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Von der Fledermaus zum Mensch

Gefahr durch Coronaviren

Jeder Mensch kam schon mehrfach mit Coronaviren in Kontakt, ohne sich darüber Gedanken zu machen. Denn die hierzulande grassierenden Varianten lösen lediglich banale Erkältungen aus. Seit SARS-CoV-2 jedoch ist alles anders, und ein Ende des Pandemierisikos durch Viren ist nicht abzusehen.
Isabel Weinert
Edith Schettler
02.09.2020  09:00 Uhr

In den 1960er-Jahren konnten britische und US-amerikanische Forscher die ersten humanen Coronaviren identifizieren. Unter dem Elektronenmikroskop sahen sie 60 bis 160 Nanometer große Virionen, deren äußere Gestalt an die von ihrem Strahlenkranz umgebene Sonne erinnerte. Sie nannten sie folglich nach der lateinischen Bezeichnung für Strahlen oder Krone »Corona«-Viren. Zur damaligen Zeit waren ausschließlich die vier Erkältungsviren HCoV- (Humanes Coronavirus) HKU1, OC43, NL63 und 229E im Menschen aktiv.

Im Jahr 2002 kam das Virus SARS-CoV, seit kurzem zur Unterscheidung von SARS-CoV-2 auch häufig als SARS-CoV-1 bezeichnet, hinzu. Zehn Jahre später entdeckten Wissenschaftler ein weiteres neues Coronavirus, das sie zunächst nCoV (Neues Coronavirus) nannten. Heute kennen wir es unter der Bezeichnung MERS-CoV.

Coronaviren können bei Vögeln, Reptilien, Amphibien und Säugetieren Erkrankungen hervorrufen. Sie gehören zu den RNA-Viren und verfügen mit 27.000 bis 31.000 Nukleotiden über das längste Genom aller bekannten RNA-Viren. Das erlaubt ihnen, in mehreren Genvarianten aufzutreten und versetzt sie in die Lage, die Artenbarriere zu überwinden, das heißt, verschiedene Arten von Wirten zu infizieren. Eine Virushülle aus zwei Lipidschichten mit eingelagerten Membranproteinen schützt das Genom, macht das Virion aber angreifbar für lipidlösende Desinfektionsmittel. Die typischen, namensgebenden »Strahlen« auf der Oberfläche, die so genannten Spikes, bestehen aus Proteinen und dienen dem Virion dazu, sich an der Wirtszelle anzuheften und in ihr Inneres einzudringen. Zu diesem Zweck tragen die Spikes eine Rezeptor-Bindungs-Domäne zum Andocken und ein Fusions-Protein zum Verschmelzen der Virushülle mit der Zellmembran. Diese Strukturen sind an den Wirtsorganismus genau angepasst und erlauben es dem Virion, genau diese eine Spezies zu infizieren. Um an den Rezeptoren einer anderen Art anzudocken, müssen sie in aller Regel auf dem Wege von Mutationen ihre Konfiguration ändern.

Harmlose Erkältungsviren

Die vier Humanen Coronaviren HKU1, OC43, NL63 und 229E sind für jede dritte Erkrankung der oberen Atemwege beim Menschen verantwortlich. Sie lösen Beschwerden wie Rhinitis, Konjunktivitis, Laryngitis, Pharyngitis, Otitis media und sehr selten auch Gastroenteritis aus. Im Normalfall sind diese harmlos und selbstlimitierend, bedürfen also nur einer symptomatischen Behandlung. Lediglich bei immungeschwächten Personen können schwere Krankheitsverläufe mit Pneumonien auftreten. Die Infektionen treten vorzugsweise im Winterhalbjahr zwischen Dezember und April auf. Die Viren, beziehungsweise ihre Vorfahren, existieren schätzungsweise schon seit mehr als 1000 Jahren und zirkulieren seit etwa 100 Jahren im Menschen.

