Tests von Bewohnern der Giriraj Housing Society in Seawoods. (Express-Foto von Amit Chakravarty)
Das Covid-19-Virus hat seit seiner ersten Identifizierung Tausende von Mutationen durchlaufen, von denen einige zu Varianten geführt haben, die Antikörper erfolgreicher umgehen und zu einem Anstieg der Infektionen beitragen. Mutantenstämme bleiben jetzt ein Hauptanliegen, da ein sich ständig weiterentwickelndes Virus neue Herausforderungen aufwirft und viele Länder einen Anstieg der Durchbruchsinfektionen bei vollständig geimpften Menschen melden.
Klassifizierung mutierter Covid-Stämme
Es ist natürlich, dass alle Viren im Laufe der Zeit mutieren, und solche Veränderungen treten besonders häufig bei Viren auf, die RNA als genetisches Material haben, wie im Fall von Coronaviren und Influenzaviren.
Sobald ein Virus in den menschlichen Körper gelangt , dringt sein genetisches Material – RNA oder DNA – in die Zellen ein und beginnt, Kopien von sich selbst herzustellen, die die anderen Zellen infizieren können. Immer wenn bei diesem Kopiervorgang ein Fehler auftritt, löst dies eine Mutation aus.
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Gelegentlich kommt es zu einer Mutation, wenn sich die beim Kopieren eingebrachten genetischen Fehler als vorteilhaft für das Virus erweisen – diese helfen dem Virus, sich selbst zu kopieren oder leichter in menschliche Zellen einzudringen.
Wenn ein Virus weit verbreitet ist einer Population, je mehr sie sich ausbreitet und repliziert, steigt ihre Wahrscheinlichkeit, zu mutieren.
Nach einem Klassifikationsmodell, das von einer SARS-CoV-2 Interagency Group (SIG) der US-Regierung entwickelt und von den Centers for Disease Control and Prevention (CDC) gefolgt wurde, werden signifikante Covid-19-Mutationen in drei Typen unterteilt – Variante von Interesse, besorgniserregende Variante und Variante mit hoher Konsequenz.
Diese SIG wurde gegründet, um die Koordination zwischen der CDC, den National Institutes of Health (NIH), der Food and Drug Administration (FDA), der Biomedical Advanced Research and Development Authority (BARDA) und dem Verteidigungsministerium (DoD) zu verbessern. Seine Funktion besteht darin, aufkommende Varianten zu charakterisieren und zu untersuchen, wie Standardbehandlungsprotokolle und Impfstoffe gegen diese mutierten Stämme wirken.
Die WHO klassifiziert auch signifikante mutierte Stämme als Variants of Concern (VOC) und Variants of Interest (VOI). Die Klassifikationen der CDC können sich jedoch von denen der WHO unterscheiden, und es kann auch Unterschiede zwischen Ländern und Standorten geben.
Zum Beispiel hat die indische Regierung erklärt, dass Delta Plus (AY.1) eine besorgniserregende Variante ist, während seine Elternlinie – Delta – von der WHO und CDC als VOC eingestuft wurde.
Die WHO hat vorgeschlagen Verwendung des griechischen Alphabets für VOCs und VOIs, um sicherzustellen, dass die verwendeten Etiketten „leicht auszusprechen“ und „nicht stigmatisierend“ sind.
Besorgniserregende Varianten (VOC)
Die CDC definiert eine VOC als „Variante, für die eine erhöhte Übertragbarkeit, eine schwerere Erkrankung (z. B. häufigere Krankenhauseinweisungen oder Todesfälle), eine signifikante Verringerung der Neutralisation durch Antikörper, die während einer früheren Infektion oder Impfung gebildet wurden, eine verringerte Wirksamkeit von Behandlungen oder Impfstoffe oder Diagnosefehler.“
VOCs sind gekennzeichnet durch eine erhöhte Übertragbarkeit und das Potenzial, schwerere Formen von Krankheiten auszulösen, eine verringerte Neutralisation durch Antikörper, die während einer früheren Infektion gebildet wurden, und die Fähigkeit, bei geimpften Personen mehr Durchbruchsinfektionen zu verursachen .
