COVID-19-Varianten

In den letzten Monaten haben wir unser Vokabular im Zusammenhang mit der Pandemie erweitert - Varianten, Genomsequenzierung, genomische Überwachung, sind alles neue 'trendige' Wörter, von denen wir in den Nachrichten gehört haben.

Varianten, d. h. Variationen in der RNA des Virus, bereiten Wissenschaftlern und Gesundheitsbehörden weltweit große Sorgen, da sie sich offenbar schneller ausbreiten als das "ursprüngliche" identifizierte Virus. Um besser zu verstehen, was Varianten sind, sollten wir uns zunächst einmal genauer ansehen, was ein Virus ist.

Ein Virus ist ein submikroskopischer Infektionserreger, der sich nur innerhalb der lebenden Zellen eines Organismus vermehrt. SARS-CoV-2 ist ein einzelsträngiges RNA-umhülltes Virus. Seine RNA-Bestandteile sind Adenin, Uracil, Cytosin und Guanin. Diese Basen paaren sich auf eine bestimmte Art und Weise: AU (Adenin-Uracil) oder GC (Guanin-Cytosin), um einen RNA-Strang zu bilden. Während des intrazellulären Lebenszyklus nutzen Coronaviren das genetische Material der Wirtszelle zur Expression und Replikation ihrer genomischen RNA, um Kopien in voller Länge zu produzieren, die in neu produzierte Viruspartikel eingebaut werden.[1]

Was ist eine COVID-19-Variante und wie entstehen sie?  

Im Laufe der Zeit verändern sich Viren und passen sich an ihre Umgebung an. Durch Mutationen von Viren entstehen Varianten. Dieser Prozess findet bei allen Viren statt. Es handelt sich dabei nicht um einen Prozess, der nur beim COVID-19-Virus auftritt. Wie alle einzelsträngigen RNA-Viren hat auch COVID-19 einen einzelnen RNA-Strang, der aus einer spezifischen RNA-Sequenz besteht. Diese Sequenz wurde zuvor von dem Ursprungsvirus identifiziert. Die Wissenschaftler waren in der Lage, die genetische Sequenz zu lesen, das Virus zu identifizieren und als COVID-19 zu kennzeichnen, das sich als ein anderes Virus erwies als die zuvor identifizierten Corona-Viren, wie zum Beispiel das Corona-Virus, das den SARS-Ausbruch im Jahr 2002 verursachte.

Im weiteren Verlauf der Pandemie untersuchten die Wissenschaftler die RNA-Sequenz der COVID-19-Viren, die aus einer Probe infizierter Menschen gewonnen wurden. Schließlich wurden Unterschiede in den genetischen Sequenzen an den AU- und GC-Basenpaaren festgestellt. Diese mutierten genetischen Sequenzen stammten aus Proben, die in England, Südafrika und Brasilien gesammelt wurden.

To understand a viral variant, let us imagine a book as an analogy.  One scientist wrote the original version of the book and he gave copies of that book to all the scientists in the world.  The book represents the virus, and the pages represent the genomic sequence of these different COVID-19 variants.  All scientists are reading the same book, it is just like they are decoding the sequence of the virus.   All their books have the same number of pages, chapters and paragraphs all organised the same way.  However, the differences, that represent the viral variants would be represented by typos in certain sentences in a paragraph on any given page. These typos are indicative of a variant – a sort of different edition of the book. These variants affect how a virus evolves and becomes better at entering cells to reproduce.

Abbildung 1: Einfaches Beispiel für eine RNA-Mutation

Es ist sehr schwierig, diese genomischen Unterschiede zu erkennen; nur erfahrene und kompetente Laborspezialisten mit hochspezialisierten Geräten sind in der Lage, die verschiedenen Stränge der Viren zu unterscheiden - man spricht hier von genomischer Sequenzierung. Bei der Sequenzierung wird das Virus von Anfang bis Ende entschlüsselt, der gesamte genetische Code wird von Anfang bis Ende abgebildet. Die Entschlüsselung des COVID-19-Virus bedeutet, seine RNA-Sequenz Basenpaar für Basenpaar zu lesen. Die genomische Sequenzierung ist weitaus teurer und zeitaufwändiger als die Durchführung eines PCR-Tests zum Nachweis des Virus in einer Patientenprobe.

