Zur Mutation von Viren: Coronaviren und andere Arten

Viren, Mutationen, Stämme – diese drei Worte sind heute in aller Munde. Die Coronavirus-Pandemie, die fast den gesamten Planeten erfasst hat, hat uns gefragt, woher die Krankheiten kommen, die das Leben der Menschheit radikal verändern.

Allein in den zweiundzwanzig Jahren des 21. Jahrhunderts haben wir fünf Epidemien erlebt, die die Weltmedizin vor ernsthafte Herausforderungen gestellt haben. Jeder von ihnen wird durch Viren verursacht, aber das Erstaunliche ist, dass die Virionen (Viruspartikel) nach einer gewissen Zeit zurückkehren, jedoch in einer leicht veränderten strukturellen Form. So waren 2002-2003 27 Länder der Welt mit einer SARS-Epidemie konfrontiert, an der mehr als 800 Patienten starben. Und das war nur der Anfang, denn die weitere Menschheit wartete auf:

  • Schweinegrippe A / H1N1 in den Jahren 2009-2010 - die Todesrate erreichte fast 19.000 Menschen;
  • H5N1 und H7N9 Vogelgrippe 2003-2017 – mehr als 450 Todesfälle;
  • Das Middle East Respiratory Syndrome (MERS-CoV) ist eine akute respiratorische Virusinfektion, die durch das humanpathogene Coronavirus MERS-CoV verursacht wird. Die Sterblichkeitsrate ist relativ niedrig - 430 Patienten in den Jahren 2012-2015;
  • Hämorrhagisches Ebola-Fieber in den Jahren 2014-2016 mit 11.300 Todesopfern;
  • COVID-19 ist die aktuelle Pandemie, die durch die Ausbreitung des Coronavirus SARS-CoV-2 verursacht wird. 5,6 Millionen Menschen das Leben gekostet.

Es ist leicht zu erkennen, dass einige Bezeichnungen von Viren etwas gemeinsam haben. Dies ist nicht verwunderlich, da sie durch mutierte Viren des gleichen Typs verursacht werden können. Versuchen wir herauszufinden, was eine Virusmutation ist und warum sie auftritt.

Was ist a Virus, seine Struktur und Eigenschaften

Die Welt der Mikroorganismen wird durch mehrere getrennte Arten repräsentiert, von denen sich jede grundlegend von den anderen unterscheidet. Viren gehören zu dieser Gruppe, obwohl sie ihre eigenen Eigenschaften haben, die für den Rest der mit bloßem Auge unsichtbaren Vertreter der Tier- und Pflanzenwelt nicht charakteristisch sind. Erstens haben sie keine zelluläre Struktur und proteinbildende Systeme. Zweitens haben sie ausgeprägten Zytotropismus und intrazellulären Parasitismus.

Wissenschaftler, die Viren untersuchen, haben berechnet, dass es mehr als 10 dieser Mikroorganismen auf der Erde gibt. Sie haben unterschiedliche Formen, Größen und Lebenszyklen, aber mehrere Eigenschaften vereinen alle Viren:

  • das Vorhandensein eines Kapsids – einer schützenden Proteinstruktur;
  • Genom, das aus DNA oder RNA besteht und sich innerhalb des Kapsids befindet;
  • Superkapsid – eine Hülle, die das Kapsid bedeckt, aber nicht in allen Virentypen vorhanden ist.

Wenn ein Virus in eine Wirtszelle eindringt, beginnt es sich schnell zu vermehren. Infolgedessen treten viele Kopien des Erregers der Krankheit auf, die dann andere Körperzellen befallen.

Bei der Reproduktion und Übertragung des Virus kommt es manchmal zu einer Veränderung des genetischen Materials, das sich im Genom befindet. Dies wird als Mutation bezeichnet.

Je mehr Viren zirkulieren und sich häufiger replizieren, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass neue Stämme entstehen.

Durch eine solche Mutation können Viren entstehen, die sich leichter an die äußere Umgebung anpassen, eine hohe Ansteckungskraft haben und radikal andere Symptome und Krankheitsverläufe verursachen. Dieser Prozess wird Evolution genannt.

