neue Varianten. Denn wir wussten, dass dieses Coronavirus im Vergleich zu anderen RNA-Viren eher mutationsträge ist“, sagt Oliver Keppler, Leiter der Virologie am Max-von-Pettenkofer-Institut der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München. Kapazitäten und Know-how zum Sequenzieren seien hierzulande durchaus vorhanden, betont er. „Wir haben das Sequenzieren des Virusgenoms anders genutzt – zum Beispiel, um Übertragungsketten bei Ausbrüchen zu analysieren. Das ist wichtig, um die jeweilige Risikokonstellation einzuschätzen und die Präventionsmaßnahmen zu verbessern“, erläutert der Virologie-Professor.

Zum Vergleich: Das Konsiliarlabor von Christian Drosten listete am 24. Januar insgesamt 4017 Sequenzen aus Deutschland auf. In Großbritannien dagegen gibt es den leistungsstarken und teils öffentlich geförderten Verbund Covid-19 Genomics Consortium, der seit Pandemiebeginn rund 10.000 Sequenzen pro Woche ermittelt hat und bis März den Output auf 20.000 pro Woche steigern will. Damit steht Großbritannien, neben Dänemark, weltweit mit Abstand an der Spitze der Sequenziertätigkeit bei Sars-CoV-2.

Die Behörde ECDC hat die Länder in Europa nun dazu aufgerufen, die Zirkulation der Varianten verstärkt zu überwachen. Um das in Deutschland zu realisieren, hat die Bundesregierung eine Verordnung zur molekularen Surveillance von Sars-CoV-2 erlassen. Federführend sind dabei das Robert-Koch-Institut, wo die Daten zusammengeführt werden, sowie das Konsiliarlabor für Coronaviren an der Berliner Charité, das von Christian Drosten geleitet wird. Geplant ist, mindestens 5 Prozent der positiv getesteten Proben zu sequenzieren. Wenn die Zahl der entdeckten Neuinfektionen unter 70.000 pro Woche beträgt, erhöht sich der Anteil auf 10 Prozent.

Das Sequenzieren lässt sich schnell hochfahren

Große medizinische Labore und Universitäts-Institute sind zurzeit im Gespräch, um die Sequenzier- und Auswertearbeit – die vom Bund auch finanziell gefördert wird – sinnvoll zu verteilen. Das Volumen ist dabei kein großes Problem. „Beim aktuellen Infektionsgeschehen in Deutschland wären es etwa 5000 Sequenzen pro Woche. Allein unser Partner am Genzentrum der LMU schafft 500 pro Woche“, berichtet Virologe Keppler. Eher gehe es darum, sowohl repräsentative Proben aus ganz Deutschland zu untersuchen als auch spezifisch bei Verdachtsfällen und Ausbrüchen. Das muss nun gut organisiert werden, ebenso die Übermittlung der Metadaten mit wichtigen Angaben zur Herkunft der Proben, eventuellem Reisehintergrund und Angaben zum klinischen Verlauf der Infektionen.

Bei der Planung der Sequenzierung ist außerdem zu beachten, dass die automatisch arbeitenden Geräte möglichst voll bestückt sein müssen, damit sie ökonomisch betrieben werden. „In normalen Sequenzierern ist Platz für knapp hundert Proben, in den eher hochauflösenden Next-Generation-Sequencern sind es mehrere Tausend Proben auf einmal“, erläutert Keppler. Der eigentliche Ablesevorgang dauere nur zwölf bis 24 Stunden – um die Geräte voll bestückt laufen zu lassen, liefen sie bisher eher ein paarmal im Monat als täglich. Die Analyse der Daten läuft in erfahrenen Laboren ebenfalls weitgehend automatisiert und nimmt pro Probendurchgang einige Stunden in Anspruch.

Ein nicht zu unterschätzender Arbeitsaufwand bestehe allerdings bei der Vorbereitung der Proben für die Sequenzierung, bei der zahlreiche einzelne Arbeitsschritte durchgeführt werden müssen, sagt Keppler. Auch die Daten zu erheben, korrekt zuzuordnen und zu übermitteln bedürfe momentan noch viel manueller Arbeit, bis entsprechende Strukturen auch hinsichtlich EDV etabliert sind. 

Keppler geht davon aus, dass sich die Sequenzierung bundesweit innerhalb von zwei bis drei Wochen organisieren und hochfahren lässt. Die Bereitschaft dazu sei groß, berichtet er. An einer Telefonkonferenz zu dem Thema in der vergangenen Woche hätten 60 Experten von Laboren und Instituten aus ganz Deutschland teilgenommen. Unabhängig von der Sequenzierung hätten einige Labore in den vergangenen Wochen aber bereits auf Hochtouren sequenziert – auch um einen Überblick über vergangenes Geschehen zu erhalten. „Wir haben in München mehr als 1000 Proben, die je zur Hälfte aus der ersten und der zweiten Welle stammen, über hochauflösende Verfahren sequenziert. Denn wir wollten wissen, ob sich B.1.1.7 oder andere Varianten womöglich schon unerkannt verbreitet haben. Allerdings war kein einziges Mal eine der VOC darunter“, berichtet Keppler. Der Prozess sei aber sehr dynamisch und müsse täglich neu bewertet werden.

