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Es ist noch nicht genau gewusst, wie sich das neue Coronavirus von Mensch zu Mensch überträgt.
Experten vermuten, dass die erste Person mit dem neuen Coronavirus 2019-nCoV infiziert wurde, sich auf einem einem Fischmarkt in der chinesischen Stadt Wuhan damit angesteckt hat – durch Kontakt mit einem infizierten Tier.
Wie entsteht ein neues Virus beim Menschen? Was macht ein Virus für den Menschen gefährlich? Und warum treten immer wieder neue Viren auf?
Erklärungen von Dr. Chantal Snoeck, Virologin am Luxemburg Institute of Health. Sie forscht unter anderem an sogenannten zoonotischen Krankheiten (die vom Tier auf den Menschen oder umgekehrt übertragen werden), wie z.B. die Schweine- oder Vogelgrippe.
Dr. Snoeck, wie entsteht beim Menschen ein neues Virus?
CS: Ein großer Anteil (ca. 60%) der menschlichen Infektionskrankheiten sind sogenannte Zoonosen, d.h.verursacht durch Viren tierischen Ursprungs, die auf den Menschen übertragen werden. Diese zoonotischen Viren stammen überwiegend von anderen Säugetieren. Aber Vögel sind auch Wirte von Viren, die auf den Menschen übertragbar sind, wie bestimmte Stämme des Vogelgrippevirus.
Ein Konzept zur Veranschaulichung des Phänomens der Entstehung ist die "Pyramide der Krankheitserreger". Das Auftreten eines Virus hängt in erster Linie davon ab, wie stark die menschliche Bevölkerung dem Virus ausgesetzt ist (Stufe 1), beispielsweise durch direkten Kontakt mit Tieren oder deren Ausscheidungen (Kot, Blut, Speichel usw.), durch Nahrung oder kontaminiertes Wasser, durch einen Vektor (Zecken, Mücken usw.). Obwohl Menschen in ständigem Kontakt mit vielen Krankheitserregern stehen, können diese aufgrund der Artenbarriere nicht alle Menschen infizieren, d.h. die Fähigkeit des Virus, eine Zelle im menschlichen Körper zu infizieren spielt auch eine wichtige Rolle (Stufe 2). Dann kann ein Teil dieser Viren nur begrenzt (Stufe 3) oder gar nicht (Stufe 4) von einer Person zur anderen übertragen werden.
Die Fähigkeit eines Virus, von einer Ebene zur nächsten zu gelangen, hängt von den spezifischen Eigenschaften des Virus selbst ab, aber auch von dem Wirt, dem es begegnet. Eine Person mit geschwächtem Immunsystem ist möglicherweise einem höheren Infektionsrisiko ausgesetzt.
Oft liest man, dass sich Viren, einschließlich des Coronavirus, durch Mutation schnell ändern können. Ist dies auch eine Möglichkeit, sich von einem Wirt zum anderen zu entwickeln?
CS: Ja, ein Virus kann sich dank Mechanismen wie Mutation und Veränderung der genetischen Sequenz auch im Laufe der Zeit weiterentwickeln. Beispielsweise ermöglichen bestimmte Mutationen im Fall von Influenzaviren, dass ein in Vögeln zirkulierendes Virus seine Affinität für Säugetierzellrezeptoren oder für eine erhöhte Vermehrung in Säugetierzellen im Vergleich zu Vogelzellen erhöht.
Ein Virus existiert in seinem Wirt als eine Population von Viren, die sich alle geringfügig voneinander unterscheiden, ein Konzept, das als virale "Quasi-Spezies" bezeichnet wird.
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Das Konzept der viralen "Quasi-Spezies" besagt, dass ein Virus in seinem Wirt als Population von Viren existiert, die sich alle geringfügig voneinander unterscheiden. Infolgedessen infiziert auch eine Population viraler Partikel einen Wirt. Wenn sich ein externer Faktor ändert, z. B. Viruspartikel des Vogelgrippevirus haben erfolgreich eine menschliche Zelle infiziert, ändert sich der Selektionsdruck und beeinflusst, welche Partikel sich effizienter vermehren und den Großteil der Nachkommen erzeugen. Diese Nachkommen, die sich geringfügig von der ursprünglichen elterlichen Population unterscheiden, können den nächsten Wirt infizieren. Die Präsenz einer bestimmten Mutation, wie derjenigen, die die Affinität für einen bestimmten zellulären Rezeptor erhöht, verleiht diesen Viruspartikeln einen Vorteil ("erhöhte Fitness" genannt), die daraufhin die neue Viruspopulation dominieren.
