Wissenschaftler geben zu, dass sie Covid-19 unterschätzt haben, und jetzt versuchen sie, mit der Evolution Schritt zu halten

Von der Washington Post Vor 2h

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Von Caroline Y Johnson

Washington – Der Evolutionsbiologe Jesse Bloom wusste, dass es nur eine Frage der Zeit war: Das Coronavirus würde sich zu einem noch gewaltigeren Feind entwickeln, der den krankheitsbekämpfenden Antikörpern ausweichen kann, die Menschen nach einer Infektion oder Impfung schützen.

Er wusste sogar, welche Mutation ihm diese Supermacht verleihen würde.

Er wusste einfach nicht, dass es so schnell gehen würde.

Während eines Großteils des Jahres 2020 waren die meisten Menschen – einschließlich der meisten Experten – nicht besonders besorgt über die Fähigkeit des Virus, sich zu entwickeln. SARS-CoV-2 änderte sich, aber bisher war das nicht besonders besorgniserregend. Dann, im späten Herbst, sprang es. Markante neue Versionen des Virus lösten in Brasilien, Südafrika und Großbritannien alarmierende Wellen aus.

In wenigen Monaten sind Varianten zu einem globalen Thema geworden. Fast jedes Mal, wenn Experten des öffentlichen Gesundheitswesens über den Verlauf der Gesundheitskrise sprechen, beschäftigen sie sich mit den Varianten, der losen Kanone, die hart erkämpfte Fortschritte ruinieren könnte.

Diese Varianten tragen nicht nur eine, sondern eine Reihe von Mutationen. Sie scheinen besorgniserregende neue Fähigkeiten zu haben, die sich besser durch Aspekte der Immunität ausbreiten oder ausrutschen können.

Ihr plötzliches Auftauchen überraschte die Wissenschaftler und bereitete die Bühne für das nächste Kapitel der Pandemie. Die Massenimpfkampagne, die sich wie eine Welle der Erleichterung hätte anfühlen können, ist stattdessen ein bedrohlicher, dringender Wettlauf gegen ein sich veränderndes Virus.

Der Weg zur Herdenimmunität, der wichtige Meilenstein, wenn das Virus keine neuen Ausbrüche auslösen kann, sieht länger und komplexer aus. Impfstoffe können möglicherweise nicht vollständig besiegt werden, sondern jagen einfach einem sich ständig ändernden Virus nach.

Während Wissenschaftler daran arbeiten, die Varianten in den Griff zu bekommen, bietet die Situation der Öffentlichkeit einen seltenen Sitz in der ersten Reihe und eine Echtzeitansicht der Unvorhersehbarkeit der viralen Evolution. Das Virus verändert sich und Wissenschaftler bereiten sich auf eine Vielzahl möglicher Zukünfte vor.

“Wir müssen uns damit abfinden, dass ich ziemlich zuversichtlich bin, dass SARS-CoV-2 eher einer Influenza ähnelt, die wir ständig haben, weil sich das Virus ändert, und wir müssen uns Sorgen machen.” Halten Sie unsere Impfstoffe auf dem neuesten Stand “, sagte Bloom. “Andererseits denke ich, dass es in einem Jahr viel weniger ein Problem sein wird.”

Bereits jetzt verstärken Forscher die genomische Überwachung, um Veränderungen des Virus zu verfolgen.

Menschen wie Bloom erstellen Karten der genetischen Fluchtwege, die das Virus einschlagen könnte, damit Wissenschaftler bei unvermeidlichen Mutationen schnell interpretieren können, ob sie wahrscheinlich eine Bedrohung darstellen.

Das bedeutet nicht unbedingt eine Welt, in der die Pandemie niemals endet. Die Aussichten verbessern sich mit der Einführung von Impfstoffen. Wenn Impfstoffe veraltet sind, werden sie aktualisiert.

