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Mutationen auf dem Prüfstand : Wie realistisch ist ein Vorwarnsystem für Virusvarianten?

Wann wir keine Masken mehr tragen müssen, hängt auch von den noch kommenden Virusvarianten ab. Lassen sie sich vorhersagen? Bild: Lando Hass

Virologen scannen weltweit Abertausende Mutationen im Coronavirus. Sie hoffen, der Ausbreitung einer weiteren Hochrisiko-Variante zuvor zu kommen. Treffer gab es in einigen Studien schon. Aber der Ernstfall kommt noch.

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          Was wir uns wünschen, ist das eine, das Ende der Pandemie nämlich. Etwas ganz anderes ist, was die Pandemie zulässt. Aus der Perspektive des Virus betrachtet: Die Maschine brummt, und das sogar so gut wie nie. Rund drei Millionen weltweit nachgewiesene Infektionen täglich, die meisten ohne Symptome, dazu immer mehr Ansteckungen von Immungeschwächten. In der Zeitschrift „Cell Host & Microbe“ hat ein Forscherteam um den südafrikanischen Infektiologen Alex Sigal vom Berliner Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie sechs Monate lang die genetische Evolution des Sars-CoV-2-Erregers in einem HIV-Patienten nachgezeichnet. Ihr Fazit: D190, so wurde das vielfach mutierte Virus bezeichnet, hat in dem immungeschwächten Aids-Patienten eine ideale Brutkammer gefunden.

          Joachim Müller-Jung
          Redakteur im Feuilleton, zuständig für das Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Mit D190 hat sich aber keiner angesteckt, jedenfalls hat es keine Welle ausgelöst. Delta dagegen schon und Omikron noch viel massiver. Bevor diese beiden Virusvarianten ihren weltweiten Siegeszug angetreten hatten, im September 2020, wurden in der Genomdatenbank GISAID jede Woche knapp 300 neue Sars-CoV-2-Varianten registriert, ein Jahr später waren es schon 7000, und Ende Dezember 2021 waren es schätzungsweise 12.000 wöchentlich. Der Brutkasten Menschheit liefert immer schneller Nachschub.

          Mindestens eine viertel Million Mutationen sind heute bekannt, aber natürlich sind längst nicht alle gefährlich. Im Gegenteil, die meisten Mutationen schwächen das Virus. Nur: Welche sind das? Und vor allem: Lässt sich vorhersehen, welche Mutationen in welchen Kombinationen das Potential haben, infektiöser und noch tückischer zu sein, wenn es darum geht, unser Immunsystem zu überlisten?

          Die Evolution ist nicht vorhersagbar

          Tatsächlich arbeiten mittlerweile viele Forscher weltweit an einer Art Früh- oder Vorwarnsystem für Virusvarianten. Ausgereift ist freilich keines davon, und manche wie das von Schweizer Biologen in den „Proceedings“ der amerikanischen Nationalen Akademie der Wissenschaften vorgestellte Computermodell, das neue Mutationen aufgrund von statistischen Analysen „antizipiert“, wirken allzu theoretisch.

          Dennoch gibt es Fortschritte. In „Science Translational Medicine“ hat eine amerikanische Gruppe die unterschiedlichen Bindungseigenschaften verschiedener genetischer Veränderungen ermittelt und daraus die „Viren-Fitness“ errechnet. Im Schnitt ließ sich so vier Monate im Voraus erkennen, welche schon bekannten Mutationen sich ausbreiten würden. Auch, welche Mutationen das Virus davor schützen, von maßgeschneiderten, monoklonalen Antikörpern eliminiert zu werden – aber eben nicht, welche neuen gefährlichen Mutationen noch auftauchen könnten.

          Trotz enorm wachsender Datenmengen ist die Evolution eben nicht vorauszusagen und noch weniger, wie sich Kombinationen vieler Mutationen – im Falle von Omikron mehr als fünfzig – auswirken. Wichtig dabei sind Mutationen im entscheidenden Bindungsmolekül des Virus, dem Spike-Protein, von denen allein mehr als 13.400 bekannt sind. Spike ist der Angriffspunkt der effektivsten Antikörper und deshalb besonders sensibel. In einem Preprint auf „bioRxiv“ haben der Mainzer Immunologe und Biontech-Gründer Ugur Sahin und seine Gruppe mit KI-Experten des Londoner Unternehmens InstaDeep ein maschinelles Frühwarnsystem für „Hochrisikovarianten“ vorgestellt, das sich auf Spike-Mutationen und deren Immunflucht-Potential fokussiert.

          Viren-Genom-Sequenzierung in der Universitätsmedizin Greifswald.
          Viren-Genom-Sequenzierung in der Universitätsmedizin Greifswald. : Bild: dpa

          Laborexperimente ergänzten die KI-Analysen. Fazit: Von 13 von der Weltgesundheitsorganisation (WHO) ausgewiesenen Varianten konnten allein anhand der Genomdaten zwölf als potentiell gefährlich ermittelt werden – rechnerisch zwei Monate bevor der bei der WHO gültige Schwellenwert der Varianten-Ausbreitung von 1500 Infektionen überschritten war. Ein paar Wochen Vorwarnzeit, das wäre schon ein Gewinn. Verlässlich jedoch funktioniert ein solches Echtzeit-Frühwarnsystem nur, wenn die Viren-Genomdaten möglichst lückenlos fließen. Daran hapert es allerdings noch fast überall.

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