Diese Vielfalt der Viruspopulation entsteht während ihrer Teilung, oder Replikation: Wenn sich das Virus in einer Zelle vermehrt, muss es sein genetisches Material kopieren, und dies geschieht nicht immer fehlerfrei. Fehler können in Form von Mutationen in das neu kopierte Genom eingeführt werden. Dieses Phänomen tritt häufiger bei Viren auf, die RNA als genetisches Material haben, als bei Viren, die DNA als genetisches Material haben.
Rekombination (Austausch von Genen oder Teile eines Gens) oder Gensortierung (für Viren mit segmentierten Genomen) sind andere Mechanismen, die die Entwicklung von Viren ermöglichen.
Was macht ein Virus für den Menschen gefährlich?
CS: Wie gefährlich ein Krankheitserregers ist ergibt sich aus der Kombination zweier Faktoren: der Leichtigkeit, mit der er von Mensch zu Mensch übertragen wird (R0) und der Schwere der Symptome, die er bei Infizierten verursacht (d.h. der Sterblichkeitsrate). Und es gibt ein Kontinuum von R0 und Virulenz.
Was bedeutet das ?
CS: Das R0, die Basisreproduktionsnummer, gibt an, wie viele Personen mit einer infizierten Person infiziert sind, und gibt daher einen Hinweis darauf, wie ansteckend das neue Virus ist. Eine hohe R0 zeigt an, dass ein Virus leicht von Person zu Person übertragen werden kann.
Masern gelten als eine der ansteckendsten Krankheiten, wobei häufig ein R0 zwischen 12 und 18 angegeben wird (Schätzungen variieren jedoch zwischen den Studien). Ein hoher R0-Wert hat direkte Konsequenzen für Präventionsstrategien: Es muss z.B. eine Impfrate von 95% der Bevölkerung erreicht werden, um die Ausbreitung des Masernvirus zu stoppen. Im Vergleich dazu breitet sich das Tollwutvirus selten zwischen zwei Menschen aus. Die menschliche Fälle sind hauptsächlich auf eine Quelle tierischen Ursprungs zurückzuführen.
Die R0 wird mithilfe von komplexen mathematischen Modellen geschätzt, wobei viele Faktoren wie die Übertragbarkeit des Virus, die Anzahl der Personen, mit denen eine infizierte Person in Kontakt gekommen ist, und die Dauer, während der eine infizierte Person ansteckend ist, berücksichtigt werden. Je besser die Kenntnis des Virus ist, desto besser ist die Schätzung dieser R0.
Virulenz ist die Fähigkeit eines Infektionserregers, Krankheiten zu verursachen. Je größer die Virulenz ist, desto größer sind die Konsequenzen für den infizierten Wirt. Einige Viren können einen Wirt ohne Symptome infizieren, einschließlich des Menschen, während andere fast immer zum Tod führen, wie dies z.B. beim Tollwutvirus der Fall ist.
Ein Virus, das sich nicht leicht verbreitet, aber eine hohe Sterblichkeitsrate verursacht, kann das gleiche Gefahrenniveau erreichen wie ein Virus, das sich leicht mit einer niedrigeren Sterblichkeitsrate verbreitet.
Was wissen wir bis dato über die R0 und die Sterberate des neuen Coronavirus?
CS: Im Fall von 2019-nCoV wurde die R0 bereits von mehreren unabhängigen Teams geschätzt, die es auf einen Wert zwischen 1,4 und 3,8 schätzen. Das bedeutet, dass eine infizierte Person das Virus im Durchschnitt auf 1 bis 3 weitere Personen überträgt.
Nach Angaben des ECDC gibt es 7824 bestätigte Infizierte und 170 Todesfälle (Stand 30.01.2020). Dies deutet auf eine Sterblichkeitsrate zwischen 2 und 3% hin. Um dies im Kontext zu betrachten: Zwischen 291.000 und 646.000 Menschen sterben weltweit jedes Jahr an einer Atemwegserkrankung, die durch das Influenzavirus verursacht wird und mit der saisonalen Grippe zusammenhängt. Schätzungen zufolge verursachen diese jährlichen Epidemien etwa 3 bis 5 Millionen Schwerkranke pro Jahr.
