Menschen mit Schutzmasken spiegeln sich in einer Pfütze, wenn sie am 12. Oktober 2021 in Tokio eine Straße in einem Einkaufsviertel überqueren. (AP)
Geschrieben von Emily Anthes
Am 9. Januar 2020, etwa eine Woche nachdem die Welt zum ersten Mal von einer mysteriösen Ansammlung von Lungenentzündungen in Zentralchina erfuhr, Behörden gaben bekannt, dass Wissenschaftler den Schuldigen gefunden hatten: ein neuartiges Coronavirus.
Es war eine ernüchternde Ankündigung und eine entnervend vertraute. Fast zwei Jahrzehnte zuvor war ein anderes Coronavirus über die Artenbarriere gesprungen und um die Welt gerast, was eine tödliche neue Krankheit namens schweres akutes Atemwegssyndrom oder SARS verursachte. Das Virus, das als SARS-CoV bekannt wurde, tötete 774 Menschen, bevor die Gesundheitsbehörden es eindämmten.
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Aber selbst als Wissenschaftler das befürchteten Die Geschichte könnte sich wiederholen, es gab einen Hoffnungsschimmer. Obwohl sich alle Viren entwickeln, ist bekannt, dass Coronaviren relativ stabil sind und sich langsamer verändern als die gewöhnliche Grippe.
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„Ich denke, es gab ein Gefühl, das zu unseren Gunsten funktionieren würde und dass das Albtraumszenario, dass es wie eine Grippe ist – sich ständig ändern und ständig aktualisierte Impfstoffe benötigen – wahrscheinlich nicht der Fall sein würde“, sagte Dr. Adam Lauring, ein Virusexperte und Arzt für Infektionskrankheiten an der University of Michigan.
Womit viele Wissenschaftler nicht gerechnet hatten, war die unkontrollierte globale Ausbreitung. In den folgenden Wochen übersprang das neue Virus SARS-CoV-2 von Wuhan, China, ein Kreuzfahrtschiff in Japan, eine kleine Stadt in Norditalien und eine Biotechnologie-Konferenz in Boston. Land für Land wurden globale Coronavirus-Tracker rot.
Bis heute haben sich mehr als 237 Millionen Menschen mit dem Virus infiziert und 4,8 Millionen sind gestorben – 700.000 allein in den USA.
Auf diesem Aktenfoto wird Romelia Navarro, rechts, von Krankenschwester Michele Younkin getröstet, während sie weint, während sie am Bett ihres sterbenden Mannes Antonio in der COVID-19-Einheit des St. Jude Medical Center in Fullerton, Kalifornien, sitzt. (AP)
Mit jeder Infektion ergeben sich neue Möglichkeiten für das Virus, zu mutieren. Jetzt, fast zwei Jahre nach Beginn der Pandemie, arbeiten wir uns durch ein Alphabet neuer Virusvarianten: schnell ausbreitendes Alpha, immunhemmendes Beta und weiter durch Gamma, Delta, Lambda und zuletzt Mu.
“Wir haben in weiten Teilen der Welt nur unkontrollierte Infektionen, und das wird zu mehr Chancen für die Entwicklung des Virus führen”, sagte Lauring.
Selbst für ein Virus ist die Evolution ein langes Spiel, und unsere Beziehung zu SARS-CoV-2 steckt noch in den Kinderschuhen. Es ist äußerst unwahrscheinlich, dass wir das Virus ausrotten, sagen Wissenschaftler, und was die nächsten Jahre – und Jahrzehnte – bringen, ist schwer vorherzusagen.
Aber das Erbe vergangener Epidemien sowie einige grundlegende biologische Prinzipien, gibt Hinweise, wohin wir gehen könnten.
Die genetische Lotterie
Viren sind Replikationsmaschinen, die unsere Zellen entführen, um Kopien ihres eigenen Genoms zu erstellen. Manchmal machen sie kleine Fehler, ähnlich wie Tippfehler, während sie sich wiederholen.