“Es wird neue Varianten und neue Wege geben, auf denen das Virus unseren Immunantworten ein wenig entkommen kann, aber das ist der Schlüssel – es wird wahrscheinlich nicht so viel”, sagte Sarah Cobey, die die Virusentwicklung bei studiert die Universität von Chicago.

In Laboratorien testen Wissenschaftler, ob die aktuellen Varianten weiterhin anfällig für Antikörper sind, die durch natürliche Infektionen und Impfstoffe hervorgerufen werden. Unternehmen bereiten neue Versionen von Impfstoffen vor und testen für alle Fälle zusätzliche Auffrischungsimpfungen.

Das heimliche und schnelle Eintreffen von Varianten hat Wissenschaftler in die vertraute Lage versetzt, nicht vorhersagen zu können, wohin das Virus führt.

“Wenn Sie Virologen wirklich drängen und sie dazu bringen, ehrlich und nicht revisionistisch zu sein, sagte die Mehrheit, wenn nicht alle Einzelpersonen in der Gemeinde: ‘Es wird wahrscheinlich in Ordnung sein, es wird wahrscheinlich in Ordnung sein.'” sagte Paul Duprex, Direktor des Zentrums für Impfstoffforschung an der Universität von Pittsburgh.

Die letzten Monate waren ein Weckruf: “Denken Sie nicht, dass wir klüger sind als die Evolution.”

Noch bevor die Varianten auftauchten, gab es Hinweise darauf, dass Wissenschaftler die Fähigkeit des Virus zur Veränderung unterschätzt hatten.

Ab dem vergangenen Frühjahr befand sich ein 45-jähriger Mann mit einer schweren Autoimmunerkrankung fünf Monate lang in einem Krankenhaus in Boston und verließ das Krankenhaus. Es stellte sich heraus, dass es sich um eine erstaunlich lange chronische Coronavirus-Infektion handelte. Durch die Sequenzierung des Virus über verschiedene Zeitpunkte stellten die Ärzte fest, dass sich das Virus schnell änderte – was das Potenzial für das hervorhob, was sein Ärzteteam als “beschleunigte Virusentwicklung” bezeichnete.

Anstelle von nur ein oder zwei genetischen Optimierungen akkumulierte das Virus 21 Mutationen und sie konzentrierten sich auf das Spike-Protein – die Stelle, an der das Immunsystem einen Großteil seiner Feuerkraft trainiert, um Infektionen zu blockieren. Nachdem dem Mann ein Antikörperarzneimittel verabreicht worden war, traten neue Mutationen auf, die dem Virus möglicherweise geholfen haben, die Behandlung zu vereiteln.

Tausende von Kilometern entfernt im Vereinigten Königreich hat sich das Virus bei einem 70-jährigen Krebsüberlebenden mit einem geschwächten Immunsystem festgesetzt. Nachdem der Patient eine antikörperreiche Plasmabehandlung erhalten hatte, um seine Krankheit zurückzuschlagen, sahen die Forscher, dass verschiedene Varianten innerhalb des Mannes an Boden gewannen und verloren.

Eine Version des Virus nahm zu, wenn er mit Plasma behandelt wurde, ging dann zurück, als die Antikörper abnahmen, und dominierte dann wieder, wenn ein letzter Plasmakurs gegeben wurde.

Die Forscher erstellten eine Laborversion dieser Variante. Sie fanden heraus, dass eine seiner genetischen Veränderungen die Anfälligkeit des Virus für Antikörper verringerte, aber auch eine potenzielle Achillesferse aufwies, wodurch es weniger effizient bei der Infektion von Zellen war.

Eine zweite Veränderung – ein fehlender Teil des Genoms – schien dies zu kompensieren und die Fähigkeit des Virus, Zellen zu infizieren, zu erhöhen. Diese Änderung wurde auch in der sich schnell ausbreitenden Variante festgestellt, die diesen Winter eine Sperrung in Großbritannien auslöste.

