Wie wir herausfinden, woher der neue Coronavirus kam

Was die Herkunft des neuen Coronavirus, Sars-CoV-2 verrät, sind seine Genomdaten. Das Genom, das sind die gesamten Erbinformationen von Sars-CoV-2. Das Virus trägt diese Informationen, also seinen eigenen Bauplan, in Form von RNA (Ribonukleinsäure) in sich. Die Virus-RNA ist ein langes Molekül, das aus Tausenden einzelnen Bausteinen besteht, die durch ihre Reihenfolge bestimmen, wie das fertige Virus einmal aussehen soll. Wenn RNA von dem Virus in eine menschliche Körperzelle gebracht wird, bringt er diese dazu, aufgrund dieses Bauplans viele neue Viren herzustellen.

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Diese Genomdaten sind aber auch der Schlüssel zu seiner Vergangenheit. Auch Viren sind der Evolution unterworfen, das heisst, sie verändern sich kontinuierlich. In vielen Fällen sind die Veränderungen so klein, dass sie auf die Funktionalität des Virus keinen Einfluss haben, aber trotzdem im Erbgut sichtbar sind. Da sich diese Veränderungen mit der Zeit ansammeln, ist es möglich, durch den Vergleich der Genome einen zeitlichen Verlauf und damit auch einen Stammbaum des Virus zu erstellen.

Im Laufe der vergangenen Wochen und Monate wurden Infizierten Proben entnommen, aus denen die Erbinformation von SARS-CoV-2 gewonnen und aufgeschlüsselt wurde. Die so gesammelten Informationen werden häufig auf öffentlich zugängliche Datenbanken gespeichert, so dass andere Forscher und Forscherinnen darauf zugreifen können. Forscherinnen wie Tanja Stadler von der ETH Zürich. Sie untersucht gemeinsam mit ihrem Team diese Genomdaten von Sars-CoV-2, um dadurch die Herkunft des Virus zu bestimmen und auch wichtige epidemologische Kerngrössen zu ermitteln. Bei dieser Methode ist das auch mit relativ wenigen Patientedaten möglich. Stadler und ihr Team analysierten 93 Genome, wovon 55 aus China stammten. Die Datenanalyse unterstützt einige Hypothesen. Es ist demnach wahrscheinlich, dass das Virus zwischen Mitte November und Anfang Dezember das erste Mal von einem Tier auf den Menschen übertragen wurde. Der Tiermarkt in Wuhan ist zudem weiterhin ein denkbarer Ursprungsort für den menscheninfizierenden Virus, der vor Ausbruch der Pandemie vermutlich nicht schon länger in Menschen zirkulierte. Wie sich der Virus von Wuhan aus weiterverbreitete, zeigt diese Visualisierung.

Und noch mehr sagen die Genomdaten über die Entstehung des Virus aus. Hierfür haben Forschende die Genome und Virusstrukturen mit denen bekannter anderer Coronaviren, wie zum Beispiel SARS-CoV-1 oder MERS-CoV, verglichen. Sie fanden heraus, dass es zwei wichtige Struktureigenschaften gibt, die Sars-CoV-2 von anderen Corona-Viren unterscheiden. Beide finden sich auf den Spikes, den stacheligen Eiweissfortsätzen auf seiner Oberfläche.

Erstens: Der Bereich, der dafür zuständig ist, dass das Virus über den ACE2-Rezeptor an menschliche Zellen binden kann. Diese Region besteht aus sechs Aminosäuren und ermöglicht eine Bindung an die ACE2-Rezeptoren von Menschen.

Zweitens: Die andere wichtige Einheit ist das speziell aufgebaute Zwischenstück, das zwei Spikeprotein-Untereinheiten miteinander verbindet. Dieses ist zudem mit drei langen Polyssacchariden verbunden, deren Funktion bisher noch nicht bekannt ist. Es wird vermutet, dass sie vor dem Abbau des Virus durch das Immunsystem schützen sollen.

Diese beiden Struktureigenschaften sind zentral, um herauszufinden, wie das Virus auf den Menschen übertragen wurde und wie es sich entwickelt hat.

Basierend auf diesen Resultaten sind drei unterschiedliche Herkunftswege möglich. Sie sind unterschiedlich wahrscheinlich:

• Das Virus stammt aus dem Labor: Dieser Fall ist sehr unwahrscheinlich, da die in Sars-CoV-2 gefundene Region, die an den menschlichen ACE2-Rezeptor bindet, laut Computermodellen nicht die effizienteste Version ist. Warum sollte man im Labor etwas erzeugen, dass laut bisherigen Theorien nicht optimal bindet? Zudem geht man davon aus, dass im Fall eines im Labor erzeugten Virus ein bereits bekannter Coronavirus als Basis genutzt worden wäre, um gezielt krankmachende Veränderungen daran vorzunehmen. Dies könnte man im Genom nachweisen, ist aber nicht der Fall.
• Natürliche Selektion in tierischen Wirten vor der Übertragung auf den Menschen: Sars-CoV-2 ähnelt sehr stark RaTG12, einem in Hufeisenfledermäusen gefundenen Coronavirus. Daher ist eine Übertragung auf den Menschen denkbar. Aber: In RaTG12 stimmt die rezeptorbindende Region nur zum Teil überein mit jener des neuen Virus. In malaysischen Pangolinen wiederum wurde ein Virus gefunden, bei dem diese Region zwar übereinstimmt, aber der Rest des Virus so anders ist, dass eine Übertragung auf den Menschen sehr unwahrscheinlich ist.
• Natürliche Selektion in Menschen nach dem Transfer: Es ist auch möglich, dass ein Vorgängervirus erst auf den Menschen übertragen wurde und dann im Menschen die beiden Strukturelemente entwickelt hat. Da allerdings alle im Menschen gefundenen Sars-CoV-2-Viren optimiert an den Rezeptor ACE2 binden können, ist es sehr wahrscheinlich, dass der Virusvorfahre, der erstmals auf den Menschen übertragen wurde, dieses Strukturelement ebenfalls schon besessen hat. So hätte sich im Menschen also nur das spezielle Zwischenstück entwickelt.