Coronavirus: Mutationen

Von , (Bio-)Chemiker
und , Medizinredakteurin
Aktualisiert am
Dr. Maximilian Reindl

Maximilian Reindl studierte Chemie und Biochemie an der LMU in München und ist seit Dezember 2020 Mitglied der NetDoktor-Redaktion. Er arbeitet sich für Sie in medizinisch-naturwissenschaftliche und gesundheitspolitische Themen ein, um diese gut verständlich und nachvollziehbar aufzubereiten.

Christiane Fux

Christiane Fux studierte in Hamburg Journalismus und Psychologie. Seit 2001 schreibt die erfahrene Medizinredakteurin Magazinartikel, Nachrichten und Sachtexte zu allen denkbaren Gesundheitsthemen. Neben ihrer Arbeit für NetDoktor ist Christiane Fux auch in der Prosa unterwegs. 2012 erschien ihr erster Krimi, außerdem schreibt, entwirft und verlegt sie ihre eigenen Krimispiele.

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Derzeit steigt europaweit der Anteil der Omikron-Variante von Sars-CoV-2 bei Neuinfektionen sprunghaft an. Omikron scheint nochmals deutlich ansteckender zu sein als Delta. Welche Eigenschaften die verschiedenen Coronavirus-Mutationen haben, wo sie sich ausbreiten und von welchen Virusvarianten keine Gefahr mehr ausgeht, erfahren Sie hier.

Das Virus mit seinem Spike-Protein auf seiner Oberfläche.

Mutationen sind normal

Das Aufkommen neuer Virusvarianten ist nichts Ungewöhnliches: Viren – so auch der Sars-CoV-2-Erreger – verändern bei der Replikation immer wieder zufällig ihr Erbgut. Die meisten solcher Mutationen sind bedeutungslos. Manche aber sind vorteilhaft für das Virus und setzen sich durch.

Auf diese Weise sind Viren in der Lage, sich schnell an die Umwelt und ihren Wirt anzupassen. Dies ist Teil ihrer evolutionären Strategie.

Inzwischen sind bei Sars-CoV-2 aber sogenannte „Variants of Concern“ (VoC) aufgetaucht – also Varianten, die Experten Sorge bereiten. Ihnen gemein ist, dass sie ansteckender als die ursprüngliche Form von Sars-CoV-2 sind.

Dabei handelt es sich nach aktueller Einschätzung der Europäischen Seuchenschutzbehörde ECDC um folgende Varianten:

  • Delta: Die auch B.1.617.2 genannte Linie verbreitete sich ausgehend von Indien.
  • Omikron: Die auch B.1.1.529 genannte Linie verbreitete sich ausgehend aus den südlichen Gebieten Afrikas.

Virusvariationen werden in sogenannte Kladen oder Linien gruppiert – Forscher erfassen und dokumentieren so systematisch den „Stammbaum des Coronavirus“. Jede Variante wird gemäss ihrer Erbgut-Eigenschaften charakterisiert und mit einer Buchstaben-Zahlen-Kombination versehen. Ob nun ein bestimmter Virusstamm gefährlicher ist als ein anderer, lässt sich anhand dieser Bezeichnung allerdings nicht ablesen.

Wie verändert sich das Coronavirus?

Dem Coronavirus stehen zwei Wege offen, um sich „erfolgreich“ weiter zu entwickeln: Es verändert sich so, dass es besser in die menschliche Zelle gelangen kann, um dadurch ansteckender zu werden, oder es versucht durch Anpassung unserem Immunsystem zu „entkommen“:

Verbesserter Zelleintritt: Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn sich innerhalb der sogenannten Rezeptor-Bindungsdomäne (RBD) des Spike-Proteins (für das Virus) vorteilhafte Veränderungen entwickeln: Das Spike-Protein ist der „Türöffner“ für menschliche Zellen. Je stärker dabei die Wechselwirkung mit dem ACE2-Rezeptor der menschlichen Zelle ist, desto leichter gelangt ein Viruspartikel ins Zellinnere – und desto ansteckender und gefährlicher ist die jeweilige Virusvariante.

Fluchtmutation: Hier handelt es sich um Veränderungen, die es dem Coronavirus ermöglichen dem Immunsystem „zu entkommen“. Das Virus verändert dann seine äussere Gestalt in der Form, dass die (bereits gebildeten) Antikörper einer Erstinfektion oder Impfung es nun schlechter „erkennen“ und neutralisieren können. Man spricht auch von „Escape-Mutationen“ oder „Immune-Escape“. Zweitinfektionen könnten dadurch wahrscheinlicher werden.

