Woher kommt SARS-CoV-2?

Seit den ersten Berichten über eine neue Lungenerkrankung (COVID-19) in Wuhan, wird weltweit ausgiebig über die Herkunft des ursächlichen Virus SARS-CoV-2 diskutiert. Wir wollen hier nicht über konspirative Gerüchte sprechen, die in Fake News ihre Kreise durch Facebook und Whatsapp ziehen. Stattdessen ein wissenschaftlicher und evidenzbasierter Blick auf den Ursprung, die mögliche Entstehung und die Biologie des neuartigen Virus.

Wer oder was sind Coronaviren?

Coronaviren (Coronaviridae) sind eine Virusfamilie, die sich durch bestimmte Merkmale auszeichnet:

Besitzen eine Hülle

Das Kugelförmige und etwa 125 nm große Virus besitzt eine Hülle mit keulenförmigen Oberflächenstrukturen, die nach außen ragen. Dies sieht aus wie ein Kranz oder eine Krone (lat. corona) und war schließlich namensgebend für diese Virusfamilie. Vor allem die Hülle von Viren ist immer sehr interessant, denn die auf ihr befindlichen Oberflächenproteine stellen den ersten Vermittler zwischen Virus und Wirtszelle dar. Würde man also einen Weg finden diese Proteine zu blockieren, damit sie nicht an Zellen binden, wäre dies einer von vielen möglichen Therapiesätzen.

Genom

Die genetische Information wird in Form einer Ribonukleinsäure (RNA) gespeichert, weshalb das Coronavirus ein sogenanntes RNA-Virus ist. Im Vergleich zu anderen RNA-Viren (z.B. Influenza, Ebola, Hepatitis A, Hepatitis C, Tollwut) haben Coronaviren das längste Genom. Mit dieser Erbinformation im Gepäck bringt das Virus all seine wichtigen Informationen in die Wirtszelle, die für die Virusvermehrung erforderlich sind.

Wirte

Coronaviren infizieren normalerweise vor allem Wirbeltiere, Vögel und Fische. Da Coronaviren aber eine hohe genetische Variabilität aufweisen, können sie die Artenbarriere überwinden und so auch für Menschen infektiös werden. SARS-CoV-2 ist übrigens erst das 7. Coronavirus, das für den Menschen infektiös ist. Wie auch SARS-CoV und MERS-CoV kann es schwere Krankheitsverläufe zeigen. Die Coronaviren HKU1, NL63, OC43 und 229E kennt hierzulande – zum Glück – eigentlich niemand, was auch daran liegt, dass sie eher milde Krankheitsverläufe verursachen.

Die SARS-CoV-2 Hülle

Jeder hat sicher schon mal ein Bild des Corona-Virus in den Nachrichten gesehen. Was hier so bunt und formschön anmutet ist natürlich ein Modell des Virus. Dies leitet sich unter anderem von Daten der Strukturbiologie und Elektronemmikroskopie ab.

Es ist vor allem die Hülle des Virus, die Eindruck und ein bleibendes Bild hinterlässt. Aber auch aus biologischer und biochemischer Sicht ist die Hülle sehr interessant. Auf der Virushülle befinden sich verschiedenen Proteine. Diese nutzt das Virus als Anker für eine Bindung an bestimmte Rezeptoren, die sich auf der Oberfläche von Wirtszellen befinden. Das Virus bindet an diese Zellen und gelangt schließlich in die Zelle, wo der Infektionszyklus beginnt. Im Falle von SARS-CoV-2 gibt es verschiedene interessante und wichtige Oberflächenmerkmale.

Zum einen gibt es ein Protein, das in der Lage ist an den sogenannten ACE2-Rezeptor auf menschlichen Zellen zu binden, es wird „Spike-Protein“ genannt. Dieses Protein ist schon durch die anderen Coronaviruserkrankungen bekannt und daher gut studiert. Strukturelle Untersuchungen haben aber sehr schnell gezeigt, dass das Spike-Protein von SARS-CoV-2 minimale Abweichungen zu dem vom bisher bekannten SARS-CoV zeigt. Die Folge dieser minimalen Abweichung: das neue Virus bindet noch besser und stärker an den ACE2-Rezeptor, als es bei SARS-CoV der Fall war. Dies ist übrigens ein Ergebnis der natürlichen Selektion und Anpassung, nicht etwa ein Produkt einer gezielten biotechnologischen Manipulation.

Eine weitere interessante strukturelle Komponente findet sich ebenfalls im Bereich des Spike-Proteins. Zwischen zwei Untereinheiten des Proteins findet sich eine Stelle, an der eine Spaltung des Proteins erfolgen kann: die sogenannte Furin-Spaltstelle. Diese Stelle ist deshalb so interessant, weil sie maßgeblich am Infektionsgeschehen beteiligt ist. Man kennt diese Spaltstelle bereits von anderen Viren: je eher diese Stelle vorhanden ist, desto infektiöser das Virus – dies ist eine weitere Erklärung, weshalb SARS-CoV-2 deutlich infektiöser ist, als andere Coronaviren bisher.