Es gibt derzeit vier VOCs – Alpha (B.1.1.7), Beta (B.1.251), Gamma (P.1) und Delta (B.1.617.2).
Alpha-Variante (B.1.1.7):Nach Angaben der WHO wurde die Alpha-Variante erstmals im September 2020 in Großbritannien identifiziert und hat sich nach Angaben der WHO inzwischen in mindestens 173 Ländern ausgebreitet. Die Variante hat 23 Mutationen und acht davon befinden sich im Spike-Protein des Virus. Von diesen haben drei Spike-Protein-Mutationen – N501Y, 69-70del und P681H – den größten Einfluss.
Die N501Y-Mutation hilft dem Spike-Protein des Virus, sich fester an die ACE2-Rezeptoren der menschlichen Zellen zu binden, während die anderen beiden Schlüsselmutationen die Übertragbarkeit erhöhen. Laut CDC ist die Alpha-Variante um 50 % übertragbarer als der ursprüngliche Stamm und kann schwerere Infektionen verursachen.
Beta-Variante (B.1.251): Zuerst in Süd entdeckt Afrika im Mai 2020, B.1.251 wurde im Dezember 2020 als VOC ausgewiesen. Die Variante wurde inzwischen in mindestens 122 Ländern nachgewiesen. Der Stamm hat acht Mutationen, von denen drei signifikant sind – N501Y, K417N und E484K.
Wie bei der Alpha-Variante hilft die N501Y-Mutation dem Virus, sich fester an die ACE2-Rezeptoren zu binden, während die anderen beiden Mutationen dem Virus helfen, die Immunität leichter zu umgehen.
Die Beta-Variante ist auch etwa 50% mehr übertragbar als der ursprüngliche Stamm und kann schwerere Infektionen verursachen.
Gamma-Variante (P.1): Die Gamma-Variante entstand im November 2020 in Brasilien und verursachte danach einen erheblichen Anstieg bei Infektionen und vermehrten Krankenhausaufenthalten in der südamerikanischen Nation. Es wurde im Januar 2021 in Japan entdeckt und anschließend in 74 Ländern verbreitet.
Die Variante hat 11 Mutationen in ihrem Spike-Protein, von denen N501Y- und K417T-Mutationen dem Virus helfen, sich fester an Zellen zu binden, während E484K es resistenter gegen Antikörper macht.
Die Gamma-Variante ist zweifach übertragbarer als der ursprüngliche Covid-19-Stamm.
Delta-Variante (B.1.617.2): Die sich am schnellsten ausbreitende Variante, die auch während der zweiten Welle in Indien einen starken Anstieg der Fälle verursachte, Deltait ist eine Unterlinie der B.1.617-Variante, die als „Doppelmutant“-Stamm bekannt war.
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Erst in Indien entdeckt, hat die Delta-Variante laut WHO eine „deutlich erhöhte Übertragbarkeit“ gezeigt. Es ist doppelt so übertragbar wie der ursprüngliche Covid-19-Stamm und 60 Prozent mehr übertragbar als die Alpha-Variante. Der Stamm weist mehrere Schlüsselmutationen auf, wobei L452R und D6146 ihm ermöglichen, sich fester an Rezeptorzellen zu binden, und andere wie P681R, die es ihm ermöglichen, die Immunität leichter zu umgehen.
PHE sagte, dass Delta ein „erhöhtes Risiko für einen Krankenhausaufenthalt im Vergleich zu gleichzeitigen Alpha-Fällen“ verursacht. Die Variante hat sich inzwischen in mindestens 104 Ländern verbreitet.