Wie entstehen die Virusvarianten?

Je länger die Pandemie andauert, desto mehr Infektionen, desto mehr Variationen und Mutationen des Coronavirus.

Seit gut zwei Jahren dauert die Corona-Pandemie nun an: Zum Stichtag des 05. Januar 2022 meldet das Johns Hopkins Coronavirus Resource Center (CRC) inzwischen rund 296 Millionen Infektionsfälle weltweit.

Gelegenheit genug für das Coronavirus vielfältige Veränderungen (Variationen) des Erbguts anzuhäufen.

Da nicht jedes Land der Erde eine flächendeckende medizinische Versorgung bieten kann oder auch dieselben Test- und Dokumentationskapazitäten der etablierten Industrieländer besitzt, kann man von einer (sehr) hohen weltweiten Dunkelziffer ausgehen.

Diese enormen Fallzahlen – und die damit einhergehenden Erbgutveränderungen von Sars-CoV-2 – spiegeln sich in der inzwischen ausgedehnten Verbreitung einer Vielzahl neuer Virusvarianten wider:

Delta: Die B.1.617.2-Linie

Die Delta-Variante (B.1.617.2) von Sars-CoV-2 breitete sich in den vergangenen Monaten (Herbst 2021) auch in Deutschland stark aus. Sie wurde zunächst in Indien entdeckt und gliedert sich in drei Untervarianten auf, die mehrere charakteristische Veränderungen in sich vereint.

Dabei handelt es sich einerseits um Veränderungen im Spike-Protein, das als „Schlüssel” für die menschliche Zelle gilt. Andererseits weist B.1.617 auch Veränderungen auf, die als (mögliche) Flucht-Mutation diskutiert werden.

Konkret vereint B.1.617 unter anderem folgende relevante Mutationen:

Mutation D614G: Sie kann das Coronavirus ansteckender machen. Erste Modellierungen deuten an, dass B.1.617 dadurch mindestens so leicht übertragen wird wie die sehr ansteckende Alpha-Variante (B.1.1.7).

Mutation T478K: Sie führt zu einem Austausch der ungeladenen Aminosäure Threonin durch das unter physiologischen Bedingungen protonierte – und damit positiv geladene – Lysin an Position 478. Es wird vermutet, dass dieser Aminosäuren-Austausch die Interaktion mit dem ACE2-Rezeptor beeinflusst. Experten vermuten, dass dies schwerere Covid-19-Erkrankungen auslösen könnte.

Mutation P681R: Auch sie wird von Forschern mit einer möglicherweise erhöhten Virulenz in Verbindung gebracht.

Mutation E484K: Wurde auch in der Beta-Variante (B.1.351) und der Gamma-Variante (P.1) gefunden. Sie steht im Verdacht, das Virus unempfindlicher gegen bereits gebildete neutralisierende Antikörper zu machen.

Mutation L452R: Sie wird ebenfalls als mögliche Fluchtmutation diskutiert. Coronavirus-Stämme mit der L452R-Mutation waren in Laborexperimenten teilweise resistent gegen bestimmte Antikörper.

Auch die bisher in Europa vorherrschende Delta-Variante scheint in grossen Schritten durch die hochansteckende Omikron-Variante verdrängt zu werden.

Omikron: Die B.1.1.529-Linie

Die Omikron-Variante ist die jüngste Coronavirus-Mutation, die erstmals im November 2021 in Botswana entdeckt wurde. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) stuft sie nun offiziell als neue „Variant-of-Concern“ ein.

Die hohe Ausbreitungsgeschwindigkeit bereitet Fachkreisen Sorge. Vorläufige Erbgutanalysen zeigen, dass die Omikron-Variante eine Vielzahl von Veränderungen im Spike-Protein aufweist – insgesamt gut 30 unterschiedliche Punktmutationen (verglichen mit dem Sars-CoV-2-Wildtyp). Alle aktuellen Entwicklungen und Erkenntnisse, erfahren Sie in unserem separaten Beitrag zur Omikron-Variante.

Weitere bekannte Virusvarianten

Daneben entwickelten sich zusätzliche Sars-CoV-2-Virusvarianten, die sich vom Wildtyp unterscheiden – Experten zählen sie derzeit jedoch noch nicht zu den VOC. Diese Virusstämme bezeichnet man entsprechend als „Variants of Interest“ (VOI) – also Varianten von besonderem Interesse.

