Stand, 05.05.24

Das Virus ist nicht aus einem Labor entflohen, sondern stammt von einer Fledermaus ab, und wurde wahrscheinlich für unbestimmte Zeit in einem Zwischenwirt geparkt, ehe es am Wildtiermarkt in Wuhan auf den Menschen übergesprungen ist. Laborsicherheit ist zweifellos ein relevantes Thema, aber man darf nicht vergessen, dass wir von Nerzfarmen über Wildtiermärkte bis hin zur industriellen Viehindustrie wiederholt ideale Bedingungen schaffen, um Viren die Gelegenheit zu geben, sich an Säugetiere und letztendlich an uns Menschen anzupassen.

Neben SARS-CoV2 spielten Fledermäuse als Reservoir-Wirte bereits bei Epidemien mit SARS-CoV1 (2002/2003), Nipah-Virus (1998 und 2001), Hendra-Virus (1994), Marburg-Virus (1967 und 2023) und Ebolaviren (1976, 2014) eine Rolle. [Buchempfehlung: Isabella Eckerle, Von Viren, Fledermäusen und Menschen. Eine folgenreiche Beziehungsgeschichte, Droemer-Verlag, 2023]

Frühe Genomsequenzierungen von SARS-CoV2: A und B

Linie A (links oben) und B (rechts unten) waren am Anfang – Abbildung von Mikrobiologe Alex Crits-Christoph (August 2022)

Als das Virus am Seafood Market in Wuhan entdeckt wurde (Worobey et al. 2022, Pekar et al. 2022), gab es zwei Genotypen: Linie A und Linie B, die sich nur durch 2 Nucleotid-Änderungen unterschieden haben: 8782 in ORF1ab und 28144 in ORF8. Beide Abstammungslinien (in weiterer Folge: Linie) zirkulierten weltweit. Nukleotide sind Bausteine in den Strängen der Ribonukleinsäure (RNA), die sich aus einem Basen-, Zucker- und Phosphatanteil zusammensetzen. Beide Linien waren von Beginn an in Wuhan präsent, was stark dafür spricht, dass hier der Ursprung des Virus war. Bei einem Superspreader-Ereignis würde man keine zwei separaten Linien erwarten.

Anteil der Sublinien A (hier S) und B (hier L1 und L2) von 01/2020 bis 11/2020: B1 war von Beginn an stärker präsent als A (Credits: Tang et al. 2021)

Linie A ist zwei Mutationen näher an bekannten Fledermausviren, aber B scheint früher begonnen zu haben. Eine statistische Analyse schätzte die Wahrscheinlichkeit auf 96%, dass B zuerst da war (Pipes et al. 2021). A und B bekamen Nachfahren, wovon B.1 mit der Schlüsselmutation D614G die Führung übernahm, die das Virus infektiöser machte (Korber et al. 2020). Bis Mitte 2020 dominierten B.1 und B.1.1-Linien.

Viele dachten, dass die Pandemie bald vorbei sein würde, denn man erwartete bei einem Virus wie SARS-CoV2 nur sehr wenige Replikationsfehler. Bis dahin gab es noch keine Hinweise auf erhöhte Übertragbarkeit durch wiederkehrende Mutationen (Dorp et al. 2020). B.1 bekam drei weitere Mutationen im N-Gen (die 203K/204R erzeugten), daraus wurde B.1.1. Bis auf Delta (R203M) entstanden alle Linien aus B.1.1. Dann kamen Ende 2020 die Varianten und die Pandemie ging trotz Impfstoffzulassung in die Verlängerung.

Mehr zur weiteren Entwicklung mit den Wildtyp-Varianten (2021) und Omicron (2022-2023) unter Virusvarianten.

