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Den Wurzeln von Sars-CoV-2 auf der Spur

Sars-CoV-2
Das Coronavirus Sars-CoV-2 entstand aus in Fledermäusen vorkommenden Verwandten. (Bild: creativeneko/iStock)

Wie das Coronavirus Sars-CoV-2 entstand und woher es kommt, ist eine der offenen Fragen der aktuellen Pandemie. Klar scheint nur, dass sich die Vorfahren dieses Virus einst in Fledermäusen entwickelt haben. Wie Sars-CoV-2 mit den bekannten Fledermaus-Coronaviren zusammenhängt und wann es sich von seinem engsten Verwandten abgespalten haben könnte, beleuchtet jetzt eine Studie. Demnach trennte sich dieses Virus schon in den 1960er Jahren von anderen Fledermausviren. Sein für das Andocken an menschliche Zellen wichtiges Spike-Protein aber könnte noch älter sein – und auch bei anderen Fledermaus-Coronaviren vorhanden.

Seit Bekanntwerden der ersten Covid-19-Fälle im chinesischen Wuhan stellen sich Virologen und Epidemiologen die Frage, wie und von welchem Tier das dafür verantwortliche Coronavirus auf den Menschen übergesprungen ist. Relativ früh nach Sequenzierung des Erbguts von Sars-CoV-2 legten Vergleiche mit aus Fledermäusen isolierten Coronaviren nahe, dass auch der neue Erreger seinen Ursprung in dieser Tiergruppe haben muss. Als bislang ähnlichster Virenstamm gilt RaTG13, ein 2013 aus Java-Hufeisennasen (Rhinolophus affinis) in der chinesischen Provinz Yunnan erstmals isolierter Coronavirentyp. “Er stimmt in fast allen genomischen Regionen mit Sars-CoV-2 in rund 96 Prozent der Sequenzen überein”, berichten Maciej Boni von der Pennsylvania State University und seine Kollegen. Allerdings legte die noch größere Ähnlichkeit des für den Befall menschlicher Zellen entscheidenden Spike-Proteins von Sars-CoV-2 mit einem in Pangolinen gefundenen Coronavirus nahe, dass möglicherweise auch diese Schuppentiere als Zwischenwirte für das neue Virus in Frage kommen.

In den 1960ern von Fledermausverwandten abgespalten

Um mehr Klarheit zu schaffen, haben Boni und sein Team die RNA-Sequenzen und die Rekombination des Erbguts von Sars-CoV-2, Sars-CoV, den Fledermaus-Coronaviren und weiteren zur Untergruppe dieser sogenannten Sarbecoviren gehörenden Virenstämmen untersucht und verglichen. Im ersten Schritt suchten sie dabei nach Passagen im Genom, die auf einen intensiven Genaustausch der Virenvarianten untereinander und mit weiteren Viren hindeuten. Dabei zeigte sich, dass die gesamte Untergruppe dieser Coronaviren stark durch Rekombination geprägt ist. Im Laufe ihrer Evolution müssen diese Viren daher häufig Teile ihres Erbguts ausgetauscht haben – was auch den Befall neuer Wirtsarten erleichtern kann. Aus dem Vergleich längerer, wenig veränderter RNA-Abschnitte schließen die Forscher, dass Sars-CoV-2 und RaTG13 auf eine gemeinsame Stammeslinie zurückgehen. Von dieser Linie zweigten einige auch bei Pangolinen nachgewiesene Coronaviren als Schwestergruppe ab. Demnach ist RaTG13 der engste Verwandte von Sars-CoV-2 und beide entwickelten sich aus einem Reservoir von ähnlichen Coronaviren, die bis heute in Hufeisennasen kursieren.

Wann sich die Vorfahren von RaTG13 und Sars-CoV-2 voneinander trennten, konnten Boni und seine Kollegen durch Vergleiche der RNA-Sequenzen und Rückschlüsse auf die wahrscheinliche Rate der Mutationen und Rekombinationen dieser Viren ermitteln. “Nach unserem konservativsten Ansatz liegt der Zeitpunkt für die Aufspaltung von Sars-CoV-2 und RaTG13 im Jahr 1969”, berichten die Forscher. Mit zwei anderen Ansätzen kamen sie auf Zeiten um 1948 oder 1982. Damit könnte der Erreger der aktuellen Pandemie fast um die gleiche Zeit entstanden sein wie der Erreger der Sars-Pandemie von 2002/2003. Denn Sars-CoV trennte sich 1962 von seinen Fledermausverwandten ab, wie die Wissenschaftler ermittelten. “Die lange Abspaltungszeit von 40 bis 70 Jahren legt nahe, dass es in Hufeisennasen noch weitere, bisher unerkannte Virenlinien gibt, die ein zoonotisches Potenzial besitzen”, konstatieren Boni und sein Team. Denn beide Pandemie-Erreger kursierten offenbar erst noch Jahrzehnte lang unter Fledermäusen, bevor sie dann auf den Menschen übergesprungen sind.

Spike-Proteinstruktur keine “Neuerfindung”

Im Rahmen ihrer Vergleichsstudien haben sich die Forscher auch das Spike-Protein näher angeschaut, den für den Wirtswechsel wichtigsten Teil von Sars-CoV-2. Ihre Vergleiche ergaben, dass die Bauanleitung für dieses Protein dem des RaTG13-Virus zwar ähnlich ist, aber eine noch bessere Übereinstimmung mit einem der Pangolin-Viren zeigt. “Auf den ersten Blick könnte dies nahelegen, dass Sars-CoV-2 die Rekombinante eines Vorfahren von Pangolin-2019 und dem RaTG13-Stamm ist”, so Boni und sein Team. Doch nähere Analysen enthüllten, dass das Spike-Protein von RaTG13 vor allem in seiner sogenannten Loop-Region weit mehr Indizien für Rekombinationen zeigt. Bei Sars-CoV-2 dagegen und auch Pangolin-2019 zeigen die Abweichungsmuster beim Spike-Protein kaum Hinweise auf eine Rekombination in der Stammeslinie. “Das ist bemerkenswert, weil die Loop-Region sechs Schlüsselstrukturen für die Bindung des Virus an den ACE2-Rezeptor enthält”, sagen die Forscher.

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Boni und seine Kollegen schließen aus diesen Ergebnissen, dass die bei Sars-CoV-2 vorkommende Spike-Proteinstruktur keine “Neuerfindung” dieses Virus ist, sondern zu großen Teilen ursprünglich ist und schon bei den gemeinsamen Vorfahren dieses und weiterer Coronaviren dieser Untergruppe vorkam. Auch das spricht ihrer Ansicht nach dafür, dass es noch weitere, potenziell pandemieträchtige Coronaviren in den Hufeisennasen geben könnte. Dies unterstreiche die Notwendigkeit einer engmaschigen Überwachung neuer und nicht auf bekannte Erreger zurückzuführender Krankheitsausbrüche.

Quelle: Maciej Boni (Pennsylvania State University, University Park) et al., Nature Microbiology, doi: 10.1038/s41564-020-0771-4

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