Es ist es noch nicht klar, welchen Einfluss diese aufstrebenden VOI auf das Pandemiegeschehen haben könnten. Sollten sie sich gegen bereits zirkulierende Virenstämme behaupten und durchsetzen, könnten auch sie zu entsprechenden VOC heraufgestuft werden.

Varianten von besonderem Interesse

Zu diesen VOI zählen gemäss Angaben des Europäischen Zentrums für die Prävention und die Kontrolle von Krankheiten (ECDC) momentan:

  • BA.4: Omikron Subtyp, erstmals entdeckt in Südafrika.
  • BA.5: Omikron Subtyp, erstmals entdeckt in Südafrika.

Varianten unter Beobachtung

Im erweiterten Fokus befinden sich die sogenannten „Variants under monitoring“ (VUM) – allerdings fehlen zu diesen noch belastbare, systematische Daten. Meist liegt ausschliesslich ein Beweis ihrer blossen Existenz vor. Sie umfassen sporadisch vorkommende Varianten sowie „modifizierte“ Abkömmlinge bereits bekannter Mutationen.

Zu diesen seltenen VUM zählen gemäss Angaben des ECDC momentan:

  • XD – Variante, die erstmals in Frankreich nachgewiesen wurde.
  • BA.3 – Subtyp der Omikron-Variante, erstmals entdeckt in Südafrika.
  • BA.2 + L245X – Subtyp der Omikron-Variante unbekannten Ursprungs.

Herabgestufte Virusvarianten

So dynamisch sich das Infektionsgeschehen in der laufenden Corona-Pandemie entwickelt, so dynamisch gestaltet sich ebenfalls die wissenschaftliche Erkenntnis und Einschätzung zu den in unterschiedlichen Phasen der Pandemie vorherrschenden Virusvarianten.

Daher ist es nicht verwunderlich, dass einige Varianten neu aufkommen – andere verschwinden jedoch sukzessive wieder und gelten daher nach Expertenmeinung nicht mehr als besorgniserregend. Die Europäische Seuchenschutzbehörde gibt daher bei folgenden Coronavirus-Varianten Entwarnung:

Alpha: Die B.1.1.7-Linie

Die Coronavirus-Variante Alpha (B.1.1.7) zirkuliert laut offiziellen Stellen kaum mehr in Europa. Alpha wurde erstmals in Grossbritannien nachgewiesen und breitete sich seit Herbst 2020 ausgehend vom Südosten Englands zunehmend auf dem europäischen Kontinent aus.

Die B 1.1.7-Linie wies mit 17 Mutationen auffällig viele Genveränderungen. Mehrere dieser Mutationen betrafen das Spike-Protein – sehr bedeutsam unter anderem die N501Y-Mutation.

Man geht davon aus, dass B.1.1.7 um rund 35 Prozent ansteckender war als der Wildtyp von Sars-CoV-2. Auch die beobachtete Sterblichkeitsrate bei einer Infektion (ohne vorherige Impfung) war erhöht. Die verfügbaren Impfstoffe gewährten jedoch einen soliden Schutz.

Alpha ist in Übereinstimmung mit offiziellen Stellen (ECDC, CDC sowie WHO) stark rückläufig.

Beta: Die B.1.351-Linie

Die B.1.351-Linie (501Y.V2) – nach der WHO-Nomenklatur auch Beta genannt – breitete sich zuerst in Südafrika aus. Neben N501Y liegen hier weitere Mutationen (E484K, K417N) des Spike-Proteins vor.

Entwickelt hat sich die Mutante sehr wahrscheinlich als Folge einer hohen Durchseuchung der südafrikanischen Bevölkerung mit dem Virus. Südafrika verzeichnete schon in den Sommermonaten 2020 grossflächige Corona-Ausbrüche. Insbesondere in den Townships fand das Virus wohl ideale Bedingungen, um sich sprunghaft zu verbreiten.

Das bedeutet: Sehr viele Menschen waren schon immun gegenüber der ursprünglichen Form von Sars-CoV-2 – das Virus musste sich verändern. Forscher bezeichnen eine solche Situation als Evolutionsdruck. Daher hat sich eine neue Virusvariante durchgesetzt, die der ursprünglichen Form überlegen war, weil sie unter anderem ansteckender ist.