Was uns kryptische Linien über den Ursprung von SARS-CoV2 sagen

Kryptische Linien sind einzigartige, evolutionär fortgeschrittene SARS-CoV2-Linien, die im Abwasser entdeckt werden und einer unbekannten Quelle zugeordnet werden. Es handelt sich dabei ziemlich sicher um Personen mit chronischen Infektionen, wahrscheinlich Magendarm-Infektionen (Shafer et al. 2024).

Das große Rätsel bleibt, was zwischen einem magensaftresistenten Fledermaus-Sarbecovirus und der weltweiten Pandemie geschah. Virologe Marc Johnson hat dazu vor kurzem eine neue Theorie aufgestellt, die in der Fachwelt auf viel Interesse gestoßen ist:

Bei der evolutionären Geschichte einer Linie spielen drei Dinge eine wesentliche Rolle:

  1. Welche Arten von Nukleotid-Änderungen vorkommen.
  2. Wie viele Mutationen stumm sind (ändern die Proteinsequenz nicht).
  3. Welche Proteinänderungen vorkommen.

1. Arten von Nukleotid-Änderungen

Wenn man sich die Nukleotid-Änderungen anschaut, sind diese für gewöhnlich nicht „zufällig“. Die Hauptmutationen gehen von C zu T (technisch gesehen U, da es sich um RNA handelt). Falls zufällig, müssten 8% der Änderungen von C zu T gehen, aber es sind gewöhnlich viel mehr aufgrund eines Wirtsproteins namens APOBEC, das eine wichtige Rolle bei der Abwehr von Virusinfektionen innerhalb der Zellen spielt (Salter et al. 2017).

Wenn ein Virus von einem Tier mit APOBEC kommt, macht APOBEC aus C T. Bei Weißwedelhirschen (White Tailed Deer) kommen C zu T Umwandlungen wesentlich häufiger vor, vermutlich, weil sie mehr potente APOBEC-Proteine besitzen als Menschen (McBride et al. 2023).

2. Wie oft verursachen Mutationen Proteinänderungen (dN/dS-Verhältnis)?

Mutationen können stumm oder synonym sein (dS), oder nicht-synonym, also Proteinänderungen verursachend (dN).

Wenn ein Virus unter starken Selektionsdruck gerät, wie durch neutralisierende Antikörper, gibt es Druck zu Änderungen, also mehr dN-Mutationen. Bei Fledermäusen und Hirschen gibt es ziemlich geringen Selektionsdruck, daher sind 60% oder mehr der Änderungen stumm.

Beim Menschen ist der Selektionsdruck ziemlich hoch:

Beispielsweise hat BA.2 in den 18 Monaten Zirkulation, bis daraus DV.7.1 wurde, 39 Mutationen und 30 Aminosäureänderungen aufgesammelt. Ungefähr ein Viertel der Mutationen blieben stumm.

Bei kryptischen Linien und anderen chronischen Infektionen treten stumme Änderungen noch seltener auf. Bei kryptischen Linien machen sie oft weniger als 10% der Änderungen aus.

3. Proteinänderungen

In jedem gegebenem Umfeld kann eine Proteinänderung positiv, negativ oder neutral sein. Jesse D. Bloom hat hart daran gearbeitet festzustellen, wie Proteinänderungen dazu führen, dass das Spike-Protein den neutralisierenden Antikörpern entkommen kann (Starr et al. 2021). Diese Mutationen werden dann gewählt, wenn sich das Virus einem Immunsystem gegenübersieht, das das Virus bekämpft. Wir sehen die gleichen RBD-Änderungen bei zirkulierenden Linien, kryptischen Linien und anderen beständigen Infektionen. Bei letzteren werden diese Änderungen jedoch schneller erworben (Smyth et al. 2022).