SARS-CoV-2: gezielt manipuliertes Virus oder doch Ergebnis der Natur?

Derzeit kursieren im Netz allerlei konspirative Theorien: das Virus ist Produkt einer gezielten biotechnologischen Manipulation und stammt aus einem Labor in China oder den USA (je nachdem, wer wen beschuldigt). Das Ganze erhielt eine zeitlang sogar halbwegs wissenschaftliche Unterstützung, denn ein Labor will Hinweise für eine Manipulation entdeckt haben. Jedoch wurde dies schneller durch zahlreiche Labore widerlegt und entsprechende „Rebuttals“ wurden publiziert [1].

Viren können zwar durchaus gezielt manipuliert werden, aber die dafür benötigten molekulare Werkzeuge und Prozesse hinterlassen im Virusgenom typische Artefakte. Keines dieser Artefakte fand sich nach Sequenzierung der SARS-CoV-2 Erbinformation.

Viel wahrscheinlicher ist es, dass das Virus Produkt des normalen Vorgangs der natürlichen Selektion ist. Dies beschreibt im Grunde nichts anderes, als sich an die herrschenden Umstände anzupassen. Im Zuge dieser Selektion werden also Organismen überleben, die Mechanismen entwickelt haben, die ihnen das bestmögliche Überleben in einer bestimmten Situation erlauben. Diese Mechanismen können z.B. bedeuten, dass sich Proteine oder bestimmte Merkmale verändert haben. Diese Anpassung als Teil eines normalen biologischen Prozesses findet auch für Viren quasi ständig statt – fraglich ist also nicht, ob diese Anpassung stattfindet, vielmehr fragt man sich im Zusammenhang mit SARS-CoV-2 nun eher, wann dies stattfand. Denkbar sind dabei folgende Szenarien [2]:

1. Natürliche Selektion in einem tierischen Wirt mit anschließender Übertragung auf einen menschlichen Wirt
2. Natürliche Selektion in einem menschlichen Wirt nach vorangegangener Übertragung von einem tierischen Wirt
3. Natürliche Selektion während der Passage vom tierischen auf den menschlichen Wirt.

Wer den Gegner kennt, kann sich besser wehren

Natürlich ist es sinnvoll, sich zu fragen, wo die aktuelle Pandemie ihren Ursprung nahm und wie das Virus entstanden ist. Jedoch hilft es nichts, sich hier von Verschwörungstheorien verunsichern zu lassen. Vielmehr sollte die Sache auf Basis echter Fakten diskutiert werden. Das klassische Vorgehen der Wissenschaft ist gefragt: stelle eine Hypothese auf, prüfe diese und leite daraus die qualifizierte Erkenntnisse ab. Das schließlich ist das einzig sinnvolle Vorgehen, besser mit dem „Gegner“ umzugehen – sowohl ganz akut, als auch zukünftig. Forscher stellen sich daher jetzt vor allen folgende Fragen:

Wie konnte ein tierisches Virus die Artenschwelle überwinden, welche Mechanismen haben dies begünstigt oder ggf. gefördert?

Antworten darauf könnten zukünftig entsprechende Vorkehrungsmaßnahmen und Learnings ermöglichen.

Welche Merkmale zeigt das Virus?

Man benötigt ein möglichst genaues Bild von den biologischen, biochemischen und pathophysiologischen Mechanismen des Virus. So können Medikamente entwickelt oder auch bestehende Therapeutika genutzt werden, die bei ähnlichen Targets bereits erfolgreich waren. Derzeit laufen diverse klinische Studien, die untersuchen sollen, ob bestimmte HIV- oder Malaria-Medikamente eventuell auch gegen SARS-CoV-2 wirksam sind. Des weiteren bietet die Kenntnis der Merkmale von SARS-CoV-2 letztlich auch die Möglichkeit für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffes. Leider ist die Entwicklung und Prüfung zeitlich sehr aufwändig, sodass Experten frühestens im Herbst mit einem Vakzin rechnen.

Täglich wächst die wissenschaftliche Basis zu SARS-CoV-2. Dies ist ein gutes Zeichen und bildet auch weiterhin den Grundstock für eine sinnvolle Berichterstattung zu diesem Thema. Daher gebt auch zukünftig Fake News, die nur unnötig Angst und Panik verbreiten, keine Chance!

#stayathome

Literaturangaben

[1] Hao et al., Is SARS-CoV-2 originated from laboratory? A rebuttal to the claim of formation via laboratory recombination. Emerg Microbes Infect. 2020 Mar 8;9(1):545-547.

[2] Andersen et al., The proximal origin of SARS-CoV-2. Nat Med (2020).