Die zusätzliche Mutation E484K gilt unter Experten als mögliche Fluchtmutation: Also eine „Flucht-Anpassung“ des Coronavirus an das menschliche Immunsystem. Das könnte bedeuten, dass Antikörper, die das Immunsystem gegen die ursprüngliche Form von Sars-CoV-2 entwickelt hat, B.1.351 nicht mehr vollständig erkennen könnten. Betroffene könnten sich also ein zweites Mal anstecken.

Vorläufige Daten deuten an, dass der Impfstoff Comirnaty auch gegen die B.1351-Linie eine hohe Wirksamkeit aufweist. VaxZevria hingegen könnte gemäss einer vorläufigen Stellungnahme der Autoren Madhi et al. eine herabgesetzte Wirksamkeit besitzen.

Beta ist in Übereinstimmung mit offiziellen Stellen (ECDC, CDC sowie WHO) stark rückläufig.

Gamma: Die P.1-Linie

Eine weitere VOC namens P.1 – zuvor bekannt als B.1.1.28.1, nun Gamma genannt – wurde erstmals im Dezember 2020 in Brasilien entdeckt. Auch P.1 weist die wichtige N501Y Mutation in ihrem Erbgut auf. Damit gilt der P.1-Virus-Stamm als hoch ansteckend.

Gamma entwickelte und verbreitete sich ursprünglich in der Amazonas-Region. Die Ausbreitung der Variante geht zeitlich mit dem sprunghaften Anstieg Covid-19-bedingter Krankenhauseinweisungen in dieser Region Mitte Dezember 2020 einher.

Auch in Brasilien konnte sich das Virus lange Zeit ideal vermehren. Dadurch war ein hoher Durchseuchungsgrad der Bevölkerung gegeben. Wie in Südafrika könnte das der Grund für einen entsprechend hohen Anpassungsdruck auf das Virus gewesen sein. Auch hier musste das Virus über einen längeren Zeitraum gegen das menschliche Immunsystem „antreten“. So hat sich eine einzigartige, für das Virus günstige Kombination spezifischer Mutationen durchgesetzt.

Gamma ist in Übereinstimmung mit Experten der ECDC, CDC und WHO stark rückläufig.

Weitere deeskalierte Varianten

Zwar sind inzwischen sehr viele neuartige Virusvarianten bekannt geworden, dies bedeutete allerdings nicht automatisch eine grössere Bedrohung. Der Einfluss solcher Varianten auf das (globale) Infektionsgeschehen war klein, oder sie wurden verdrängt. Zu diesen zählen unter anderem auch:

  • Epsilon: B.1.427 sowie B.1.429 – zuerst entdeckt in Kalifornien.
  • Eta: In vielen Ländern nachgewiesen (B.1.525).
  • Theta: Zuvor als P.3 bezeichnet, nun herabgestuft, zuerst auf den Philippinen entdeckt.
  • Kappa: Zuerst in Indien entdeckt (B.1.617.1).
  • Lambda: Zuerst im Dezember 2020 in Peru entdeckt (C.37)
  • Mu: Zerst im Januar 2021 in Kolumbien entdeckt (B.1.621).
  • Iota: Zuerst in den USA im Grossraum New York entdeckt (B.1.526).
  • Zeta: Zuvor als P.2 bezeichnet, nun herabgestuft, zuerst in Brasilien entdeckt.

Sowie eine Vielzahl anderer Varianten unterschiedlichen Ursprungs: B.1.620, A.27, A.28, C.16, B.1.616, B.1.351+E516Q, B.1.351+P384L, B.1.1.7+L452R, B.1.1.7+S494P, B.1.526.1, B.1.526.2, B.1.1.519, AT.1, B.1.214.2, AY.4.2 – sowie viele weitere.

Wie schnell mutiert Sars-CoV-2?

Auch in Zukunft wird sich Sars-CoV-2 durch Mutationen weiter an das menschliche Immunsystem und an eine (teilweise) geimpfte Bevölkerung anpassen. Wie schnell das geschieht, hängt massgeblich von der Grösse der aktiv infizierten Population ab.

Je mehr Infektionsfälle – regional, national wie international – auftreten, desto stärker vermehrt sich das Coronavirus – und desto häufiger treten auch Mutationen auf.