Meistens haben diese Fehler keinen Nutzen für den Virus; viele sind schädlich und verschwinden schnell. Aber gelegentlich kommt ein Virus in die genetische Lotterie: eine Mutation, die einen Vorteil verschafft. Diese fittere Version des Virus kann dann seine Mitbewerber überholen, was zu einer neuen Variante führt.
Das Coronavirus könnte sich auf unzählige Arten verändern, aber es gibt drei Möglichkeiten: Es könnte übertragbarer werden, es könnte unserem Immunsystem besser entkommen oder es könnte virulenter werden und schwerwiegendere Krankheiten verursachen.
SARS-CoV-2 ist bereits übertragbarer geworden. „Das Virus kann einfach besser von einer Person zur anderen übertragen werden als im Januar 2020“, sagte Jesse Bloom, Experte für virale Evolution am Fred Hutchinson Cancer Research Center in Seattle. „Und das liegt an einer Vielzahl von Mutationen, die das Virus erworben hat, von denen wir einige verstehen und andere nicht.“
Eine der ersten dieser Mutationen war bereits Ende Januar 2020 aufgetreten. Die Mutation D614G stabilisierte höchstwahrscheinlich das Spike-Protein, das das Virus verwendet, um sich an menschliche Zellen zu binden, und machte das Virus infektiöser. Es verbreitete sich schnell und verdrängte die ursprüngliche Version des Virus.
Mit der Ausbreitung des Virus entstanden mehr Mutationen, die zu noch mehr übertragbaren Varianten führten. Zuerst kam Alpha, das etwa 50 % ansteckender war als das ursprüngliche Virus, und bald darauf Delta, das wiederum etwa 50 % ansteckender war als Alpha.
“Jetzt befinden wir uns im Grunde in einer Delta-Pandemie”, sagte Robert Garry, Virusexperte an der Tulane University. „Also ein weiterer Anstieg, eine weitere Verbreitung einer etwas besseren Variante.“
Obwohl einige Experten überrascht waren, dass die hyperinfektiöse Variante mit mehr als einem Dutzend bemerkenswerter Mutationen so schnell auftaucht, erscheint das Auftreten von mehr übertragbaren Varianten ist die virale Evolution wie aus dem Lehrbuch.
„Es ist schwer vorstellbar, dass das Virus in eine neue Art übergehen wird, die perfekt für diese Art geformt ist“, sagte Andrew Read, ein evolutionärer Mikrobiologe an der Penn State University. „Es wird zwangsläufig eine gewisse Anpassung vornehmen.“
Wissenschaftler erwarten jedoch nicht, dass dieser Prozess ewig andauern wird.
Es gibt wahrscheinlich einige grundlegende biologische Grenzen, wie ansteckend ein Individuum ist Virus werden kann, basierend auf seinen intrinsischen Eigenschaften. Gut an den Menschen angepasste Viren wie Masern und die saisonale Grippe werden nicht ständig ansteckender, stellte Bloom fest.
Es sei nicht ganz klar, was die Einschränkungen der Übertragbarkeit seien, fügte er hinzu, aber zumindest kann sich das neue Coronavirus nicht unendlich schnell replizieren oder unendlich weit reisen.
„Die Übertragung erfordert, dass eine Person irgendwie ausatmet oder hustet oder das Virus ausatmen und es in den Atemwegen eines anderen landen und ihn infizieren “, sagte Bloom. „Diesem Prozess sind nur Grenzen gesetzt. Es wird nie der Fall sein, dass ich hier in meinem Büro sitze und es jemandem auf der anderen Seite von Seattle gebe, richtig?“
Er fügte hinzu: „Ob sich die Delta-Variante bereits auf diesem Plateau befindet oder ob es weitere Steigerungen geben wird, bevor es dieses Plateau erreicht, kann ich nicht sagen. Aber ich denke, dass es ein Plateau gibt.“
Der Immunität ausweichen
Einige Varianten sind nicht nur übertragbarer, sondern haben auch die Fähigkeit erworben, einigen unserer Antikörper auszuweichen. Antikörper, die das Eindringen des Virus in unsere Zellen verhindern können, sind so konstruiert, dass sie sich an bestimmten Molekülen auf der Oberfläche des Virus festsetzen und wie Puzzleteile einrasten. Aber genetische Mutationen im Virus können die Form dieser Bindungsstellen verändern.