Es gibt weitere Änderungen, wo der Selektionsdruck variiert. Beispielsweise scheint sich die Änderung Orf1a:K1795Q eher neutral bis negativ auf zirkulierende Linien auszuwirken. Sie befand sich schon einmal in einer zirkulierenden Linie (Gamma), aber keine große Omicron-Linie hat sie je erworben. Hingegen wird K1795Q bei beständigen Infektionen ausgewählt -rund 5-10% der beständigen Infektionen haben nach einem Jahr diese Änderung erworben. Bei den kryptischen Linien sind es sogar über 50%. Es ist die häufigste Aminosäure-Änderung bei kryptischen Linien, die nicht das Spike-Protein betrifft.

Mit anderen Worten: Kryptische Linien wollen kein K an der Position 1795.

Eine andere recht häufige Änderung bei kryptischen Linien ist Q498H/Y – das geschieht bei mehr als der Hälfte der kryptischen Linien, aber Patientensequenzen schauen nur sehr selten „kryptisch-ähnlich“ aus. Es gibt nur 14 Patientensequenzen mit 1795Q und 498H/Y und sie schauen alle wie kryptische aus – beispielsweise bei einem Patienten mit 1795Q und 498H, beachtenswerterweise wurde er ins Krankenhaus eingeliefert „mit Symptomen eines Reizdarms, einschließlich Durchfall und Borborygmus (Bauchknurren)“ (Nabieva et al. 2023 preprint). Ein weiterer Hinweis für die Hypothese einer systemischen Darminfektion [Anmerkung – das erinnert mich an ein Preprint Ende 2020, wo auch drei Monate nach einer symptomfreien Infektion noch persistierendes Virus im Dünndarm gefunden wurde (Gaebler et al. 2021)].

Zurück zum Ursprung von SARS-CoV2:

Es gab ein magensaftresistentes Fledermaus-Sarbecovirus => [yadda yadda] – und es gab eine weltweite Pandemie.

Lediglich beim [yadda yadda] gehen die Meinungen auseinander.

Johnson interessierte nun, welche Änderungen SARS-CoV2 seit dem letzten gemeinsamen Vorfahren durchlaufen hat. Es gibt kein Fledermausvirus, das einen klaren SARS-CoV2-Vorfahren aufweist. Verschiedene Teile des Genoms sind näher verwandt mit verschiedenen Fledermausviren (Temmam et al. 2022) – sie produzieren ständig Chimären (ein Virus, das genetisches Material von zwei oder mehr Ausgangsviren enthält).

Johnson forschte nach, welche Mutationen bei SARS-CoV2 anwesend sind, aber bei einer Reihe seiner nähesten Verwandten abwesend. Er verwendete dazu die 5 BANALS, RaTG13 und RpYN06-Viren. Rund 30-35% dieser Änderungen waren von C zu T, konsistent damit, dass es von einer Fledermaus oder einem anderen Tier kam, aber nicht von einem Weißwedelhirsch.

Um welche Änderungen handelte es sich da?

Wenn seine Theorie der chronischen Infektion korrekt wäre, müsste SARS-CoV2 seit der Aufspaltung relativ wenige stumme Mutationen aufweisen, und es sollte eine Menge an Proteinänderungen in der rezeptorbindenden Domain des Spikes geben.

275 Mutationen waren bei SARS-CoV2 vorhanden, die nicht in einem der erwähnten Fledermaus-Sarbecoviren auftraten, und über 80% davon waren stumm. Es gab nur eine einzige Aminosäure-Änderung im Kern der rezeptorbindenden Domain. Also genau das Gegenteil von dem, was man sich erwartet, wenn es sich um eine chronische Infektion handeln würde.

