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Wie entstehen Mutationen, lohnt es sich, auf einen neuen Coronavirus-Stamm zu warten?
Wie entstehen Mutationen, lohnt es sich, auf einen neuen Coronavirus-Stamm zu warten?

Video: Wie entstehen Mutationen, lohnt es sich, auf einen neuen Coronavirus-Stamm zu warten?

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Anonim

Im Oktober letzten Jahres erkrankte irgendwo in Indien eine Person, die wahrscheinlich immungeschwächt ist, an COVID-19. Sein Fall mag zwar mild gewesen sein, aber aufgrund der Unfähigkeit seines Körpers, sich vom Coronavirus zu befreien, verweilte und vermehrte er sich. Während sich das Virus replizierte und von einer Zelle zur anderen wanderte, kopierten sich Teile des genetischen Materials falsch. Mit diesem modifizierten Virus infizierte er seine Umgebung.

Auf diese Weise entstand laut Wissenschaftlern der Delta-Stamm des Coronavirus, der auf der ganzen Welt verheerende Schäden anrichtet und täglich viele Menschenleben fordert. Während der COVID-19-Pandemie wurden bereits Tausende von Varianten dieses Virus identifiziert, von denen vier als „besorgniserregend“gelten – Alpha, Beta, Gamma und Delta.

Das gefährlichste von ihnen ist Delta, einigen Berichten zufolge ist es etwa 97% ansteckender als das ursprüngliche Coronavirus, das 2019 in Wuhan aufgetaucht ist. Aber kann es noch gefährlichere Sorten als Delta geben? Zu verstehen, wie Mutationen auftreten, hilft bei der Beantwortung der Frage.

Coronaviren sind anfälliger für Mutationen als andere Viren

Für Mikrobiologen war eine solche Wendung wie in Indien keine Überraschung. Natürlich konnten sie nicht vorhersagen, wo und wann ein noch tödlicheres Virus auftauchen würde und ob es überhaupt passieren würde, aber die Möglichkeit einer gefährlichen Mutation wurde uneingeschränkt eingeräumt. Laut Bethany Moore, Vorsitzende der Abteilung für Mikrobiologie und Immunologie an der University of Michigan, repliziert ein Virus jedes Mal, wenn es in eine Zelle eindringt, sein Genom, um sich auf andere Zellen auszubreiten.

Darüber hinaus kopieren Coronaviren ihr Genom nachlässiger als Menschen, Tiere oder sogar einige andere Krankheitserreger. Das heißt, beim Kopieren ihrer eigenen genetischen Codes machen sie oft Fehler, die zu Mutationen führen. Allerdings gibt es Viren, die noch häufiger mutieren als das Coronavirus, zum Beispiel die Grippe. Dies liegt daran, dass die RNA von Coronaviren ein Korrekturleseenzym enthält, das für die doppelte Überprüfung von Kopien verantwortlich ist. Daher kommt es meistens in welcher Form in eine Person, auf diese Weise kommt es von ihm.

Um der Welt irreparablen Schaden zuzufügen, werden jedoch, wie Epidemiologen sagen, viele falsch kopierte Kopien nicht benötigt. Viren, die beispielsweise während eines Gesprächs durch Tröpfchen in der Luft übertragen werden, verbreiten sich viel schneller als solche, die sexuell, durch Blut oder sogar taktil übertragen werden. Darüber hinaus bergen solche Viren eine weitere Gefahr – eine infizierte Person kann sie und sogar ihre mutierte Version übertragen, noch bevor sie von ihrer Infektion weiß.

Individuelle Mutationen des Coronavirus sind weniger gefährlich als konvergente Evolution

Die meisten Mutationen töten das Virus entweder von selbst ab oder sterben an der fehlenden Verbreitung, d. h. der Träger gibt es an eine kleine Anzahl von Menschen weiter, die das Virus isolieren und eine weitere Verbreitung verhindern. Aber wenn eine große Anzahl von Mutationen entsteht, gelingt es einigen von ihnen versehentlich, einem begrenzten Kreis von Trägern zu „entkommen“, beispielsweise wenn eine infizierte Person einen überfüllten Ort oder eine Veranstaltung mit vielen Teilnehmern besucht.

Am meisten Angst haben Wissenschaftler jedoch, so Vaughn Cooper, Professor für Mikrobiologie und Molekulargenetik, nicht einmal vor einer Mutation eines einzelnen Virus, sondern vor ähnlichen Veränderungen, die in vielen unabhängigen Varianten auftreten. Solche Veränderungen machen das Virus in Bezug auf die Evolution immer perfekter. Dieses Phänomen wird als konvergente Evolution bezeichnet.