„Wenn Sie diese Form ändern, können Sie es einem Antikörper unmöglich machen, seine Aufgabe zu erfüllen“, sagt Marion Pepper, Immunologin bei der medizinischen Fakultät der University of Washington.
Delta scheint einigen Antikörpern auszuweichen, aber es gibt andere Varianten, insbesondere Beta, die diesen Abwehrmechanismen noch besser ausweichen können . Im Moment ist Delta so ansteckend, dass es es geschafft hat, diese verstohlenen Varianten zu übertreffen und somit die Verbreitung zu begrenzen.
Aber da immer mehr Menschen Antikörper gegen das Virus erwerben, werden Mutationen, die es dem Virus ermöglichen, an diesen Antikörpern vorbeizuschlüpfen, noch vorteilhafter. „Die Selektionslandschaft hat sich verändert“, sagt Jessica Metcalf, Evolutionsbiologin an der Princeton University. „Aus der Sicht des Virus heißt es nicht mehr: ‚Ich hüpfe einfach herum und es gibt einen freien Wirt.‘ ”
Die gute Nachricht ist, dass es viele verschiedene Arten von Antikörpern gibt, und a Variante mit ein paar neuen Mutationen wird ihnen wahrscheinlich nicht allen entkommen, sagten Experten.
„Das Immunsystem hat sich auch so entwickelt, dass es viele Tricks im Ärmel hat, um der Entwicklung des Virus entgegenzuwirken“, sagte Pepper. „Das Wissen um diese komplexe Vielfalt des Immunsystems ermöglicht es mir, nachts besser zu schlafen.“
Bestimmte T-Zellen zerstören beispielsweise virusinfizierte Zellen und tragen so dazu bei, die Schwere der Erkrankung zu verringern . Zusammengenommen kann unser Sortiment an T-Zellen mindestens 30 bis 40 verschiedene Teile von SARS-CoV-2 erkennen, haben Forscher herausgefunden.
„Es ist viel schwieriger, T-Zell-Antworten zu umgehen als Antikörper-Antworten“, sagt Dr. Celine Gounder, Spezialistin für Infektionskrankheiten an der New York University Grossman School of Medicine.
Und dann gibt es noch B-Zellen, die Generieren Sie unsere Armee von Antikörpern. Selbst nachdem wir die Infektion beseitigt haben, produziert der Körper noch eine Weile B-Zellen und führt absichtlich kleine genetische Mutationen ein. Das Ergebnis ist eine enorm vielfältige Sammlung von B-Zellen, die eine Reihe von Antikörpern produzieren, von denen einige gut für die nächste Variante geeignet sein könnten.
„Sie sind eigentlich eine Sammlung von Vermutungen, die das Immunsystem darüber anstellt, wie Varianten in Zukunft aussehen könnten“, sagte Shane Crotty, Virusexperte am La Jolla Institute for Immunology.
Bisher Studien legen nahe, dass unsere Antikörper-, T-Zell- und B-Zell-Antworten in Bezug auf SARS-CoV-2 alle wie erwartet funktionieren. “Dieses Virus spielt hauptsächlich nach immunologischen Regeln, die wir verstehen”, sagte Crotty.
“Kein Interesse daran, uns zu töten”
Ob das Virus virulenter wird – das heißt, ob es ernstere Krankheiten verursacht – ist am schwersten vorherzusagen, sagten Wissenschaftler. Im Gegensatz zur Übertragbarkeit oder Immunumgehung hat Virulenz keinen inhärenten evolutionären Vorteil.
“Das Virus hat kein Interesse daran, uns zu töten”, sagte Metcalf. „Virulenz ist für das Virus nur wichtig, wenn es für die Übertragung funktioniert.“
Da Menschen, die ins Krankenhaus eingeliefert werden, das Virus möglicherweise weniger wahrscheinlich verbreiten als diejenigen, die mit dem Schnupfen herumlaufen, haben einige die Theorie aufgestellt, dass neue Viren mit der Zeit milder werden.
