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Coronavirus befällt auch Darmzellen

SARS-CoV-2 im Darm
Von Sars-CoV-2 befallene Zellen im Darm-Organoiden (weiß) (Bild: Joep Beumer/ Hubrecht Institute)

Schon länger mehren sich die Hinweise darauf, dass das Coronavirus Sars-CoV-2 auch den Darm befallen kann. Wie genau dies abläuft, haben nun Forscher mithilfe von Organoiden untersucht – im Labor gezüchteten Miniversionen des menschlichen Darmtrakts. Dabei zeigte sich, dass das Virus vor allem in reife und unreife Enterozyten der Darmwand eindringt und sich in ihnen vermehrt. Diese Zellen spielen die entscheidende Rolle für die Aufnahme von Nährstoffen und Wasser aus der Nahrung und sind der häufigste Zelltyp im Dünndarm. Die Infektion dieser Zellen erklärt, warum rund ein Drittel der Covid-19 Patienten unter Durchfall und anderen Verdauungsstörungen leidet.

Mit anhaltendem Verlauf der Corona-Pandemie zeigt sich immer deutlicher, dass das Virus Sars-CoV-2 in unserem Körper weit mehr Bereiche befällt als nur Atemwege und Lunge. So belegen Beobachtungen an Patienten zunehmend, dass in Verbindung mit Covid-19 auch Schädigungen des Herzmuskels auftreten können, dass die Infektion die Blutgerinnung stört, Thrombosen und Embolien fördert und dass auch die Nerven angegriffen werden können. Bei rund einem Drittel der Covid-19-Patienten wird die Infektion zudem von gastrointestinalen Symptome begleitet, darunter vor allem Durchfall und Übelkeit. Auch in Stuhlproben wurden bereits Viren nachgewiesen. Dies deutet schon länger darauf hin, dass Sars-CoV-2 auch den Darmtrakt befallen kann, zumal die Zellen an der Innenseite des Darms auch sogenannte ACE2-Rezeptoren aufweisen – Proteine, die dem Virus als Andockstellen und „Türöffner“ in die Zelle dienen.

Darm-Organoide im Infektionstest

Welche Zellen im Darm tatsächlich von Sars-CoV-2 befallen werden und in welchem Ausmaß, haben nun Mart Lamers vom Erasmus Medical Center in Rotterdam und seine Kollegen untersucht. Dafür nutzten sie eine relativ neue Errungenschaft der Biomedizin: Organoide. Dabei handelt es sich um im Labor gezüchtete Miniversionen menschlicher Organe, die meist aus Vorläuferzellen der in den Geweben dieser Organe vorhandenen Zelltypen herangezogen werden. Meist sorgen dreidimensionale „Gerüste“ aus speziellen Hydrogelen dafür, dass diese Mini-Organe auch die richtige Form bekommen. „Die Organoide des menschlichen Dünndarms werden aus Stammzellen des Darmepithels herangezogen und enthalten alle Zelltypen der echten Darmschleimhaut“, erklären Lamers und sein Team. „Das macht sie zu einem geeigneten Modell, um die Infektion des Darms durch Sars-CoV-2 zu untersuchen.“

Im Experiment infizierten die Forscher Darm-Organoide, die unter verschiedenen Kulturbedingungen gehalten worden waren, mit Sars-CoV-2. Je nach Kulturmethode hatten die Darmzellen unterschiedlich große Dichten des ACE2-Rezeptors auf der Zelloberfläche ausgebildet. Die Infektionstests ergaben: In allen Organoiden konnte sich das Coronavirus halten und vermehren. Unter dem Elektronenmikroskop waren Virenpartikel sowohl außerhalb als auch innerhalb der Darmzellen zu erkennen. Die Zahl der Viren stieg dabei im Verlauf von 60 Stunden dramatisch an, wie die Wissenschaftler berichten. Die infizierten Zellen begannen in dieser Zeit verstärkt damit, immunstimulierende Botenstoffe wie Zytokine und Interferon zu produzieren. Gleichzeitig erhöhte sich die Zahl der Zellen, die durch den Mechanismus der Apoptose – das zelluläre Selbstmordprogramm – zerstört wurden. „Diese Beobachtungen liefern den eindeutigen Beleg, dass Sars-CoV-2 sich in den Zellen des Gastrointestinal-Trakts vermehren kann“, sagt Lamers‘ Kollege Bart Haagmans.

Saumzellen der Darmschleimhaut besonders anfällig

Wie die Forscher in näheren Analysen feststellten, befällt das Virus im Darm vor allem die Enterozyten, auch Saumzellen genannt. Dieser mit einem dichten Saum aus bürstenartigen Fortsätzen besetzte Zelltyp kleidet die Wand des Dünndarms innen aus und ist entscheidend an der Aufnahme von Nährstoffen und Wasser aus dem Nahrungsbrei beteiligt. Die Experimente enthüllten, dass Sars-CoV-2 sowohl die unreifen Vorläuferstadien dieser Schleimhautzellen infizieren kann wie auch die ausgereiften Enterozyten. Überraschenderweise war der Befall in allen Organoid-Varianten nahezu gleich hoch – unabhängig davon, ob diese Zelle anfänglich viele oder wenige ACE2-REzpetoren auf ihrer Oberfläche trugen. „Das deutet darauf hin, dass offenbar schon geringe Dichten von ACE2-Rezeptoren für den Eintritt der Viren in diese Zellen ausreichen“, sagen Lamers und seine Kollegen.

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Nach Ansicht der Forscher demonstrieren ihre Ergebnisse, dass das Coronavirus dem Darm angreifen kann und wie es dies tut. „Allerdings wissen wir noch nicht, ob die Anwesenheit von Sars-CoV-2 im Darm von Patienten auch eine signifikante Rolle für die Übertragung des Virus spielt“, sagt Haagmans. „Aber unsere Ergebnisse sprechen dafür, dass man sich diese Möglichkeit sehr genau anschauen sollte.“ So könnte es beispielsweise sinnvoll sein, bei Patienten mit Durchfall, aber ohne Atemwegssymptomen Abstriche aus dem After zu nehmen statt aus dem Rachen.

Quelle: Mart Lamers (Erasmus Medical Center, Rotterdam) et al., Science, doi: 10.1126/science.abc1669

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