So sahen die tatsächlichen Aminosäure-Änderungen aus:

Aminosäure-Änderungen in unterschiedlichen Bereichen von SARS-CoV2 verglichen mit Fledermaussequenzen

Das Ergebnis ist bemerkenswert: Es schaute so aus, als ob die kryptischen Linien verzweifelt versuchen, sich wieder in ein Fledermaus-Magendarmvirus zu verwandeln (blau markiert). Diese Änderungen sind nicht konsistent damit, dass das Virus direkt von Fledermäusen stammt:

  • Position 1795: Während 1795K (die Aminosäure, die SARS-CoV2 erworben hat) in zirkulierenden Varianten gut toleriert wird, wird sie bei kryptischen Varianten alsbald rückgängig gemacht.
  • Spike-Mutation A372T: 372A (von SARS-CoV2 erlangt) schafft eine Glykosylationsseite ab, die recht dramatisch die räumliche Anordnung des Spike-Proteins ändert (Zhang et al. 2022). Kryptische Linien versuchen verweifelt, diese Änderung zurückgängig zu machen, aber die Reversion tritt bei zirkulierenden Varianten extrem selten auf.
  • RBD: Die kryptischen Linien wollen unbedingt Q498H (die Sequenz bei Fledermäusen) oder 498Y. Diese sind ebenfalls sehr selten. Offenbar hat diese Änderung mehr mit dem Gewebe zu tun als mit der Spezies.
  • Schließlich die Änderung bei SARS-CoV2, die s2m (29758T) durcheinanderbringt. Der s2m Stammloop ist eine hochkonservierte RNA-Struktur bei manchen Corona-, Astro- und Picorna-Viren (die allgemein alle den Magendarmtrakt infizieren). Bei zirkulierenden Varianten existiert s2m nicht mehr (gelöscht), aber bei kryptischen Linien wird versucht, sie wiederherzustellen, so wie sie im Darm von Fledermäusen gefunden werden.

Schlussfolgerung

SARS-CoV2 ist nicht nur ein normales Fledermaus-Sarbecovirus mit einer zusätzlichen Furinspalt-Seite (FCS). Diese Änderungen sind nicht „zufällig“. Das Virus scheint sich erheblich an eine „nicht Magendarm-Umgebung“ angepasst zu haben, in einer Art und Weise, die wahrscheinlich nur durch natürliche Selektion vonstatten gehen konnte.

Die einfachste Erklärung wäre, dass SARS-CoV2 bereits in einem nicht-menschlichen Wirt in einem Teil ohne Magendarmtrakt zirkulierte und zwar mehrere Jahre, bevor es zum Menschen übergesprungen ist. Dadurch besteht Hoffnung, dass der Ursprungswirt von SARS-CoV2 eines Tages gefunden werden könnte.

Selbst wenn man glaubt, dass die FCS in SARS-CoV2 hineinmanipuliert wurde (mit einem unbekannten Virus beginnend), müsste das Virus in einer „nicht-Magendarm“-Umgebung gezüchtet worden sein, beinahe ohne Immundruck für längere Zeit (wahrscheinlich Jahre), bevor es auf den Menschen übersetzte.

Wenn das Zoonose-Argument korrekt ist, ist der Vorfahre von SARS-CoV2 immer noch da draußen und angesichts des niedrigen Selektionsdrucks sollte er weiterhin eindeutig erkennbar sein – man wird ihn wahrscheinlich nicht in Fledermauskot finden.

Pandemien und Klimaerwärmung

Links Entwicklung der Weltbevölkerung über die Jahrtausende, Rechts Entwicklung des internationalen Reiseverkehrs seit 1950.

Die globale Erderhitzung macht solche zoonotischen Übersprünge wahrscheinlicher, weil sich der Lebensraum und die Nahrungsquellen der Wirtsträger verändern. Damit können sich Viren leichter in bestimmten Spezies vermehren (Verdünnungshypothese) und kommen häufiger in die Nähe des Menschen.