Er schätzt, dass der Anteil von B.1.1.7 am derzeitigen Infektionsgeschehen im Promillebereich liegt. Christian Drosten vermutet den Anteil etwas höher: „Mein Gefühl ist, dass wir im Moment in Deutschland vielleicht um ein Prozent oder sogar noch unter einem Prozent sind“, sagte er am vergangenen Dienstag im NDR-Podcast „Coronavirus Update“. In den nächsten zwei bis drei Wochen werde man mehr darüber erfahren, ergänzte der Berliner Virologe.

Der Unterschied zwischen Mutationen und Varianten

Der aktuelle Stand ist für Laien nicht leicht in Erfahrung zu bringen. Denn es gibt beim RKI keine frei zugängliche Datenbank oder gar ein Dashboard zum Thema neue Varianten. Zudem muss erst noch eine Plattform etabliert werden, über die die Sequenzen übertragen werden können. Im Laufe des Februars soll dieser Deutsche Elektronische Sequenzier Hub startbereit sein, heißt es auf den Webseiten des RKI.

Generell sollte man, wenn es um Mutanten geht, immer im Blick behalten, dass genetische Veränderungen normal sind. Es handelt sich zumeist schlicht um zufällige Kopierfehler bei der Vervielfältigung des viralen Erbguts. Die meisten der Fehler sind unbedeutend oder schaden dem Virus sogar. Erst wenn sich für den Erreger ein Vorteil ergibt, setzen sie sich durch. Mitunter entscheiden aber auch die äußeren Umstände, ob sich eine Virusvariante stärker verbreitet.

Wenn zum Beispiel eine Linie, die eigentlich nicht infektiöser oder krankmachender ist, auf eine große Zahl empfänglicher Individuen trifft, wird sie allein durch diese Tatsache dominant. „Gründer-Effekt nennt sich dieses Phänomen“, erläutert Keppler. Auch bei der Linie B.1.1.7, die sich ab Dezember rasant zunächst in Südostengland und London verbreitet hat, sei ein derartiger Effekt als Erklärung diskutiert worden. „Zu der Zeit waren die Schulen in Großbritannien geöffnet, während der Rest des öffentlichen Lebens weitgehend im Lockdown war. Entsprechend hat sich die Linie dann auch stark unter Teenagern ausgebreitet“, berichtet der Münchener Virologe.

Inzwischen zeigen die epidemiologischen Daten klar, dass es bei dem Phänomen um mehr als einen Gründer-Effekt geht. Die ECDC schätzt, dass die Mutationen das Virus um etwa 56 Prozent ansteckender machen. Bislang wurden bei der Linie 17 Mutationen entdeckt, acht davon im sogenannten Spikeprotein, mit dem sich die Viren an die Zellen des Menschen heften. Zur Begriffsklärung: Bei einer Mutation handelt es sich in der Regel um eine singuläre Veränderung – beispielsweise den Austausch eines Eiweißbausteins (Aminosäure) in einem Protein. Mit Varianten – oder Linien – sind Viren gemeint, die eine bestimmte Kombination von genetischen Veränderungen in sich tragen.

Bei der viel diskutierten Mutation N501Y zum Beispiel ist der genetische Code derart verändert, dass sich im Spikeprotein an Position 501 der insgesamt 1300 Aminosäuren das Molekül Tyrosin anstelle von Asparagin befindet. Bei B.1.1.7 könnte es zum Beispiel sein, dass die Mutation an Position 501 des Spikeproteins zusammen mit einer weiteren Mutation – dem Verlust der Aminosäuren an Position 69 und 70 im Spikeprotein – dazu führt, dass sich das Virus besser an die Andockstellen der menschlichen Zellen bindet.

Bei jeder Weiterreichung des Virus kommen Mutationen dazu

„Bei der Sequenzierung der insgesamt 30.000 Genbausteine sieht man im Schnitt zwei bis 30 Mutationen im Vergleich zu dem ursprünglichen Stamm, der sich vor einem Jahr von Wuhan aus verbreitet hat“, erläutert Keppler. Diese Linie existiere heute nicht mehr, weil sich bei jeder Vermehrung der Viren Mutationen ergeben. „Es haben also schon Abertausende Mutationen stattgefunden. Denn bei jeder Weiterreichung des Virus kommen schätzungsweise null bis zehn Mutationen dazu“, erläutert der Forscher.

Er ist zuversichtlich, dass das Überwachungsnetzwerk bald steht. „Fast täglich gibt es deswegen zurzeit fachlichen Austausch auf Landes- und Bundesebene.“ Die bereits bekannten Varianten wie B.1.1.7 könne man aber auch mit spezifischen, dafür designten PCR-Tests nachweisen. „Das ist binnen weniger Stunden machbar und eine weitere Möglichkeit, die molekulare Surveillance zumindest der bekannten VOC zu beschleunigen“, sagt Keppler. Er schätzt, dass bis Mitte Februar erste belastbare Ergebnisse vorliegen.

Transparenzhinweis: Der Eigentümer des Berliner Verlags, Holger Friedrich, ist Mitglied des Aufsichtsrats der Rostocker Firma Centogene.

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