Von der europäischen über die britische (Alpha) bis zur indischen (Delta) Variante: Das Sars-Coronavirus-2 hat sich im Verlauf der Pandemie rascher entwickelt, als Forscher zunächst vermutet hatten. Besonders die Alpha- und die Deltavariante zeigen: Kommen einige ungünstige Mutationen zusammen, kann das Virus einen regelrechten Sprung in seiner Entwicklung machen und durch hinzugewonnene Ansteckungsfähigkeit die Fortschritte bei seiner Bekämpfung wieder ausgleichen.

Ein Forscherteam vom Deutsches Krebsforschungszentrum und vom Applied Biomedical Science Institute in den USA hat nun die Daten von über 62.000 Virusgenomen ausgewertet, die im Lauf des Jahres 2020 und im Frühjahr 2021 in 42 US-Bundesstaaten gesammelt worden waren. Das erschreckende Ergebnis der jetzt im Fachmagazin PLOS ONE veröffentlichten Studie: Die Geschwindigkeit der Evolution des Virus hat im Verlauf der Pandemie phasenweise zugenommen und könnte viele neue besorgniserregende Varianten hervorbringen, wenn es nicht gelingt, die Zahl der Neuinfektionen weltweit drastisch zu begrenzen.

So war die ursprüngliche Wuhan-Variante des Virus bereits im Juni 2020 verschwunden und durch die zuerst in Europa beschriebene D614G Mutation ersetzt worden. Diese Veränderung ist seitdem in allen Virusvarianten präsent. Ab Sommer 2020 kam es plötzlich zur Häufung weiterer Mutationen in den analysierten Virusgenomen. "Wir vermuten, dass eine Abfolge von so genannten "superspreader events" diese Häufungen verursacht hat. Dadurch können sich auch seltene Mutationen, die zunächst nur bei weniger als einem Prozent aller Infizierten auftreten, plötzlich stark verbreiten", sagt Nina Papavasiliou vom Deutschen Krebsforschungszentrum in einer Mitteilung zur Studie.

Gegen Ende des Jahres 2020 zeigte sich auf einmal eine beträchtliche Anzahl von Veränderungen des Spikeproteins. Mit diesen Antennen-artigen Strukturen auf der Virushülle dockt Corona an menschlichen Zellen an und dringt in sie ein. Mit dem Aufkommen der sogenannten Alpha-Variante verstärkte sich die Bindungskraft dieser Spikeproteine plötzlich. Die Viren konnten in deutlich mehr Zellen eindringen und sich daher stärker in einem Menschen vermehren. Dadurch gaben Infizierte wesentlich mehr Viren ab und Corona wurde ansteckender.

Von weiteren Veränderungen glaubten die Wissenschaftler zunächst, sie würden wieder verschwinden. Stattdessen tauchten die Mutationen im weiteren Zeitverlauf immer häufiger auf. Die Forscher vermuten, dass auch hier einzelne Masseninfektionen für den Durchbruch solcher Mutationen sorgen. "Wir müssen uns bewusst sein, dass ein einziger weiterer Superspreader-Event ausreichen kann, dass sie sich stark verbreiten und neue Varianten hervorbringen", sagt Nina Papavasiliou.

Besondere Sorgen bereitet den Forschern, dass Varianten wie Alpha innerhalb von nur drei Monaten weitere Mutationen aufwiesen. Hatten Wissenschaftler zu Beginn der Pandemie noch geglaubt, Sars-CoV-2 sei ein relativ stabiles Virus, gelte diese Einschätzung heute nur noch eingeschränkt, schreiben sie in der Studie.

Bei der Analyse der Mutationen zeigte sich, dass menschliche Enzyme der APOBEC Gruppe, die eigentlich als Teil der Virusabwehr des Körpers gelten, offenbar die Entstehung neuer Mutationen begünstigen könnten. Diese Enzyme verändern die virale RNA. Im Fall von Sars-CoV-2 wird das Viruserbgut offenbar aber nicht unbrauchbar. Stattdessen wurden wohl Veränderungen ausgelöst, die zur Alpha-Variante und zu anderen besorgniserregenden Varianten geführt haben. Diese Möglichkeit macht aus Sicht der Forscher erklärbar, warum bestimmte Mutationen in voneinander völlig unabhängigen Virusstämmen immer wieder auftauchen.

Die Analyse der Forscher zeigt eine Reihe weiterer Mutationen am Coronavirus, die sich bis jetzt allerdings nicht in einer größeren Population durchgesetzt haben. Sie empfehlen daher, weiterhin Maßnahmen zur Verhinderung von Superspreading-Events in Kraft zu lassen, solange nicht alle Regionen der Welt ausreichend mit Impfstoff versorgt und die Ausbreitung des Virus wirksam eingedämmt ist.

(ens)

• Diaz, Papavasiliou et.al.: SARS-CoV-2 variant evolution in the United States: High accumulation of viral mutations over time likely through serial Founder Events and mutational bursts, PLOS ONE