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Interessante Varianten (VOI)
Die CDC definiert einen VOI als „Variante mit spezifischen genetischen Markern, die mit Veränderungen der Rezeptorbindung, reduzierter Neutralisation durch Antikörper, die gegen eine frühere Infektion oder Impfung erzeugt wurden, verringerter Wirksamkeit von Behandlungen, potenzieller diagnostischer Auswirkung oder prognostizierter Erhöhung der Übertragbarkeit oder Krankheit in Verbindung gebracht wurden Schweregrad“.
Die WHO sagt, dass eine interessierende Variante zu einer besorgniserregenden Variante werden kann, wenn sie eine „Erhöhung der Übertragbarkeit oder eine nachteilige Veränderung der COVID-19-Epidemiologie, eine Erhöhung der Virulenz oder eine Veränderung des klinischen Krankheitsbildes oder eine Verringerung der Wirksamkeit der öffentlichen Gesundheit und des sozialen Bereichs“ zeigt Maßnahmen oder verfügbare Diagnostika, Impfstoffe, Therapeutika“.
Sie werden jedoch als VOI eingestuft, solange keine schlüssigen Beweise dafür vorliegen, dass sie tödlich genug sind, um als VOC eingestuft zu werden. Zum Beispiel stammte die Kappa-Variante (B.1.617.1) aus derselben Linie wie Delta, aber letztere hat sich als weitaus gefährlicher und weit verbreiteter erwiesen.
Im Gegensatz dazu wird die Lambda-Variante (C.37), die erstmals in Peru entdeckt wurde, als eine neue Bedrohung angesehen, wobei Untersuchungen in Chile gezeigt haben, dass sie eine höhere Infektiosität als Alpha und Gamma aufweist. Obwohl Wissenschaftler Lambda weiterhin genau überwachen, gibt es jetzt nicht genügend schlüssige Beweise für eine Klassifizierung als VOC. Dies ist ein häufiger Faktor bei anderen mutierten Stämmen, die als VOI klassifiziert wurden – entweder werden sie nicht gut genug verstanden oder vorläufige Untersuchungen deuten darauf hin, dass sie nicht mit einem signifikant erhöhten Infektionsrisiko in Verbindung gebracht werden können.
Allen gemeinsam sind jedoch signifikante Spike-Protein-Mutationen und das Risiko, der Immunität leichter zu entgehen, wie bei der in Großbritannien und Nigeria identifizierten Eta-Variante (B.1.525), der erstmals in New York City entdeckten Iota-Variante (B.1.526), Epsilon-Variante (B.1.427/B.1.429), die zuerst in Kalifornien gefunden wurde, Zeta-Variante (P.2), die zuerst in Brasilien entdeckt wurde, oder die B.1.617.3 (unbenannte Variante), die in Indien gefunden wurde und dieselbe Elternlinie (B line .1.617) als Delta und Kappa.
R-Null-Wert und hohe Infektiosität mutierter Varianten
Eine kürzlich veröffentlichte Studie, die im Mai und Juni in Guangzhou, China, durchgeführt wurde, ergab, dass die Viruslast von Patienten, die mit der Delta-Variante infiziert waren, aus den analysierten Proben ab 2020 etwa 1.000-mal höher war als die der 9A/19B-Stämme aus dem Jahr 2020 schlugen eine potenziell schnellere virale Replikationsrate und eine höhere Infektiosität der Delta-Variante in einem frühen Stadium der Infektion vor. Die Variante hatte auch einen viel besseren Immun-Escape-Mechanismus.
Der Vergleich der R-naught (R0)-Werte gibt uns eine gute Vorstellung davon, wie die bedenklichen Varianten jetzt ansteckender sind als der ursprüngliche Covid-19-Stamm. Die R-naught oder die grundlegende Reproduktionszahl stellt im Durchschnitt die Anzahl der Menschen dar, auf die eine einzelne infizierte Person diese Krankheit voraussichtlich übertragen wird, und damit die „Übertragbarkeit“ einer Infektionskrankheit.