Wie haben wir COVID-19 Varianten gefunden?

Der Anstieg der Anzahl positiver Fälle in England, Südafrika und Brasilien führte zu der Beobachtung, dass die Infektionsrate in diesen Ländern höher war als in anderen. Die wissenschaftliche Gemeinschaft erkannte diesen Anstieg der Infektionsrate als etwas, auf das man achten sollte, da sie aufgrund früherer Erfahrungen mit ähnlichen Viren erwartete, dass COVID-19 mutieren und neue Varianten hervorbringen würde. Durch den Vergleich von Proben, die von infizierten Patienten in diesen drei Ländern entnommen wurden, und den Abgleich mit der genomischen Signatur des bekannten und weit verbreiteten COVID-19-Strangs, entdeckten die Wissenschaftler, dass die genomische Sequenz unterschiedlich war. Jede dieser drei Varianten zeigte markante Unterschiede in ihrer RNA-Sequenz.

Derzeit gibt es drei gut definierte SARS-CoV-2-Varianten, die weltweit zirkulieren und das Virus offenbar übertragbarer machen[2]:

  • die Variante B1.1.7 mit Ursprung im Vereinigten Königreich,
  • die Variante B.1.351 mit Ursprung in Südafrika und
  • die Variante P.1 mit Ursprung in Brasilien.

“Scientists have now studied this situation with these variants and have found that they do tend to spread faster, they’re more transmissible or more infectious.  For example, the B1.1.7 variant (United Kingdom variant) showed 22 coding changes across the whole virus genome, and this is the cause of concern throughout the scientific community. However, so far, these variants do not seem to cause more severe illness or a higher death rate or any sort of different clinical manifestations.” [3],[4]

The impact of these variants on human health is still under investigation.  On February 3rd, 2021, researchers at the London School of Hygiene & Tropical Medicine (LSHTM) released an analysis of some of the data, suggesting that the risk of dying is around 35% higher for people who are confirmed to be infected with the new variant.[5]  Other studies originating from the UK suggest that more data is needed before stating that these variants, especially the UK variant, would be more deadly than the original COVID-19 virus.

Es sind weitere Studien erforderlich, um die Landschaft der Situation zu verstehen und den Unterschied in der Sterblichkeitsrate zwischen den verschiedenen COVID-19-Varianten zu bewerten. Außerdem müssen die weltweiten Bemühungen, die Ausbreitung dieser Varianten aufzuspüren und zu begrenzen, unbedingt intensiviert und auf mehr Länder ausgedehnt werden.

Indem wir die Spur dieser Varianten, die bei Patienten in verschiedenen Regionen auftreten, verfolgen, können wir feststellen, woher diese Variante stammt und sie mit der Reisegeschichte dieser Person kombinieren, als sie in die Region eingeführt wurde. Dies ist entscheidend für die Unterscheidung zwischen Infektionen, die durch Reisen entstanden sind, und solchen, die sich in der Gemeinschaft verbreitet haben. Die Rückverfolgung des Virus und seiner Mutationen liefert den Gesundheitsbehörden auch wichtige Informationen für Empfehlungen zur Kontrolle von Ausbrüchen und für die Ausrichtung von Ressourcen.

Es wird immer noch viel über Mutationen diskutiert und darüber, wie ansteckender und tödlicher die mutierten Viren mittlerweile sind. Es ist jedoch wichtig zu wissen, dass nicht alle Mutationen immer günstig für das Virus sind. 

Was die wissenschaftliche Gemeinschaft beschäftigt, sind die erfolgreichen Mutationen des Virus. Es ist wichtig zu verstehen, dass diese Mutationen nur eine Reihe von Versuchen und Irrtümern aus dem Vermehrungsprozess des Virus sind, die wahrscheinlich zufällig auftreten, und die am besten angepassten werden überleben und sich vermehren. Das Rennen ist nun, um zu versuchen, die Varianten zu identifizieren und zu verstehen, um effizientere Impfstoffe vorzubereiten, um die Ausbreitung von mehr resistenten Varianten zu stoppen.