Aus dem Quartett der Erkältungsviren ist 229E am längsten bekannt. Im Jahr 1965 konnten Wissenschaftler der Universität von Chicago nachweisen, dass es für Erkrankungen der oberen Atemwege verantwortlich ist. Dazu untersuchten sie benutzte Taschentücher ihrer erkälteten Studenten. Einer Forschergruppe im englischen Salisbury gelang die erste elektronenmikroskopische Aufnahme von 229E. Sie verfolgte seine Herkunft und stellte fest, dass es wie alle humanen Coronaviren seinen Ursprung in Fledermäusen hat und über Hühner zum Menschen fand. Bereits in den 1930er-Jahren war das Virus als Ursache eines großen Kükensterbens in Folge einer Bronchitis der erkrankten Tiere ausgemacht worden. Im Jahr 2012 war dann das Genom von 229E komplett entschlüsselt.

Die meisten Infektionen gehen auf das Konto von HCoV-OC43. Dieses Virus hat seinen Ursprung ebenfalls in Fledermäusen und kam vermutlich über Rinder als Zwischenwirte zum Menschen.

HKU1 fanden Wissenschaftler im Jahr 2005 in Hongkong, Nordaustralien, Frankreich und den USA. Sie gehen davon aus, dass sich das Virus bereits zum damaligen Zeitpunkt weltweit verbreitet hatte. Als Überträger von der Fledermaus auf den Menschen machten sie Mäuse aus. OC43 und HKU1 sind genetisch eng verwandt.

Vor allem bei Kindern ist HCoV-NL63 aktiv. Neben den allgemeinen Erkältungssymptomen verursacht es auch Krupp-Symptome und schwerere Erkrankungsverläufe. Erstmals wurde eine Infektion in den Niederlanden im Jahr 2004 bekannt. Der Ursprung des Virus liegt in Coronaviren infizierter Schleichkatzen. Es scheint Zusammenhänge mit dem Kawasaki-Syndrom, einer Gefäßentzündung der kleinen und mittleren Arterien, zu geben, ähnlich wie sie auch bei mit SARS-CoV-2 infizierten Kindern auffielen. NL63 benutzt mit dem ACE2-Rezeptor auch das gleiche Tor in die menschliche Zelle wie SARS-CoV-2.

Quantensprung in 2002

Galten Coronaviren in der Fachwelt bis hierhin noch als harmlos und waren sie dem Laien meist gar nicht bekannt, so änderte sich das schlagartig im Jahr 2002. In Südchina begann eine Epidemie des Schweren Akuten Atemwegssyndroms (Severe Acute Respiratory Syndrome, SARS), die sich innerhalb von wenigen Wochen weltweit ausbreitete und damit zur ersten Pandemie des 21. Jahrhunderts wurde. Als Überträger fungierten vermutlich asiatische Schleichkatzen. Spezielle Ernährungsgewohnheiten sowie räumliche Enge und unhygienische Zustände auf den chinesischen Wildtiermärkten begünstigten die Überwindung der Artenbarriere für das Virus SARS-CoV-1. Untersuchungen in Fledermaushöhlen stützten die Vermutung, dass sich das Virus durch Rekombination von genetischem Material mehrerer Virustypen gebildet hat. Fledermäuse sind ideale Wirte für Viren, da sie eine hohe Toleranz gegenüber den Erregern aufweisen und nicht an den Infektionen erkranken. Um von der Fledermaus zum Menschen zu gelangen, sind für das Virus nur zwei Mutationen notwendig.

SARS-CoV-1 dringt in die tiefen Atemwege des Menschen ein und führt zu einer atypischen Pneumonie mit plötzlichem hohem Fieber, Muskelschmerzen und einer Entzündung beider Lungenflügel. Bei jedem vierten Überlebenden bleibt eine Lungenfibrose zurück. Die Übertragung erfolgt, wie bei den Erkältungsviren, hauptsächlich über Tröpfchen- und Schmierinfektionen. Seit dieser Pandemie mit über 700 Toten ist SARS-CoV-1 nicht mehr in Erscheinung getreten, und auch die diesbezügliche Forschung kam mangels Finanzierung bald ins Stocken – was sich für die Ausbreitung von SARS-CoV-2 als verhängnisvoll erwies.