Die meisten Studien kamen für den in Wuhan gefundenen ursprünglichen Covid-19-Stamm zu einem R-Null-Wert von 2,4 bis 2,6. Nachfolgende Studien ergaben, dass der R-Null-Wert 4-5 für die Alpha-Variante und 5-8 für den Delta-Stamm beträgt. Das bedeutet, dass das Delta ansteckender ist als die Pocken, die in den 1970er Jahren einen R-Null von 3,5 bis 4,5 hatten.
Dies könnte helfen zu erklären, wie viele (durchschnittlich) neue Menschen mit Fällen verschiedener Viren, einschließlich COVID-Varianten, infiziert sind. R0 ist der Wert der „Grundwiedergabe“. Bei Pocken waren es in den 1970er Jahren etwa 3,5-4,5. Die Delta-Variante ist also übertragbarer als Pocken. pic.twitter.com/tQziWBzPOI
— Larry Brilliant MD, MPH (@larrybrilliant) 27. Juni 2021
Die Guangzhou-Studie ergab auch, dass bei der Delta-Variante selbst in die präsymptomatische Phase. Das bedeutet, dass Menschen in Gefahr sind, das Virus zu verbreiten, noch bevor sie eine Ansteckung vermuten.
Ein gutes Beispiel in diesem Zusammenhang, das auch die Infektiosität der Delta-Variante unterstreicht, ist ein Fall einer flüchtigen, berührungslosen Übertragung, wie kürzlich aus einem Einkaufszentrum in der Nähe von Sydneys Bondi Beach berichtet wurde. Ein Limousinenfahrer, der mit der Delta-Variante infiziert war, diese aber zu diesem Zeitpunkt nicht kannte, wurde von einer Überwachungskamera festgehalten, indem er einen anderen Mann infizierte, der kurz an ihm vorbeiging und kurz neben ihm stand. Australische Beamte nahmen das Filmmaterial ernst und nur wenige Tage später wurde in Sydney eine Sperrung angekündigt.
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Spike-Protein-Mutationen
Viren sind mit Fettmembranproteinen (oder Glykoproteinen, da sie häufig mit glitschigen Zuckermolekülen bedeckt sind) umhüllt, die ihnen helfen, mit der Zellmembran des Körpers zu verschmelzen.
Das Spike-Protein von Coronaviren ist eines dieser viralen Glykoproteine in die Form einer linearen Kette von 1.273 Aminosäuren, sauber zu einer Struktur gefaltet, besetzt mit bis zu 23 Zuckermolekülen.
Im Fall von SARS-CoV-2 wird das Spike-Protein auf das etwa kugelförmige Viruspartikel geklebt, in die Hülle eingebettet und in den Weltraum ragen. Jedes Covid-Virus hat etwa 26 Spike-Trimere, die ihm helfen, an menschlichen Zellen zu haften – eines davon bindet an ein Protein auf der Oberfläche menschlicher Zellen namens ACE2, das es dem Virus ermöglicht, in den Körper einzudringen.
Mutationen, die signifikante Veränderungen des Spike-Proteins beinhalten, können Anlass zur Sorge geben, da sie Veränderungen in der Struktur und den biochemischen Eigenschaften des Virus auslösen. Dies kann durch Mutationen geschehen, die das Anhaften der Spikes an Zellen erleichtern oder verhindern, dass Antikörper daran binden.
Eine kürzlich in Cell veröffentlichte Studie ergab, dass eine einzelne Spike-Protein-Mutation möglicherweise eine wichtige Rolle dabei gespielt hat, dem Coronavirus dabei zu helfen, von Tieren auf Menschen zu springen. Im Laufe der Studie unter der Leitung von James Weger-Lucarelli, einem Virologen am Virginia Tech in Blacksburg, fanden Wissenschaftler heraus, dass die Aminosäure Threonin, die in den Coronaviren infizierter Fledermäuse oder Schuppentiere gefunden wurde, durch die Aminosäure Alanin ersetzt wurde, die in den Coronavirus, das Covid-19 verursacht. Die Forscher fanden heraus, dass der Austausch durch eine Mutation namens T372A ermöglicht wurde, die einige Zucker, die das Spike-Protein umhüllten, entfernte und dem Virus einen besseren Zugang zu ACE2 ermöglichte, um in menschliche Zellen einzudringen.