Ein häufig zitiertes Beispiel ist das Myxoma-Virus, das 1950 von australischen Wissenschaftlern freigesetzt wurde, um die Population invasiver europäischer Kaninchen zu reduzieren.
Anfänglich erwies sich das Myxoma-Virus als „fantastisch virulent“, schrieb ein Wissenschaftler , tötete mehr als 99% der Kaninchen, die es infizierte. Schon nach wenigen Jahren traten jedoch einige etwas mildere Virusstämme auf und wurden dominant.
Aber Myxom ist keine einfache Geschichte von einem Virus, der allmählich weniger virulent wird.
„Mitte der 1950er Jahre wurden auch frühe Varianten entdeckt, die zu nett waren“, sagte Read, der das Virus untersucht hat. „Sie verursachten nur wenige Krankheiten, wurden aber schlecht übertragen, sodass sie nie dominieren konnten.“
Die Kaninchen entwickelten auch eine neue Immunabwehr, die es ihnen ermöglichte, Infektionen leichter abzuwehren, und dann feuerte das Virus zurück und lernte neue Tricks für die Schwächung des Immunsystems der Kaninchen.
“Siebzig Jahre – es geht immer noch gangbusters”, sagte Read.
Ob sich SARS-CoV-2 langfristig in der Virulenz verändern wird, ist noch zu früh. Es könnte sicherlich Kompromisse zwischen Virulenz und Übertragung geben; Varianten, die Menschen zu schnell zu krank machen, verbreiten sich möglicherweise nicht sehr weit.
Andererseits verbreitet sich dieses Virus, bevor Menschen schwer erkranken. Solange dies der Fall ist, könnte das Virus ansteckender werden, ohne die Übertragbarkeit zu beeinträchtigen.
Darüber hinaus könnte dasselbe, was das Virus infektiöser macht – eine schnellere Replikation oder eine engere Bindung an unsere Zellen – es auch virulenter machen. Tatsächlich deuten einige Beweise darauf hin, dass Delta eher zu einer Krankenhauseinweisung führt als andere Varianten.
“Ich könnte dieses Spiel der Vorstellung tatsächlich noch lange fortsetzen”, sagte Read. „An meinen guten Tagen bin ich optimistisch, dass die Schwere der Krankheit mit der Zeit abnehmen wird. Denn isolierte Menschen wirken sich eindeutig auf die Übertragung aus. An meinen schlechten Tagen mache ich mir Sorgen, dass es in die andere Richtung geht.“
Unruhiges Gleichgewicht
Auch wenn uns viele mögliche Wege offen bleiben, steht fest, dass SARS-CoV-2 nicht aufhören wird, sich weiterzuentwickeln – und dass das Wettrüsten zwischen dem Virus und uns gerade erst beginnt.
Wir haben die ersten Runden verloren, weil wir das Virus ungehindert verbreiten ließen, aber wir haben immer noch mächtige Waffen, die wir in den Kampf bringen können. Am bemerkenswertesten sind hochwirksame Impfstoffe, die in Rekordgeschwindigkeit entwickelt wurden. „Ich denke, es besteht Hoffnung in der Tatsache, dass die SARS-CoV-2-Impfstoffe zu diesem Zeitpunkt wirksamer sind als Grippeimpfstoffe wahrscheinlich jemals waren“, sagte Bloom.
Selbst die Impfstoffe der ersten Generation liefern erhebliche Schutz vor Krankheiten, und es gibt viel Raum, sie zu verbessern, indem man an der Dosierung und dem Timing herumbastelt, sie auf neue Varianten zuschneidet oder neue Ansätze entwickelt, wie zum Beispiel Nasensprays, die die Übertragung möglicherweise besser stoppen können.
„Ich bin fest davon überzeugt, dass wir durch die Verbesserung unserer aktuellen oder der nächsten Generation von Impfstoffen alle schädlichen evolutionären Pfade beseitigen können“, sagte Read.
