Neue Virus-Varianten: Mutationen und Selektionsdruck

Es heißt, die Influenza sei in Österreich nicht ­angekommen. Können Sie das aus Ihren Ergebnissen des Sentinel-Netzwerkes bestätigen?

Priv.-Doz. Dr. Monika Redlberger-Fritz: Ja, das ist korrekt. Im diagnostischen Influenza-Netzwerk konnten wir in dieser Saison in nur einer Probe Influenzaviren nachweisen. Eine weitere ­positive Probe stammte von einer sogenannten Nicht-Sentinel-Probe,­ d. h. einer Routine-Probe von einem Reiserückkehrer.
Bis Kalenderwoche 16/2020 wurden in der vorigen Saison alle Proben auch auf Influenza durchgetestet. Nachdem keine Influenza zirkulierte, wurde während der Sommermonate die Influenza-Überwachung pausiert. Seit Kalenderwoche 45/2020 testen wir wieder jede Probe auch auf Influenza A und B.

Sie testen seit vorigem Februar im Rahmen des ­Sentinel-Netzwerkes auch auf SARS-CoV-2. Wie viele Ihrer Proben sind SARS-CoV-2-positiv?

Seit 24. Februar letzten Jahres wurden über tausend Proben positiv auf SARS-CoV-2 getestet. In genauen Zahlen: Bis 7. März 2021 wurden in Summe 10.014 Proben untersucht, davon waren 1.248 SARS-CoV-2 positiv.

Seit wann werden Ihre positiven SARS-CoV-2-Proben auch sequenziert?

Unsere Proben wurden stichprobenmäßig schon laufend sequenziert (von Prof. Andreas Bergthaler, CEMM). Das läuft routinemäßig. Neu ist, dass seit Jänner alle positiven Proben des Sentinel-Netzwerks sequenziert werden.
Seit Mitte Jänner haben wir auch die Möglichkeit des Varianten-Screenings, um mittels PCR auf das Auftreten der neuen Virus-Varianten testen zu können. Auch das wird routinemäßig bei allen Sentinel-Proben durchgeführt.

Auf welche Mutationen wird in diesen ­mutationsspezifischen PCR-Tests untersucht?

Wir untersuchen im Screening zuerst auf die Mutation N501Y. Finden wir diese Variante, dann testen wir noch zusätzlich auf die Deletion 69/70, auf E484K und K417N bzw. K417T.

Die Mutation N501Y liegt auch bei der ­südafrikanischen Variante vor?

Ja, auch die südafrikanische und auch die brasilianische Variante tragen die 501-Mutation, ebenso die japanische.

Das Varianten-Screening wird mittlerweile ­routinemäßig in Laboren durchgeführt. Wie aufwändig ist diese mutationsspezifische ­Modifikation der PCR-Test?

Im Prinzip ist es nicht sehr aufwändig, man braucht nur die richtigen Primer und Sonden – diese kann man bestellen. Hat man diese, kann das Varianten-Screening relativ unkompliziert implementieren, vorausgesetzt, das Labor arbeitet routinemäßig mit Real-Time-Cycler-Maschinen.

Wie viele Mutationen hat B1.1.7., und für welche ­Proteine kodieren die betroffenen Abschnitte?

Bei B1.1.7 sind im gesamten Genom 23 Mutationen zu verzeichnen, wovon wiederum 8 Mutationen das Surface-Protein, das Spike-Protein, betreffen. Die anderen sitzen verteilt in anderen Proteinen, beispielsweise im Nukleoprotein, im Membran-Protein etc. Diese Proteine sind aber in Hinblick auf die Antigenität etc. nicht ausschlaggebend.

Welche Mutationen hat B1.351?

Die B1.351-Variante zeigt insgesamt 9 biologisch signifikante Mutationen, wovon 6 im Spike-Protein liegen. Das sind auch jene Mutationen, die dazu geführt haben, dass B1.351 als ­Variant of Concern (sog. VOC) eingestuft wurde.

Welche klinischen und epidemiologischen Folgen ­haben die Mutationen im Bereich des Spike-Proteins?

Vorausschicken muss man, dass SARS-CoV-2 ein RNA-Virus ist und als solches laufend mutiert. Das ist nichts Ungewöhnliches und war zu erwarten. Deshalb wird das Mutationsgeschehen auch laufend beobachtet. Zu beachten ist auch die Änderungsdynamik. Wir wissen, dass die Änderungsgeschwindigkeit bei Corona-Viren keine sehr hohe ist. Influenza-Viren zum Beispiel verändern sich genetisch wesentlich rascher als das Corona-Virus. Insofern ist es wichtig, aus der Diskussion auch die Tragik herauszunehmen.
B1.1.7 wurde auffällig, weil mit der sprunghaft stärkeren Verbreitung der Virus-Variante auch ein sprunghafter Anstieg der Erkrankungszahlen zu verzeichnen war. B1.1.7. wird daher auch als Variant of Concern (VOC) bezeichnet und muss beobachtet werden.