Da viele Anti-Covid-Medikamente und -Impfstoffe auf die viralen Glykoproteine abzielen, können Veränderungen des Spike-Proteins sie weniger wirksam machen. Zum Beispiel erreicht die D614G-Mutation dies, indem sie den genetischen Code für das Covid-Spike-Protein alarmiert, indem sie einen einzelnen Aminosäure-„Buchstaben“ ändert. Die Mutation macht die Spikes auch stabiler, was es dem Virus erleichtert, an ACE2-Rezeptoren zu binden.
Ein weiteres typisches Beispiel ist die Epsilon-Variante, die zwei verschiedene Abstammungslinien hat, B.1.427 und B.1.429, und die einst von der CDC als VOC angesehen wurde, später jedoch zu einer VOI herabgestuft wurde. Die Epsilon-Variante verringert die neutralisierende Wirksamkeit von Antikörpern, die durch Impfstoffe oder frühere Covid-Infektionen aufgrund von Mutationen verursacht wurden, die zu signifikanten Neuanordnungen in kritischen Bereichen des Spike-Proteins des Virus führten, hat ein Forschungsprojekt der University of Washington in Seattle und Vir Biotechnology ergeben .
Elektronenkryomikroskopie-Studien an der Epsilon-Variante zeigten, dass eine Mutation in der Rezeptorbindungsdomäne des Spike-Proteins die Aktivität von 14 von 34 neutralisierenden Antikörpern reduzierte. Zwei weitere Mutationen führten zum vollständigen Verlust der Neutralisation aller 10 Antikörper, die für die N-terminale Domäne des Spike-Proteins spezifisch sind.
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Mutante Stämme und reduzierte Impfstoffeffizienz
Die meisten Studien haben ergeben, dass Impfstoffe gegen Covid-Varianten weniger wirksam sind als gegen den ursprünglichen Stamm des Virus.
Eine Studie von PHE hat beispielsweise ergeben, dass die Wirksamkeit des Oxford-AstraZeneca-Impfstoffs gegenüber der Alpha-Variante auf 74 % und gegenüber der Delta-Variante auf 64 % sinkt. Zuvor hatte eine im New England Journal of Medicine veröffentlichte klinische Studie der Phase 1b-2 festgestellt, dass der AstraZeneca-Impfstoff nur eine Wirksamkeit von 10,4 % gegen leichte bis mittelschwere Infektionen aufweist, die durch die Beta-Variante verursacht werden.
Bharat Biotech hat gesagt, dass Covaxin 65,2 % Schutz gegen die Delta-Variante bietet.
Jüngste Daten des israelischen Gesundheitsministeriums zeigen, dass zwei Spritzen von Pfizer 64 % Schutz vor Covid bieten, wobei die Beobachtung zu einem Zeitpunkt kam, als über 90 Prozent der Fälle, die in letzter Zeit im Land des Nahen Ostens gemeldet wurden, durch die Delta-Variante.
Außerdem hat eine Studie in The Lancet ergeben, dass eine Dosis des Pfizer-Impfstoffs nur 32 % Schutz gegen Delta bietet und die Menge neutralisierender Antikörper selbst nach zwei Impfungen mehr als fünfmal niedriger ist die Delta-Variante als gegen den ursprünglichen Covid-19-Stamm.
Abgesehen von Impfstoffen sind die meisten Varianten weniger anfällig für therapeutische Eingriffe und die Behandlung mit monoklonalen Antikörpern.
Die meisten Studien haben jedoch gezeigt, dass fast alle Impfstoffe hochwirksam sind, um einen Krankenhausaufenthalt zu verhindern.
Da einige Berichte besagen, dass Auffrischungsspritzen einen besseren Schutz gegen die Varianten bieten können, führen viele Länder jetzt eine dritte Impfdosis für . ein die älteren und immungeschwächten Menschen.
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