Beispielsweise trat bei allen oben genannten Stämmen die Mutation in einem Teil des Spike-Proteins (Spike-Protein) auf. Diese Vorsprünge helfen dem Virus, menschliche Zellen zu infizieren. Als Folge der D614G-Mutation wurde eine Art von Aminosäure (genannt Asparaginsäure) durch Glycin ersetzt, was das Virus ansteckender machte.

Eine weitere häufige Mutation, bekannt als L452R, wandelt die Aminosäure Leucin in Arginin um, wiederum im Spike-Protein. Wenn man bedenkt, dass die L452-Mutation in mehr als einem Dutzend einzelner Klone beobachtet wurde, kann der Schluss gezogen werden, dass sie dem Coronavirus einen wichtigen Vorteil bietet. Diese Annahme wurde kürzlich von Forschern bestätigt, nachdem sie Hunderte von Proben des Virus sequenziert hatten. Darüber hinaus hilft L452R, wie Wissenschaftler vermuten, dem Virus, Menschen mit einer gewissen Immunität gegen das Coronavirus zu infizieren.

Da das Spike-Protein für die Entwicklung von Impfstoffen und Behandlungen von entscheidender Bedeutung war, haben Wissenschaftler die größte Menge an Forschungen durchgeführt, um Mutationen darin zu untersuchen. Einige Wissenschaftler glauben jedoch, dass die Untersuchung von Mutationen im Spike-Protein allein nicht ausreicht, um das Virus zu verstehen. Diese Meinung wird insbesondere von Nash Rochman, einem Experten für evolutionäre Virologie, geteilt.

Rohman ist Co-Autor eines kürzlich erschienenen Artikels, in dem es heißt, dass das Spike-Protein zwar ein wichtiges Element des Virus ist, es aber auch einen anderen, ebenso wichtigen Teil davon gibt, das als Nukleokapsid-Protein bezeichnet wird. Es ist eine Beschichtung, die das RNA-Genom des Virus umgibt. Laut dem Wissenschaftler können diese beiden Bereiche zusammenarbeiten. Das heißt, eine Variante mit einer Mutation im Spike-Protein ohne Veränderungen im Nukleokapsid-Protein kann sich ganz anders verhalten als eine andere Variante, die Mutationen in beiden Proteinen aufweist.

Eine Gruppe von Mutationen, die zusammenwirken, wird Epistase genannt. Simulationen von Rohman und Kollegen zeigen, dass eine kleine Gruppe von Mutationen an verschiedenen Stellen dem Virus helfen kann, Antikörpern zu entkommen und so Impfstoffe weniger wirksam machen.

Die Gefahr einer gefährlichen Mutation des Coronavirus bleibt bis zum Ende der Pandemie bestehen

Die größte Sorge der Wissenschaftler ist die Tatsache, dass Mutationen auftauchen, die gegen eine Impfung resistent sind. Alle Impfstoffe zeigen derzeit ihre Wirksamkeit. Die neueste Mu-Variante hat sich jedoch bereits als viel resistenter gegen sie erwiesen als alle vorherigen Sorten, einschließlich der Delta-Variante.

Da noch ein kleiner Bruchteil der Weltbevölkerung geimpft ist, braucht das Virus keine Mutation, die das Immunsystem vollständig überlisten kann. Experten glauben, dass es für das Virus einfacher ist, neue und bessere Wege zu finden, um Milliarden von Menschen zu infizieren, die noch nicht immun sind.

Niemand weiß jedoch, welche Mutationen vor ihnen liegen und wie viel Schaden sie anrichten können. Angesichts der langen Inkubationszeit kann ein Virus mit einer gefährlichen Mutation überleben und sich auf dem Planeten ausbreiten, selbst wenn es aus einem dünn besiedelten Gebiet stammt.

Um das Problem der Mutationen zu verstehen, ist es wichtig, eines zu verstehen - sie treten auf, wenn eine Virusreplikation stattfindet. In diesem Jahr in verschiedenen Ländern aufgetretene Mutationen sind der Grund dafür, dass die Pandemie noch nicht unter Kontrolle ist. Das heißt, je wütender eine Pandemie ist, desto mehr Mutationen entstehen, die wiederum zu einer noch stärkeren Verbreitung des Virus beitragen. Daher ist der beste Weg, das Auftreten zukünftiger, gefährlicherer Stämme zu verhindern, die Anzahl der Replikationen zu begrenzen. Im Moment hilft dabei die Impfung sowie die Einhaltung präventiver Maßnahmen.

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