Unsere Lebensweise ist relativ neu aus erdgeschichtlicher Sicht:

  • in engem Kontakt mit domestizierten Nutztieren
  • Eindringen in Wildtierhabitate in großer Zahl
  • Leben mit hoher Bevölkerungsdichte
  • Kontakt mit einer Vielzahl anderer Haushalte und ständiger Vermischung
  • hohes Lebensalter
  • Die meiste Zeit verbringen wir in Innenräumen
  • Reisen um die ganze Welt

Die Weltbevölkerung ist im Laufe der letzten Jahrzehnten ständig gewachsen. Mehr befallene Wirte ergeben auch mehr Gelegenheiten für gefährliche Mutationen. Gleichzeitig hat der Reiseverkehr seit Ende des Zweiten Weltkriegs stetig zugenommen. Damit verbreiten sich neue Varianten sehr schnell in alle Erdteile, möglicherweise auch in Regionen, wo gegen diese spezielle Variante wenig Immunität entgegengesetzt werden kann.

Wir sind keine Fledermäuse – es gibt einen Grund, weshalb sie die Hauptquelle für zoonotische Viren sind: Sie leben mit den Viren, weil ihr Immunsystem regelmäßige Infektionen toleriert, weil sie sich unter diesen Bedingungen entwickelt haben (Banerjee et al. 2020, Irving et al. 2021). Viren haben keine Strategie, ihre Fitness hängt von der aktuellen Umgebung ab, nicht von der Zukunft. Viren werden mit der Zeit nicht milder, siehe Masern, Influenza, RSV, MERS.

Laborhypothese

Im NDR-Podcast vom 8. Juni 2021 (Folge 19, Transkript ab Seite 538ff) hat Virologe Drosten bereits die Standardhypothese zum Ursprung von SARS-CoV2 aufgedröselt.

„Wir müssen doch grundsätzlich bei Wissenschaftlern, die im akademischen Bereich seriöse Forschung machen, auch wenn sie aus China kommen und in China arbeiten, davon ausgehen, dass sie nicht böswillig und maligne agieren. Wir müssen von der Grundauffassung ausgehen, dass die aufrichtige Forschung machen.“

Dort beschreibt Drosten z.B. die Gain-of-Function-Forschung, beispielsweise wurde ein Stück Vogelkot sequenziert, daraus hat man die Geninformation von Influenzaviren erhalten mit ein paar verdächtigen Mutationen. Diese fügt man in ein reversgenetisches System (Kopie des Genoms eines Virus auf DNA-Ebene, das gentechnisch verändert werden kann) ein und erschafft das Virus künstlich. Das, was man im Labor macht, kann die Natur auch. Wenn im Labor gesehen wird, dass sich etwa eine gefährlichere Variante zusammenbraut, wenn bestimmte Mutationen zusammenkommen, dann kann das in der Natur auch irgendwann passieren. Ob es sinnvoll ist, das im Labor auszutesten ist eine allgemeine Frage, über die in der Wissenschaft viel diskutiert wird, andererseits haben die Labore bestimmte Sicherheitsmaßnahmen, um Unfälle zu verhindern.

Anlass für die Laborhypothese war u.a. die sogenannte Furin-Spaltstelle (Protease-Erkennungsstelle). Das Protein auf der Oberfläche des Virus muss in zwei Teile geschnitten werden, um gut zu funktionieren. Influenza- und Coronaviren haben das notwendige Enzym nicht im Handgepäck, sondern nutzen das Enzym Furin, das sich im Ausschleusungsweg befindet, welche die Zelle für die Produktion von Viren bietet. Dieses schneidet die Virusproteine passend, wie sie gebraucht werden. Andere Coronaviren haben diese Spaltstelle nicht. Es ist aber normal, dass manche Viren sie erwerben, andere nicht, etwa hat sie auch die Vogelgrippe.