In Pittsburgh wurde ein Mann in den Siebzigern, der eine hochmoderne Krebsbehandlung erhalten hatte, die einen Teil seines Immunsystems ausschaltete, in ein Krankenhaus mit Lungenentzündung eingeliefert. Er war mehr als zwei Monate lang krank, und im Verlauf seiner Krankheit konnten Forscher das ihn infizierende Virus sequenzieren und einen Hinweis darauf finden, warum sich das Virus so flexibel verändern konnte.

Viele Wissenschaftler hatten angenommen, dass das Virus, da es über einen Korrekturmechanismus verfügt, um Fehler bei der Vermehrung zu korrigieren, nicht schnell mutieren würde. Aber die Veränderungen des Virus waren keine Tippfehler im genetischen Code – es fehlten Schwaden, die als Deletionen bezeichnet wurden. Der Virus konnte nicht korrigieren, was nicht da war.

“Wir haben die Fähigkeit des Virus, sich seit Beginn der Pandemie zu entwickeln, unterschätzt”, sagte Kevin McCarthy, Mikrobiologe am Impfstoffforschungszentrum der Universität von Pittsburgh.

Diese Patienten, die alle starben, lieferten Hinweise auf die Evolutionskapazität des Virus, bevor die Varianten die Aufmerksamkeit der Welt auf sich zogen.

Wissenschaftler wissen, dass Viren in den Zellen von Menschen Kopien von sich selbst erstellen – und dabei gelegentlich Fehler machen. Wenn sich Infektionen schnell auflösen und sich Mutationen langsam ansammeln, hat das Virus keine große Chance, ein riesiges Reservoir an genetischer Vielfalt zu kultivieren. Bei immungeschwächten Menschen hat das Virus jedoch weitaus größere Chancen, seine genetische Couture zu verändern.

Wenn wohlmeinende Ärzte ein wenig Druck ausüben – beispielsweise eine Runde antikörperreiches Plasma, um das Leben eines Patienten zu retten -, gibt es möglicherweise eine Version des Virus, die einen Vorteil erlangt und der Behandlung ausweichen kann.

Niemand weiß, ob bei einer immungeschwächten Person eine bestimmte Variante aufgetreten ist, aber die Fälle haben sich bisher als unheimliche Kristallkugel erwiesen, die vorhersagt, was sich in der Bevölkerung abspielt. Da das Virus mehr als 100 Millionen Menschen auf der ganzen Welt infiziert, wurden ihm maximale Möglichkeiten geboten, die Verkleidung zu ändern.

“Es deutet darauf hin, dass es einen evolutionären Sprung von einer verborgenen Quelle viraler Evolution gibt”, sagte Jonathan Z. Li, der die HIV-Arzneimittelresistenz am Brigham and Women’s Hospital in Boston untersucht. “Wir haben einen blinden Fleck in der Gemeinde, in der die Evolution stattfindet, und wir können ihn erst sehen, wenn wir sehen, dass er weit genug verbreitet ist.”

Nicht jede Mutation verwandelt ein Virus in einen Superschurken. Die meisten haben wenig Wirkung oder können den Virus tatsächlich humpeln. Und selbst Mutationen, die scheinbar zum Nutzen des Virus wirken, können mit Kompromissen einhergehen.

Eine genetische Optimierung, die es dem Spike-Protein ermöglicht, etwas verstohlener unter dem Radar des Immunsystems zu fliegen, scheint für ein Virus eindeutig hilfreich zu sein. Eine solche Veränderung könnte aber auch nach hinten losgehen und den Einbruch in die Körperzellen weniger effizient machen. Ein Virus, das für das Immunsystem unsichtbar ist, klingt furchterregend, könnte aber auf kritische Weise unfähig sein.

Eine der offenen Fragen zur Evolutionskapazität des Coronavirus ist, ob seine Fähigkeit zur Veränderung begrenzt ist. Der Dorn rastet in Zellen ein, wie ein Schlüssel, der in ein Schloss passt. Viele Wissenschaftler hatten angenommen, dass dieser Schlüssel nicht mehr geöffnet werden kann, wenn er sich zu stark ändert.