Die Hauptursachen für Virusmutationen

Jedes Jahr treten weltweit neue Stämme von Virusinfektionen auf. Dies erklärt sich durch die Evolution von Viren, die sehr schnell abläuft und auf zwei Arten erfolgen kann:

  • Rekombination: Hierbei infizieren Mikroorganismen dieselbe Zelle und tauschen genetisches Material aus miteinander;
  • Mutation: Eine Veränderung in der Sequenz von DNA- oder RNA-Ketten tritt innerhalb des Virus selbst auf.

Rekombination ist dem Influenzavirus inhärent, weil es acht RNA-Segmente auf einmal hat, von denen jedes ein bis mehrere Gene trägt. Wenn zwei verschiedene Stämme desselben Erregers in den Körper gelangen, werden neue Mikroorganismen mit gemischten Segmenten produziert.

Mutationen erzeugen auch neue Stämme, aber der Prozess ist sehr unterschiedlich. Für die Entstehung eines neuen Stammes ist eine gleichzeitige Infektion mit zwei verschiedenen Erregern nicht notwendig, da alle Veränderungen beim Kopieren des Virus eintreten. Es ist bekannt, dass sich DNA-Viren viel seltener verändern als RNA. Wissenschaftler erklären dieses Merkmal mit einem wichtigen Unterschied: DNA-Viren benötigen beim Kopieren DNA-Polymerase, ein Enzym, das in die Wirtszellen eindringt. Sie ist es, die Fehler erkennt und korrigiert und das Auftreten modifizierter Viren verhindert, aber Virionen sind manchmal in der Lage, diesen Mechanismus zu umgehen.

Die RNA-Polymerase, die an der Replikation von RNA-Viren beteiligt ist, hat diese Fähigkeit nicht, daher findet keine Korrektur statt. Dementsprechend hoch ist die Wahrscheinlichkeit des Auftretens neuer Virenstämme.

Viruserkrankungen mit mehreren Arten von Stämmen sind eigentlich nicht so viele. Die bekanntesten und häufigsten Mutationen treten bei Influenza, HIV, Coronavirus auf. Während der gesamten Existenz von SARS-CoV-2 haben sich beispielsweise dreizehn verschiedene Formen gebildet. Die COVID-19-Pandemie begann mit einer Form, die im Dezember 2019 in der chinesischen Stadt Wuhan entdeckt wurde.

Folgen der Virusmutation

Ist Mutation gut oder schlecht? Diese Frage lässt sich nicht eindeutig beantworten, da das Ergebnis in jedem Fall anders ausfällt. Bei einigen Krankheiten wird die Mutation von Virionen zu einer Gelegenheit, sich im Körper noch wohler zu „fühlen“, während sie bei anderen dazu führt, dass Patienten leicht krank werden und sich schnell erholen.

Bei einer HIV-Infektion ist die Genmutation zur Bildung neuer Stämme eine der Hauptursachen für Arzneimittelresistenzen. Die Sache ist, dass zur Blockierung der HIV-Replikation ein Reverse-Transkriptase-Inhibitor verwendet wird, dessen Wirkungsmechanismus darin besteht, sich mit diesem Enzym im Virus zu verbinden. Ohne seine Beteiligung kann das Virion das Genom nicht kopieren, aber einige Viruspartikel mutieren genau im Reverse-Transkriptase-Gen, sodass das Medikament bei ihnen nicht wirkt. Zu diesem Zweck wird zur Behandlung von HIV eine Kombinationstherapie mehrerer Medikamente eingesetzt, die unterschiedliche Zyklen der Virusentwicklung beeinflussen.

Einfluss auf Virusnachweis und Impfprozess

Mutation, die zu neuen Stämmen führt, stellt die Labordiagnostik vor große Herausforderungen. Es ist wichtig, dass die neuen Formulare nicht aus dem Rahmen der heute verwendeten Identifizierungsmethoden fallen. Das WHO Global Laboratory Network hat eine Task Force eingerichtet, um die Entwicklung von SARS-CoV-2 zu untersuchen. Seine Vertreter nehmen Proben von Patienten mit neuen, atypischen Symptomen und schicken sie zur weiteren Forschung. Solche Schritte ermöglichen es, das Auftreten neuer Stämme, ihre Auswirkungen auf den Menschen und die Wirksamkeit von Arzneimitteln auf neue Formen zu überwachen.