Sie entsteht im wesentlichen durch zwei Mechanismen:

  • zusätzlicher Fehlermechanismus in den Replikationsenzymen dieser Viren
  • Furin-Spaltstelle kommt in vielen Proteinen der Zelle vor, für eigene Proteinproduktion, mit Unmengen an Genom-Kopien, darunter Rekombinationsschritte, und dass dann tiertypische Codone (3 Nukleoide hintereiner, z.B. CCG) auftauchen in der Furin-Spaltstelle, ist erwartungsgemäß, wenn das Virus sich diese über Rekombinationsschritte angeeignet habe

Jetzt ist aber nicht davon auszugehen, dass das Einfügen einer Furin-Spaltstelle ein Virus automatisch besser oder stärker übertragbar macht. Es kann sogar eher das Gegenteil passieren, weil eine Furin-Seite mit einem Glykoprotein dazu führen kann, dass das Glykoprotein vorzeitig reift und zu früh aus der Zelle kommt, und der Spaltprozess durch Furin dann in der falschen zeitlichen Abfolge passiert, wodurch die eigene Replikation zum Erliegen kommt.

Der Aufbau eines reversgenetischen Systems, um so eine Furin-Spaltstelle künstlich einzufügen, würde Jahre dauern. Drosten vergleicht es mit dem Klang eines neuen Autoradios. Statt ein neues Radio einzubauen, baut man ein ganz neues Auto von Grund auf und dann das neue Radio ein. Das sei einfach nicht sinnvoll und würde niemand machen.

Das Virus könnte aber auch in einer großen Tiergruppe repliziert haben und dann würde dieser Zufall irgendwann passieren, dass die Furin-Spaltstelle entstanden ist. Coronaviren kommen von Rhinolophus-Fledermäusen, die in großen Höhlenpopulationen leben. Dabei kommt es gelegentlich zum Auftreten, aber auch zum Verschwinden solcher Spaltstellen.

SARS-CoV1 kam in Felltieren, in bestimmten Schleichkatzenarten und in Marderhunden vor. Fledermäuse gebären alle zur selben Zeit, dabei fallen viele tote Neugeborene von der Decke, die von kleinen Raubtieren dann gefressen werden und sich dabei infizieren können. In der Geburtenzeit verbreiten sich auch die Coronaviren leichter, weil die Muttertiere leicht immunsupprimiert sind und die geborenen Kinder immunologisch naiv sind. In China werden immer wieder Marderhunde und Schleichkatzenarten mit SARS-1 gefunden, mit denen dann auf Wildtiermärkten gehandelt wird. Daher lag es auf der Hand zu vermuten, dass SARS-CoV2 sich auf denselben Weg in die menschliche Wirtspopulation begeben hat, mutmaßlich über die Zucht von und Handel mit Marderhunden.

NDR-Podcast, Seite 549 – Man vergleiche Drostens Aussagen zu China z.B. mit jenen abwertenden Aussagen von Ex-Public-Health-Chef der AGES, Franz Allerberger, zu Beginn der Pandemie

Obwohl die Zusammenhänge zwischen Fledermauspopulationen, Zwischenwirten und bereits erfolgten Übertragungen von Viren auf den Menschen seit etwa Mitte 2020 bekannt sind, scheint die Laborunfallhypothese weitaus größere Aufmerksamkeit zu erhalten. Chinesische Behörden haben die Nachforschungen unterbunden, höchstwahrscheinlich, weil sie sich bewusst waren, dass trotz Verboten mit Wildtieren gehandelt wurde. Als Folge dieser Intransparenz kursieren die schrägsten Verschwörungstheorien, die China vorwerfen, mit SARS-CoV2 absichtlich eine Biowaffe erzeugt zu haben. Auf der anderen Seite ist es ein gutes Beispiel dafür, wie gedankenloses Eingreifen des Menschen in Ökosysteme zu Pandemien führen kann, und zwar aufgrund der Gier nach billigen Fellen. Übrigens nicht nur Chinas Problem, sondern wie eingangs erwähnt auch in westlichen Ländern mit Nerzfarmen. Wir provozieren auch künftig Virus-Übersprünge auf andere Spezies und schließlich den Menschen, wenn wir Ökosysteme unter Druck setzen und zum Verschwinden bringen. Dann überleben nurmehr wenige Arten mit großen Populationen, worin sich ein Pathogen leicht vermehren und mutieren kann (Verdünnungshypothese).