SARS, MERS, Zika, Ebola ... Coronavirus ... die Anzahl der durch Viren verursachten Epidemien in scheint in den letzten Jahrzehnten zuzunehmen? Richtig oder falsch?
CS: Modellierungsinstrumente deuten in der Tat darauf hin, dass die Häufigkeit von Epidemien erheblich zunimmt, auch solche mit zoonotischem Ursprung. Laut dieser Studie schätzen die Autoren, dass sich die Anzahl der Epidemien mit zoonotischem Ursprung zwischen 1980 und 2010 mehr als verdreifacht hat (von weniger als 500 auf mehr als 1.500 weltweit).
Warum tauchen immer wieder neue Viren auf?
CS: Das Auftreten eines neuen Virus bedeutet das Auftreten eines noch nicht bekannten Virus oder einer bereits bekannten Infektion, die sich in einem neuen Wirt oder einer viel größeren geografischen Verbreitung ausbreitet. Dies ist beispielsweise der Fall bei dem 1947 entdeckten Zika-Virus, das sich 2013-2014 in Französisch-Polynesien exponentiell ausbreitete und 2015-2016 in Süd- und Lateinamerika große Epidemien auslöste, bei der die Fälle von Mikrozephalie bei Neugeborenen stark mediatisiert wurden.
Zusätzlich zu den oben genannten Faktoren, die mit dem Virus selbst zusammenhängen (Mutation, Austausch von genetischem Material), beeinflussen viele Faktoren die Entstehung eines neuen Virus (Howard und Fletcher, 2012):
- Klimawandel, insbesondere bei Krankheiten, die durch Vektoren wie Zecken oder Mücken übertragen werden
- Die Zunahme des direkten und indirekten Kontakts zwischen wild lebender und einheimischer Fauna und wild lebender Fauna und Mensch durch Entwaldung, die Zunahme der landwirtschaftlichen Nutzfläche, die Entwicklung der Tierhaltung im globalen Maßstab, Handel und Verzehr von exotischem Fleisch / Wildtieren
- Die Zunahme der Weltbevölkerung, die städtische Konzentration
- Erhöhte Bewegung von Tieren und tierischen Produkten
- Die Häufigkeit und Geschwindigkeit lokaler und internationaler Reisen
- Menschliches Verhalten wie veränderte Essgewohnheiten oder die Beliebtheit exotischer Haustiere
- Eine Erhöhung der Lebenserwartung (mehr ältere Menschen mit einem weniger effizienten Immunsystem als ein junger Mensch) und der Bevölkerung mit einem geschwächten Immunsystem
- Dank verstärkter Überwachung, kontinuierlicher Verbesserung der Gesundheitssysteme und des Informationsaustauschs auf internationaler Ebene können wir das Auftreten neuer Krankheitserreger jedoch einfacher und schneller feststellen.
Dr. Snoeck, vielen Dank für diese sehr detaillierten Informationen!
Chantal Snoeck ist Virologin im Team für klinische und angewandte Virologie in der Abteilung für Infektion und Immunität am LIH. Die Aktivitäten der Gruppe umfassen Überwachung, Diagnose, epidemiologische Untersuchung, molekulare Epidemiologie und Immunität gegen verschiedene Viruserkrankungen wie Masern. Informationen über die Prävalenz, Variabilität, Pathogenität der Viren und den Grad der Immunität der Bevölkerung sind für Entscheidungsträger im Bereich der öffentlichen Gesundheit wichtig, um Infektionskrankheiten zu kontrollieren und zu behandeln. Chantal Snoeck arbeitet insbesondere an zoonotischen Viruserkrankungen wie der Vogel- und Schweinegrippe, dem Hepatitis-E-Virus sowie viralen Tierkrankheiten mit wichtigen wirtschaftlichen Folgen.
Text: Chantal Snoeck (LIH)
Fragen und Redaktion: Michèle Weber (FNR)
Die Grafik basiert auf diesen Statistiken.