Bis heute erfolgt die Diagnose des Coronavirus mit 100 % wirksamen Methoden, da es durch die Gene RdRp (ORF1ab) und N bestimmt wird, die überhaupt nicht mutieren.

Die Situation bei der Impfung ist etwas komplizierter : Vor einigen Monaten tauchte ein neuer Coronavirus-Stamm „Omicron“ auf, der den Bemühungen von Wissenschaftlern und Ärzten einen Schlag versetzte entwickelte Impfstoffe gegen COVID-19. Obwohl im Vergleich zu früheren Formen weniger gesundheitsgefährdend, stellte er die Wirksamkeit der Impfung in Frage. So ergaben Tests des Pfizer-Impfstoffs, dass er nur zu 22,5 % vor Omicron schützt. Zu diesem Schluss kamen die Experten des African Research Institute of Health in Durban (Südafrika). Dazu entnahmen sie Blutplasmaproben von 12 geimpften Patienten, die an dieser speziellen Form des Coronavirus erkrankt waren. Die Studie basierte auf der Bestimmung von neutralisierenden Antikörpern im Körper. Gleichzeitig gingen sie davon aus, dass die Impfung den Krankheitsverlauf erleichtern, vor dem Auftreten von Komplikationen schützen würde.

In der Vergangenheit wurde die Wirksamkeit einer Impfung mit einem Biotech-Medikament von britischen Wissenschaftlern evaluiert. Ihre Ergebnisse waren optimistischer: Eine dritte Dosis von mRNA-Impfstoffen von Pfizer und AstraZeneca erhöhte die körpereigene Abwehr gegen Omicron um 75 %.

Aber nicht alles ist so pessimistisch. Trotz eines Anstiegs der Zahl der Patienten mit Coronavirus des Omicron-Stammes gibt es unter den Geimpften nur wenige Krankenhauseinweisungen. Natürlich steht der Ausbruch der Pandemie noch bevor, aber es gibt optimistische Prognosen: Die Entwicklung von SARS-CoV-2 steht höchstwahrscheinlich kurz vor dem Abschluss. Der Zweck des Virus besteht nicht darin, einen Menschen zu töten und selbst zu sterben, sondern seinen Lebenszyklus fortzusetzen, wofür er in eine schwächere Form mutieren muss.

COVID-19 wird wahrscheinlich nicht vollständig aus unserem Leben verschwinden. Aber sein jährliches Auftreten während der Saison von Atemwegserkrankungen mit milderen Symptomen wird nicht so gefährlich sein. Die Mutation von Viren kann also ein positiver Prozess sein.

Quellen
  1. Website des Gesundheitsministeriums der Region Moskau. – Epidemien des 21. Jahrhunderts: 5 gefährliche Viren der jüngeren Geschichte.
  2. Pharmazeutische Enzyklopädie. - Viren.
  3. Internetportal „Hitech“. – Wissenschaftler haben die Anzahl der Viren auf der Erde berechnet. Es gibt mehr von ihnen, als es Sterne im Universum gibt.
  4. Website der Khan Academy. – Einführung in Viren.
  5. Nachrichtenportal „Liga. Geschäft". – Entwicklung des Coronavirus: Warum das Virus mutiert und wie man neue Stämme diagnostiziert.
  6. Wikipedia - SARS-CoV-2-Stämme. Pivot-Tabelle.
  7. Website der Khan Academy. – Evolution von Viren.
  8. Netzwerkpublikation „Forbes.ru“. – Die Wirksamkeit des Impfstoffs von Pfizer gegen den Omicron-Stamm wurde auf 23 % geschätzt.
  9. Nachrichtenportal „Gazeta.ru“. - Der Spezialist für Infektionskrankheiten sprach über optimistische Prognosen für den Omicron-Stamm.