PCR vs. Genomische Sequenzierung 

Ein PCR-Test wird das Vorhandensein des Virus bestätigen, kann aber nicht zwischen den verschiedenen Varianten unterscheiden. Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) verwendet die ursprüngliche COVID-19-RNA, um das Vorhandensein des Virus zu identifizieren. Die Leistung unserer mobilen RT-qPCR-Lösung wird durch die bisher identifizierten COVID-19-Varianten nicht beeinträchtigt. Unsere Kunden können zur Identifizierung möglicher Varianten beitragen, indem sie sicherstellen, dass alle ihre positiven Tests an die lokalen Gesundheitsbehörden geschickt werden, die für COVID-Tests und die genomische Sequenzierung auf Varianten zuständig sind.

Eine kontinuierliche Anstrengung

Die Untersuchung von SARS-CoV-2-Ganzgenomsequenzierungsdaten (WGS) hat zu vielen wichtigen Erkenntnissen über diesen Erreger geführt. Aber wir werden noch mehr Sequenzdaten von Proben aus der ganzen Welt benötigen, um wirksame Ansätze zur Kontrolle und Prävention von COVID-19-Infektionen zu finden, insbesondere von mutierten Formen des Virus. Wissenschaftler aus der ganzen Welt arbeiten zusammen, um diese unschätzbaren Informationen zu generieren und weiterzugeben und sie für die Diagnose und Bekämpfung der Krankheit einzusetzen. 

Es ist sehr wahrscheinlich, dass weitere Varianten auftreten werden, und die Aufrechterhaltung des Fokus und der Anstrengungen bei der Sequenzierung wird helfen, sich gegen Impfstoffe und Behandlungsresistenzen vorzubereiten.

In Kanada ist die Reduzierung der Auswirkungen neuartiger SARS-CoV-2-Varianten ein wichtiger Schwerpunkt der globalen COVID-19-Antwort. Genome Canada ist durch die Leitung des kanadischen COVID Genomics Network (CanCOGeN) Teil einer integrierten nationalen Anstrengung, um diese Varianten in Kanada schnell zu identifizieren, zu verstehen und ihre Verbreitung zu verfolgen.

Die jüngsten Reisebeschränkungen und die obligatorischen Tests, wenn Menschen von einer Auslandsreise zurück in Kanada sind, werden sicherlich helfen, diese Varianten aufzuspüren. Diese Maßnahmen mögen vielen Reisenden nicht gefallen, aber sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Identifizierung potenzieller Varianten, die in unsere Länder gelangen, meist durch Reisende, die keine Symptome zeigen.

Vor-Ort-COVID-19-Test- und Erkennungsprogramme, die qPCR-Lösungen verwenden, sollten ihre Screening- und Teststrategien überprüfen, um sicherzustellen, dass sie den neuesten Anforderungen der örtlichen Gesundheitsbehörde entsprechen. Dadurch wird auch sichergestellt, dass eine Strategie zur Berücksichtigung der aktuell identifizierten Varianten vorhanden ist. 

Im Rahmen einer neuen Strategie der kanadischen Regierung für besorgniserregende Varianten arbeitet CanCOGeN mit dem nationalen mikrobiologischen Labor der kanadischen Gesundheitsbehörde (PHAC), Health Canada, den kanadischen Gesundheitsforschungsinstituten (CIHR) und anderen provinziellen und territorialen Partnern zusammen, um die genomische Sequenzierung und die Forschungsanstrengungen schnell zu steigern, um neue Varianten zu erkennen, die Kapazitäten für den Datenaustausch in Echtzeit zu erhöhen und angemessene Reaktionen der öffentlichen Gesundheit zu informieren.

Dies ist der Grund, warum mögliche positive Proben analysiert werden müssen, um Varianten und den wahrscheinlichen Ursprung zu identifizieren und so eine bessere proaktive Reaktion zu haben, um die Kontaktsuche zu starten.

Gemeinsam können wir etwas bewirken!


[1] Wu, Katherine J.,  Smithsonian Magazine, 15 April 2020.

[2] Genome Canada, February 12, 2020

[3] Dr. Wendt Barclay, head of the department of infectious disease at Imperial College London, December 22, 2020.

[4] Dr. Soumya Swaminathan, WHO, January 8, 2021

[5] Davies, N. et al. Preprint at medRxiv https://doi.org/10.1101/2021.02.01.21250959 (2021).

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