Die erhöhte Infektiosität erklärt sich aus der Mutation in der Rezeptorbindungsstelle?

Ja, die erhöhte Infektiosität resultiert aus der Mutation N501Y, die eine Schlüsselstelle im Spike-Protein betrifft. Diese Mutation bewirkt, dass das Virus besser an den ACE2-Rezeptor andocken kann und dadurch auch mehr Viren in die Wirtszelle eindringen können und daher auch mehr Viren in der Zelle repliziert werden.

Geht die erhöhte Infektiosität mit einer höheren ­Replikationsrate einher?

Die detaillierte Datenauswertung der österreichischen Daten von Prof. Ostermann und Prof. Popper zeigen eine Erhöhung der Infektiosität um 23 %.

Gibt es Unterschiede im klinischen Verlauf?

Die Unterschiede liegen primär vor allem auf der Quantität und weniger in der Qualität. Erste Hinweise, dass es eventuell doch Unterschiede in der Pathogenität geben könnte, sind in den letzten Wochen aufgetaucht, diese sind allerdings noch nicht durch große wissenschaftliche Studien belegt. Man muss abwarten, bis die Datenlage klarer wird. Was sich derzeit herauskristallisiert, ist, dass der Altersdurchschnitt der Infizierten und auch der schwer an COVID-19 Erkrankten sinkt und damit auch mehr jüngere Personen betroffen sind.

Wäre mit der höheren Virusreplikationsrate auch eine kürzere Inkubationszeit denkbar?

Nein, das glaube ich nicht.

Lassen sich Erkenntnisse aus dem – letztlich – ­selbstlimitierenden Epidemie-Verlauf von SARS-1 übertragen? Oder wo liegen die Unterschiede?

Die Dynamik von SARS-1 war eine ganz andere: Bei SARS-1 ist das Maximum der Virus-Ausscheidung erst rund um den 5. Krankheitstag zu verzeichnen. Zu diesem Zeitpunkt waren die Betroffenen bereits krank! Mit Symptombeginn haben sie nur wenig Virus ausgeschieden, und davor überhaupt nicht. Sobald jemand krank war, war er in Quarantäne. Dem entsprechend lag im Hinblick auf das Quarantänesetting eine viel einfachere Situation vor.
Hingegen besteht jetzt das Problem darin, dass es einerseits asymptomatische Personen gibt, die infektiös sind, und dass andererseits Erkrankte 1 bis 2 Tage vor dem Symptombeginn schon infektiös sind, d. h. bevor sie überhaupt selbst wissen, dass sie krank sind. Damit ist eine andere Grundvoraussetzung gegeben als bei SARS-1.

Die in den vergangenen Monaten dominante ­Virus-Variante mit der Mutation D614G ist selbst ­bereits eine Mutante und hat frühere Varianten ­verdrängt. Wie lange hat das ungefähr gedauert?

Mit der Mutation D614G, die zu einer Veränderung im Spike-Protein geführt hat, war bereits Anfang 2020 eine Virusmutante entstanden, die die Eigenschaft hatte, schneller und leichter übertragen werden zu können. Binnen ungefähr 12 Wochen wurde diese Mutante letztlich zum dominanten Virus der ganzen Welt und hat im Laufe der darauf folgenden Wochen andere Varianten komplett verdrängt.

Was wird das im Hinblick auf B1.1.7 bedeuten? Wann wird B1.1.7 alle anderen Varianten verdrängen?

B1.1.7 ist bereits die dominante Variante in vielen Ländern Europas, und auch in Österreich wird der Großteil der COVID-19-­Infektionen bereits von B1.1.7 verursacht. Im Moment (Stand 12. 3. 2021) sind z. B. fast 90 % der Infektionen im Burgenland durch B1.1.7 verursacht, 80 % in Salzburg und 70 % in Wien.

Wenn Donald Trump vom China-Virus sprach, hat er Entrüstung ausgelöst. Jetzt sprechen wir alle von ­einer britischen oder einer südafrikanischen Variante. Ist die Mutante in England entstanden oder nur ­erstsequenziert?

Viren werden eigentlich immer nach dem Ort benannt, wo sie erstmals detektiert werden. Ob sie tatsächlich dort entstanden sind, kann man nicht nachvollziehen.

