Besorgniserregende SARS-CoV-2-Varianten, die aus chronischen COVID-Infektionen hervorgehen, zeigt eine Studie

Die besorgniserregenden Coronavirus-Varianten entstehen aus chronischen, langfristigen COVID-Infektionen bei Menschen, die möglicherweise immungeschwächt sind und das Virus nicht beseitigen können, wie eine neue Studie nachdrücklich nahe legt. Frontiers in Virology veröffentlichte die Ergebnisse von Wissenschaftlern der Emory University und der University of Oxford.

„Anstatt sich aus Übertragungsketten akuter COVID-Infektionen bei Hunderten von Millionen Menschen zu entwickeln, zeigen unsere Ergebnisse, dass die besorgniserregenden Varianten aus seltenen Fällen stammen, in denen jemand möglicherweise monatelang eine aktive Infektion hat“, sagt Daniel Weissman, ein korrespondierender Autor und Emory Professor für Biologie und Physik mit Schwerpunkt quantitative Evolutionstheorie.

Eine wichtige Botschaft zum Mitnehmen ist, dass es wichtig ist, diese Personen, die chronisch infiziert sind, zu finden und sie bei der Genesung zu unterstützen. In vielen Fällen sind sie möglicherweise asymptomatisch und merken nicht einmal, dass sie mit COVID infiziert sind, obwohl sie das Virus aktiv ausscheiden."

Mahan Ghafari, Erstautor des Artikels und Postdoktorand, University of Oxford

Ghafari schloss 2018 sein Studium an der Emory mit einem Master in Physik ab.

Weitere Autoren des Artikels sind Aris Katzourakis, Professor für Evolution und Genomik an der Universität Oxford; Qihan Liu, ein Emory-Student in Physik; und Emory-Student Arushi Dhillon.

Viren wie SARS-CoV-2 entwickeln sich aufgrund gelegentlicher Mutationen im genetischen Code, die bei ihrer Replikation auftreten können, kontinuierlich weiter. „Wenn ein Virus sich selbst kopiert, erstellt er nicht immer perfekte Kopien“, erklärt Weissman.

Normalerweise kommen solche zufälligen Mutationen dem Virus nicht zugute und geben den Wissenschaftlern, die diese Veränderungen überwachen, keine Bedenken. Gelegentlich führen die Mutationen jedoch zu einer Variante des Virus, die es möglicherweise übertragbarer, schwieriger zu erkennen und zu behandeln und sogar tödlicher macht.

Die Weltgesundheitsorganisation definiert eine besorgniserregende Variante von SARS-CoV-2 als eine Variante, die selbst bei geimpften oder zuvor infizierten Personen mit größerer Wahrscheinlichkeit Infektionen verursacht.

„In den ersten Monaten der Pandemie sah es nicht so aus, als würde sich das Coronavirus zu einer besorgniserregenden Variante entwickeln“, sagt Weissman. „Aber dann, boom, boom, boom! Das Coronavirus hat sich nicht nur zu VOCs entwickelt, sondern Ende 2020 dreimal kurz hintereinander.“

Die Weltgesundheitsorganisation nannte diese ersten drei besorgniserregenden Varianten Alpha, Beta und Gamma.

Warum waren alle drei dieser VOCs ungefähr zur gleichen Zeit und anscheinend in drei weit entfernten Gebieten der Welt aufgetreten?

Ein weiteres Rätsel war, warum in den VOCs große Cluster von Mutationen auftraten. „Ein Schlüsselelement, das diese VOCs von anderen zirkulierenden Viruslinien unterschied, ist, dass jeder von ihnen eine stark erhöhte Anzahl von Mutationen aufweist“, bemerkt Ghafari. "Das ist ein wichtiger Unterscheidungspunkt in evolutionärer Hinsicht."

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Zumindest einige der Mutationen der VOC wurden in chronischen COVID-Fällen nachgewiesen, was zu der Hypothese führte, dass diese Langzeitfälle die Quelle der VOC sein könnten. Die andere Haupttheorie war, dass VOCs aus der anhaltenden Übertragung akuter Infektionen in Gebieten der Welt mit schlechter genomischer Überwachung des Virus hervorgingen.

Ghafari, Weissman und ihre Mitarbeiter gehörten zu den ersten Teams, die diese Theorien über die Entstehung von Alpha-, Beta- und Gamma-VOCs methodisch testeten.

Die Forscher erstellten ein mechanistisches, theoretisches Modell, um das Problem zu untersuchen, wobei sie vorhandene Daten und von ihnen entwickelte Software verwendeten. Das resultierende Modell schließt die Theorie aus, dass die VOCs aus einer anhaltenden Übertragung akuter Infektionen entstanden sind, und unterstützt vollständig die Theorie, dass sich jede Variante innerhalb eines einzelnen Individuums mit einer chronischen Infektion entwickelt hat.

Das Modell zeigt, wie mehrere Mutationen benötigt wurden, von denen jede entweder neutral oder leicht vorteilhaft für die virale Fitness gewesen sein kann. Auf diese Weise erhält eine Variante schließlich eine Konstellation von Mutationen, die es ihr ermöglichen, übertragbarer zu werden.

Obwohl sich die aktuelle Arbeit auf Daten für die Alpha-, Beta- und Gamma-Varianten stützte, erklärt das resultierende theoretische Modell auch das spätere unabhängige Auftreten der Delta- und Omikron-VOCs. Delta tauchte Ende 2020 in Indien auf, fegte schnell durch dieses Land und verbreitete sich auf der ganzen Welt. Delta ließ nach, nachdem Omicron, das kein Nachkomme der Delta-Variante ist, Ende 2021 in Südafrika auftauchte. Omicron wurde schnell zum weltweit dominierenden VOC.

Die Forscher haben ihr Modell und ihre Software öffentlich zugänglich gemacht, damit andere die Entwicklung von SARS-CoV-2-Varianten untersuchen können.

„Idealerweise möchten wir irgendwann in der Lage sein, den Zeitpunkt zu quantifizieren, zu dem in Zukunft neue Varianten auftauchen könnten“, sagt Weissman. "Das hat enorme Auswirkungen aus Sicht der öffentlichen Gesundheit."

Studien haben gezeigt, dass einige Menschen mit geschwächtem Immunsystem, z. B. diejenigen, die Medikamente gegen andere chronische Erkrankungen einnehmen, seit einem Jahr oder sogar länger aktive COVID-Infektionen haben. Es ist entscheidend, diese Personen zu identifizieren, betonen die Forscher, nicht nur um ihnen bei der Behandlung von COVID zu helfen, sondern auch um die genomische Überwachung der SARS-CoV-2-Viren durchzuführen, die sie tragen.

„Wer weiß, welche Variante von einer chronisch infizierten Person als nächstes hochkochen könnte?“ Sagt Ghafari. „Unsere Studie zeigt, dass wir aus evolutionärer Sicht etwas völlig anderes als die bisherigen VOCs erwarten können. Wenn wir diesem Virus einen Schritt voraus sein wollen, müssen wir Menschen mit chronischen Infektionen aktiver identifizieren und überwachen.“

Die Arbeit wurde von der National Science Foundation, der Simons Foundation, der Sloan Foundation, dem Biotechnology and Biological Science Research Council und dem European Research Council finanziert.

Quelle:

Emory-Universität

Referenz:

Ghafari, M., et al. (2022) Untersuchung der evolutionären Ursprünge der ersten drei besorgniserregenden SARS-CoV-2-Varianten. Grenzen in der Virologie. doi.org/10.3389/fviro.2022.942555.

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