Im Jahr 2012 hielt ein weiteres Coronavirus die Welt in Atem. In London starben nacheinander zwei Patienten an einer atypischen Pneumonie mit Nierenversagen. Laborergebnisse stellten eine Übereinstimmung der Gensequenzen beider Erregerproben in einem bisher unbekannten Muster fest. Mit MERS-CoV (Middle East Respiratory Syndrome) war ein neuartiges Coronavirus gefunden. Es trat ausschließlich im arabischen Raum auf, aus dem auch die beiden Londoner Patienten stammten. Wegen der geringen Ansteckungsfähigkeit blieb die Erkrankung lokal begrenzt und weitete sich nicht zu einer Pandemie aus. Ende Januar 2014 waren von 180 Erkrankten 77 verstorben, das Virus zeigte also eine geringe Kontagiosität bei einer hohen Letalität. US-amerikanische Forscher erklären dies damit, dass sich das Virus offenbar nur in bestimmten Zeiten tief in der Lunge vermehrt.

Seit 2013 gibt es immer wieder lokal begrenzte Ausbrüche der Erkrankung auf der Arabischen Halbinsel. Ein Ausbruch in Korea im Jahr 2015 geht auf einen Indexpatienten zurück, der sich im Mittleren Osten angesteckt und die Infektion in sein Heimatland eingeschleppt hat. Während dieser Erkrankungswelle gab es erstmals Mensch-zu-Mensch-Infektionen außerhalb der Arabischen Staaten. Ende Februar 2020 verzeichnete die WHO 2519 laborbestätigte Erkrankungen, davon 866 mit letalem Ausgang. Besorgnis erregt die Tatsache, dass Übertragungen von Mensch zu Mensch immer häufiger werden.

Höchstwahrscheinlich haben Dromedare die Virionen auf den Menschen übertragen, zumindest enthielten die in Saudi-Arabien zwischen 1992 und 2010 archivierten Serumproben der Tiere MERS-CoV-Antikörper. Quelle für die Viren waren wieder Fledermäuse.

COVID-19 als logische Folge

Vieles hat das neuartige Coronavirus SARS-CoV-2 mit den bisher bekannten Coronaviren gemeinsam. Mit SARS-CoV-1 ist es zu 78 Prozent genetisch identisch. Ein chinesischer Forscher fand es bereits vor sieben Jahren erstmals bei Fledermäusen. Mit welchem Tier es in diesem Fall auf den Menschen übersprang, ist noch nicht geklärt. Doch es ist sicher, dass wieder auf chinesischen Märkten gehandelte Wildtiere eine wichtige Rolle spielten. Virologen beobachten, dass die Zahl der Viren, die die Barriere zwischen Tieren und Menschen überwinden, in den letzten 50 Jahren steil angestiegen ist. Das hat zum einen damit zu tun, dass der Mensch immer weiter in die Wildnis vordringt und den Tieren ungestörte Lebensräume streitig macht. Zum anderen spielt die Massentierhaltung eine große Rolle im Infektionsgeschehen. Ställe, in denen hunderttausende Tiere auf engem Raum leben müssen, sind ideale Brutstätten für Krankheitserreger jeglicher Art und ein enormes Risiko für die öffentliche Gesundheit. Und ein bis zwei Mutationen genügen dem Virion, um in menschliche Zellen eindringen zu können.

Auch andere zoonotische Viren wie Hendra- oder Influenzaviren haben nach Einschätzung von Virologen das Potenzial, dem Menschen ähnlich gefährlich zu werden wie SARS-CoV-2

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