Zur Entstehung der Mutationen gibt es verschiedene Theorien: eine geht von einem Wirtswechsel (z. B. Nerze) aus, eine andere von einer zu langen ­Persistenz in immunsupprimierten Personen. Was halten Sie hier für wahrscheinlich?

Das Besondere an B1.1.7 ist die Vielzahl an Mutationen. Die plausibelste Erklärung, warum es über einen längeren Zeitraum zu einer solchen Anhäufung von Mutationen kommen kann, ist jene der verlängerten Persistenz in immunsupprimierten Personen und dem damit verbundenen Selektionsdruck.
Wir wissen, dass vor allem bei Immunsupprimierten das Virus über einen Zeitraum von 8 bis 16 Wochen im Körper weiterreplizieren kann. Wenn hier ein immunologischer Druck aufgebaut wird, können sogenannte „Escape“-Mutanten entstehen. Auch das kennen wir von anderen Viren, das ist nichts Ungewöhnliches.

Wenn es gelingt, die Infektionszahlen massiv zu ­senken, ist damit auch das Mutationsrisiko geringer?

Es kommt sehr stark auf die Grundzirkulation an. Je weniger zirkuliert, desto weniger Selektionsdruck wird aufgebaut. Hat jemand die Infektion durchgemacht, dann liegen bei ihm ­präformierte Antikörper vor. Je mehr Virus zirkuliert, umso wahrscheinlicher ist es, dass genau diese Person noch einmal mit einem leicht veränderten Virus in Berührung kommt.

SARS-CoV2 gilt insgesamt als weniger ­mutationsfreudig als Influenza. Weiß man Gründe?

Im Moment liegt der Hauptgrund vermutlich darin, dass weniger Selektionsdruck vorliegt als bei Influenza. Bei Influenza haben so gut wie alle, die über 8 Jahre alt sind, schon irgendwann Influenza durchgemacht. Sie können sich in den darauf folgenden 2 bis 3 Jahren nicht noch einmal mit demselben Virus infizieren, mit einem mutierten Virus hingegen schon. Damit herrscht in der Bevölkerung ein sehr starker Selektionsdruck für Influenza.
Dieser ist für die verschiedenen Influenza-Viren unterschiedlich. Die Änderungsgeschwindigkeit ist etwa bei Influenza-B-Viren sehr gering: Das Virus bleibt über Jahre hinweg relativ stabil; der Impfstoff muss nur alle paar Jahre angepasst werden. Auch bei Influenza-H1-Viren musste der Impfstoff in den ersten Jahre überhaupt nicht und auch jetzt nur alle paar Jahre ein wenig adaptiert werden. Influenza B zirkuliert nur sehr selten dominant, dementsprechend gibt es hier auch nicht viel Selektionsdruck. Die jetzt zirkulierenden H1-Viren, die die epidemische Saisonalität übernommen haben, gibt es – als Abkömmlinge der Schweinegrippe – erst seit 2009 in der Bevölkerung. Influenza H3N2-Viren hingegen gibt es bereits seit 1968 in der Weltbevölkerung, es finden laufend Neuinfektionen statt. Daher ist durchgehend ein großer Selektionsdruck gegeben, was in einer sehr raschen Änderungsgeschwindigkeit – wesentlich schneller als bei den H1– oder B-Viren – ­resultiert.
Je länger ein Virus in der Bevölkerung sehr häufig epidemisch zirkuliert, desto größer wird der Selektionsdruck, und umso schneller wird die Änderungsgeschwindigkeit.

Ist der Selektionsdruck nach Impfungen ein anderer als nach durchgemachter Infektion?

Ob jemand die Erkrankung durchgemacht hat oder geimpft ist, macht für den Selektionsdruck keinen Unterschied. Wesentlich für die Impfung ist jedoch: Durch die Impfung wird eine Grundimmunität aufgebaut, das bedeutet, dass sehr viele – je nach Impfstoff in bis zu 95 % der Geimpften – durch die Impfung ja geschützt sind und gar nicht mehr erkranken können. Das Virus kann sich im Körper des Betroffenen nicht replizieren oder in einem nur sehr begrenzten Ausmaß und wird damit auch nur seltener weitergegeben.

Vielen Dank für das Gespräch!


Interview geführt am 15. März 2021
Interview mit: Priv.-Doz. Dr. Monika Redlberger-Fritz

Laborleiterin ­Virusisolierung,
National Influenza Center Austria
Zentrum für Virologie
Medizinische ­Universität Wien


Redaktion: Susanne Hinger

FdR 01|2021

Publikationsdatum: 2021-03-29