Im Vergleich zu anderen Viren mutiert das Coronavirus jedoch verhältnismässig langsam. Experten gehen bei einer Gesamtlänge des Sars-CoV-2-Erbguts von etwa 30.000 Basenpaaren von ein bis zwei Mutationen pro Monat aus. Zum Vergleich: Grippe-Viren (Influenza) mutieren im selben Zeitraum zwei- bis viermal so häufig.

Wie kann ich mich vor Coronavirus-Mutationen schützen?

Vor einzelnen Coronavirus-Mutationen selbst, können Sie sich nicht gezielt schützen – einzige Möglichkeit besteht darin sich nicht zu infizieren.

Im Allgemeinen gilt: Halten Sie die Hygieneregeln ein, wahren Sie Abstand und tragen Sie Ihre FFP2-Maske in der Öffentlichkeit. Sollten Sie sich impfen lassen, so geniessen Sie zudem eine gute Grundimmunität gegen schwere Verläufe.

Wie werden Coronavirus-Mutationen entdeckt?

Die Schweiz verfügt über ein engmaschiges Meldesystem, um zirkulierende Sars-CoV-2-Viren zu überwachen. Alle Spitäler, Labors und Ärzte, die Coronatests durchführen, melden positive Fälle dem Bundesamt für Gesundheit (BAG).

Wie funktioniert das Meldesystem bei Verdacht auf Mutationen?

Zunächst gilt für jeden professionell durchgeführten positiven Coronavirus-Test eine Meldepflicht an das Bundesamt für Gesundheit (BAG). Dies umfasst Coronavirus-Tests, die in einem Testzentrum, bei Ihrem Arzt, in Ihrer Apotheke oder in Spitälern durchgeführt wurden.

Weiterführende Information zu Coronavirus-Schnelltests für die Eigenanwendung finden Sie in unserem Themenspezial Corona-Selbsttests.

Bei einem positiven Befund versenden Ärzte die entsprechende Patientenprobe an ein spezialisiertes Diagnostiklabor, das das Ergebnis mittels PCR-Test bestätigt. Ist auch der PCR-Test positiv – kann die Probe zudem an ein sequenzierendes Labor verschickt, und dort weiterführend untersucht werden (sequenzierende Genomanalyse).

Was ist eine sequenzierende Genomanalyse?

Eine sequenzierende Genomanalyse ist eine detaillierte Erbgutanalyse. Sie untersucht die genaue Abfolge der einzelnen RNA-Bausteine innerhalb des viralen Erbguts. Das heisst, das rund 30.000 Basenpaare umfassende Sars-CoV-2 Erbgut wird entschlüsselt und kann dann mit dem des Coronavirus Wildtyps verglichen werden.

Erst auf diese Weise sind die einzelnen Mutationen auf Molekülebene zu erkennen – und eine Zuordnung innerhalb des „Coronavirus-Stammbaums“ möglich.

Eine Genomsequenzierung ist ein zeit- und kostenaufwändiges Verfahren mit (sehr) begrenzten Kapazitäten. Nicht jede positive Probe kann also routinemässig sequenziert werden. Experten treffen eine Vorauswahl – sie erheben also eine Stichprobe.

Damit wird auch klar, dass nicht jedes Land der Welt in der Lage ist, die exakte Ausbreitung bestimmter Coronavirus-Varianten detailgetreu nachzuverfolgen. Eine gewisse Unschärfe in den vorliegenden Meldedaten ist daher wahrscheinlich.

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Dieser Text entspricht den Vorgaben der ärztlichen Fachliteratur, medizinischen Leitlinien sowie aktuellen Studien und wurde von Medizinern geprüft.

Autoren:

Maximilian Reindl studierte Chemie und Biochemie an der LMU in München und ist seit Dezember 2020 Mitglied der NetDoktor-Redaktion. Er arbeitet sich für Sie in medizinisch-naturwissenschaftliche und gesundheitspolitische Themen ein, um diese gut verständlich und nachvollziehbar aufzubereiten.

Christiane Fux studierte in Hamburg Journalismus und Psychologie. Seit 2001 schreibt die erfahrene Medizinredakteurin Magazinartikel, Nachrichten und Sachtexte zu allen denkbaren Gesundheitsthemen. Neben ihrer Arbeit für NetDoktor ist Christiane Fux auch in der Prosa unterwegs. 2012 erschien ihr erster Krimi, außerdem schreibt, entwirft und verlegt sie ihre eigenen Krimispiele.

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