Die gelegentliche bahnbrechende Infektion oder Auffrischung könnte dazu beitragen, unsere nachlassende Immunität zu stärken und unserem Körper beizubringen, neue Mutationen zu erkennen, was uns letztendlich weniger anfällig für die nächste kommende Variante macht.
“Vielleicht haben Sie eine Reinfektion, aber es ist relativ mild, was auch deine Immunität stärkt“, sagte Gounder.
Während die Zahl der völlig anfälligen Wirte abnimmt und die Übertragung verlangsamt, wird das Virus weniger Möglichkeiten zur Mutation haben. Ein aktuelles Papier, das noch nicht von Experten überprüft wurde, deutet darauf hin, dass steigende Impfraten möglicherweise bereits neue Mutationen unterdrücken.
Und die Evolutionsrate könnte sich auch verlangsamen, wenn sich das Virus besser an den Menschen anpasst.< /p>
„Es gibt tief hängende Früchte“, sagte Lauring. „Es gibt also bestimmte Möglichkeiten, sich weiterzuentwickeln und große Verbesserungen vorzunehmen, aber nach einer Weile gibt es keine Bereiche mehr, in denen man sich verbessern könnte – es hat alle einfachen Möglichkeiten zur Verbesserung herausgefunden.“
Wenn sich die Virusentwicklung verlangsamt und unser Immunsystem aufholt, werden wir schließlich ein unbehagliches Gleichgewicht mit dem Virus erreichen, sagen Wissenschaftler voraus. Wir werden es nie auslöschen, aber es wird eher schwelen als wüten.
Wie dieser Gleichgewichtspunkt genau aussieht – wie viel Übertragung es gibt und wie viele Krankheiten er verursacht – ist ungewiss. Einige Wissenschaftler sagen voraus, dass das Virus letztendlich der Grippe sehr ähnlich sein wird, die immer noch zu schweren Erkrankungen und zum Tod führen kann, insbesondere bei saisonalen Überspannungen.
Andere sind optimistischer. „Ich vermute, dass dies eines Tages eine weitere Ursache für eine Erkältung sein wird“, sagte Jennie Lavine, die diese Möglichkeit als Forscherin für Infektionskrankheiten an der Emory University untersuchte.
Es gibt vier weitere Coronaviren, die sind in der menschlichen Bevölkerung endemisch geworden. Wir sind ihnen früh und oft ausgesetzt, und alle vier verursachen meist ganz normale Erkältungen.
COVID-19 könnte genau das sein, wie es aussieht, wenn sich ein neuartiges Coronavirus in einer Bevölkerung ohne vorbestehende Immunität ausbreitet. „Dies ist vielleicht kein so anderes Biest als alles andere, an das wir gewöhnt sind“, sagte Lavine. “Es ist nur ein schlechter Moment.”
Natürlich bleiben viele Unsicherheiten bestehen, sagten Wissenschaftler, einschließlich der Zeit, die es dauern wird, ein Gleichgewicht zu erreichen. Da die Infektionen in den USA wieder zurückzugehen beginnen, wachsen wieder Hoffnungen, dass das Schlimmste der Pandemie hinter uns liegt.
Aber ein Großteil der Welt bleibt ungeimpft, und dieses Virus hat uns bereits überrascht. „Wir sollten etwas vorsichtig und bescheiden sein, wenn es darum geht, vorherzusagen, was es in der Zukunft tun kann“, sagte Crotty.
Obwohl wir uns nicht vor allen Eventualitäten schützen können, können wir die Chancen in unserer durch Ausweitung der Virusüberwachung, Beschleunigung der weltweiten Impfstoffverteilung und Eindämmung der Übertragung, bis mehr Menschen geimpft werden können, sagten Wissenschaftler.
Die Maßnahmen, die wir jetzt ergreifen, werden dazu beitragen, die kommenden Jahre zu bestimmen, sagte Dr. Jonathan Quick, ein globaler Gesundheitsexperte an der Duke University und Autor von „The End of Epidemics“.
Die Zukunft, er sagte: “hängt viel, viel mehr davon ab, was Menschen tun als von dem, was das Virus tut.”
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