“Das Spike-Protein scheint bemerkenswert tolerant gegenüber Veränderungen zu sein. … Ich glaube nicht, dass die meisten Menschen damit gerechnet hätten”, sagte Francis Collins, Direktor der National Institutes of Health.

Es gab jedoch Warnungen vor der Neigung des Spikes zur Formänderung vor den Varianten.

An der Rockefeller University in New York haben der Virologe Paul Bieniasz und seine Kollegen im vergangenen Sommer das charakteristische Spike-Protein des Coronavirus im Labor unter Druck gesetzt.

In Reagenzgläsern führen sie den Spike durch einen Immunitätshandschuh und setzen ihn aufeinanderfolgenden Runden von Antikörpern aus, um Versionen des Spikes herauszusieben, mit denen eine Neutralisation vermieden werden kann. Solche Experimente haben Grenzen in Bezug auf das, was sie vorhersagen können, wie sich ein Virus bei der Ausbreitung durch Menschen verhält. Was Bieniasz jedoch sah, war eine Mutation an einer Stelle namens E484.

Ein prominenter Virologe sagte dem Team: “Ich mache mir darüber keine Sorgen”, erinnerte sich Bieniasz. Noch Monate später tauchten im wirklichen Leben Änderungen an E484 auf – bei den Varianten in Südafrika und Brasilien.

Bloom vom Fred Hutchinson Cancer Research Center in Seattle verspürte Ende letzten Jahres einen ähnlichen Schock der Anerkennung. Sein Labor hatte jede mögliche Mutation im Bereich des Spike-Proteins getestet, das an Zellen bindet, um festzustellen, welche die größte Bedrohung für die Immunität darstellten, und E484 war zu einem Schwerpunkt ihrer Arbeit geworden.

“Ich denke, jeder in der Gemeinde war überrascht, wie schnell diese Experimente relevant wurden”, sagte Bloom.

Was Wissenschaftler jetzt diskutieren, ist, wohin das Virus als nächstes geleitet werden könnte.

Es könnte sich in einer Phase rasanter Evolution befinden, in der sich das Virus anpasst, um Menschen besser infizieren zu können. Nach einiger Zeit – wie viel ist eine andere Frage zur Debatte – könnte sich diese Rate verlangsamen. Oder das Virus könnte wie die Influenza einfach in einem ständigen Hin und Her mit dem Immunsystem stehen.

“Ist der Dorn unendlich formbar? Ist er plastisch genug, um etwas passieren zu lassen? Es gibt keine einfache Antwort”, sagte John Moore, Professor für Mikrobiologie und Immunologie an der Weill Cornell Medicine.

Die unmittelbaren Auswirkungen auf gewöhnliche Menschen sind nicht schlimm. Es bleibt wichtig, die Übertragung zu verringern, um dem Virus weniger Chancen auf Veränderungen zu geben – und damit die Menschen geimpft werden. Aber für Wissenschaftler liegt noch ein langer Weg vor uns. Kizzmekia Corbett, die wissenschaftliche Leiterin des Coronavirus-Impfprogramms am Impfstoffforschungszentrum des NIH, sagte kürzlich, die Entstehung der Varianten fühle sich wie eine “zweite Pandemie” an. Unternehmen und Wissenschaftler beginnen bereits mit Tests von überarbeiteten Impfstoffen, damit sie bei Bedarf bereit sind.

“Ich denke, dieses Virus zeigt mehr genetische Flexibilität, als manche vielleicht erwartet haben”, sagte Vincent Munster, Leiter der Abteilung für Virusökologie bei den Rocky Mountain Laboratories des NIH. “Auch wenn wir nicht wirklich in die Zukunft schauen können, wäre es gut, zumindest vorauszusehen, dass dies ein zukünftiges Szenario sein könnte, damit wir tatsächlich vorbereitet sind.”

Washington Post