Inhaltsverzeichnis:

Massive Zahlen neuer COVID-19-Infektionen, nicht Impfstoffe, sind der Hauptgrund für neue Coronavirus-Varianten
Massive Zahlen neuer COVID-19-Infektionen, nicht Impfstoffe, sind der Hauptgrund für neue Coronavirus-Varianten
Anonim

Der Anstieg von Coronavirus-Varianten hat den enormen Einfluss der Evolutionsbiologie auf das tägliche Leben deutlich gemacht. Aber wie Mutationen, Zufall und natürliche Selektion Varianten erzeugen, ist ein komplizierter Prozess, und es gab viel Verwirrung darüber, wie und warum neue Varianten entstehen.

Das bekannteste Beispiel für eine rasante Evolution war bis vor kurzem die Geschichte der Pfeffermotte. Mitte des 19. Jahrhunderts begannen Fabriken in Manchester, England, den Lebensraum der Motte mit Ruß zu bedecken, und die normale weiße Färbung der Motte machte sie für Raubtiere sichtbar. Aber einige Motten hatten eine Mutation, die sie dunkler machte. Da sie in ihrer neuen Welt besser getarnt waren, konnten sie Raubtieren ausweichen und sich mehr reproduzieren als ihre weißen Gegenstücke.

Wir sind Evolutionsbiologe und Epidemiologe für Infektionskrankheiten an der University of Pittsburgh, die zusammenarbeiten, um die Evolution von Krankheitserregern zu verfolgen und zu kontrollieren. In den letzten anderthalb Jahren haben wir genau verfolgt, wie das Coronavirus auf der ganzen Welt verschiedene Mutationen erworben hat.

Es ist natürlich zu fragen, ob hochwirksame COVID-19-Impfstoffe zur Entstehung von Varianten führen, die sich dem Impfstoff entziehen – wie dunkelgepfefferte Motten Vögeln, die sie jagten, auswichen. Aber mit knapp 40 % der Menschen auf der Welt, die eine Dosis eines Impfstoffs erhalten haben – nur 2 % in Ländern mit niedrigem Einkommen – und täglich fast eine Million Neuinfektionen weltweit, das Auftreten neuer, ansteckenderer Varianten wie Delta, wird durch unkontrollierte Übertragung angetrieben, nicht durch Impfstoffe.

Wie ein Virus mutiert

Für jeden Organismus, einschließlich eines Virus, ist das Kopieren seines genetischen Codes das Wesen der Fortpflanzung – aber dieser Prozess ist oft unvollkommen. Coronaviren verwenden RNA für ihre genetischen Informationen, und das Kopieren von RNA ist fehleranfälliger als die Verwendung von DNA. Forscher haben gezeigt, dass bei der Replikation des Coronavirus etwa 3% der neuen Viruskopien einen neuen, zufälligen Fehler aufweisen, der auch als Mutation bezeichnet wird.

Jede Infektion produziert Millionen von Viren im Körper einer Person, was zu vielen mutierten Coronaviren führt. Die Zahl der mutierten Viren wird jedoch durch die viel größere Zahl von Viren, die mit dem Stamm identisch sind, der die Infektion ausgelöst hat, in den Schatten gestellt.

Fast alle auftretenden Mutationen sind harmlose Störungen, die die Funktionsweise des Virus nicht ändern – und andere schaden dem Virus sogar. Ein kleiner Bruchteil der Veränderungen kann das Virus ansteckender machen, aber diese Mutanten müssen auch Glück haben. Um eine neue Variante hervorzubringen, muss sie erfolgreich zu einer neuen Person springen und viele Kopien replizieren.

Die Übertragung ist der wichtige Flaschenhals

Die meisten Viren einer infizierten Person sind genetisch identisch mit dem Stamm, der die Infektion ausgelöst hat. Es ist viel wahrscheinlicher, dass eine dieser Kopien – keine seltene Mutation – an jemand anderen weitergegeben wird. Untersuchungen haben gezeigt, dass fast keine mutierten Viren von ihrem ursprünglichen Wirt auf eine andere Person übertragen werden.

Und selbst wenn eine neue Mutante eine Infektion verursacht, sind die mutierten Viren im neuen Wirt in der Regel zahlenmäßig in der Überzahl gegenüber nicht mutierten Viren und werden normalerweise nicht auf die nächste Person übertragen.

Die geringe Wahrscheinlichkeit, dass eine Mutante übertragen wird, wird als „Bevölkerungsengpass“bezeichnet. Die Tatsache, dass nur ein kleiner Teil der Viren die nächste Infektion auslöst, ist der kritische, zufällige Faktor, der die Wahrscheinlichkeit begrenzt, dass neue Varianten entstehen. Die Geburt jeder neuen Variante ist ein Zufallsereignis mit einem Kopierfehler und einem unwahrscheinlichen Übertragungsereignis. Von den Millionen von Coronavirus-Kopien in einer infizierten Person ist die Wahrscheinlichkeit gering, dass eine fittere Mutante zu den wenigen gehört, die sich auf eine andere Person ausbreiten und zu einer neuen Variante amplifiziert werden.

Wie entstehen neue Varianten?

Leider kann eine unkontrollierte Ausbreitung eines Virus selbst die engsten Engpässe überwinden. Während die meisten Mutationen keine Auswirkungen auf das Virus haben, können und haben einige die Ansteckungsfähigkeit des Coronavirus erhöht. Wenn ein sich schnell ausbreitender Stamm irgendwo eine große Anzahl von COVID-19-Fällen verursachen kann, wird er weniger ansteckende Stämme verdrängen und eine neue Variante generieren – genau wie die Delta-Variante.

Viele Forscher untersuchen, welche Mutationen zu mehr übertragbaren Versionen des Coronavirus führen. Es stellt sich heraus, dass Varianten dazu neigen, viele der gleichen Mutationen zu haben, die die Virusmenge erhöhen, die eine infizierte Person produziert. Bei täglich mehr als einer Million Neuinfektionen und Milliarden von Menschen, die noch immer ungeimpft sind, sind anfällige Wirte selten Mangelware. Die natürliche Selektion wird also Mutationen begünstigen, die all diese ungeimpften Menschen ausbeuten und das Coronavirus übertragbarer machen können.

Unter diesen Umständen ist der beste Weg, die Entwicklung des Coronavirus einzudämmen, die Zahl der Infektionen zu reduzieren.

Impfstoffe stoppen neue Varianten

Die Delta-Variante hat sich rund um den Globus verbreitet und die nächsten Varianten sind bereits auf dem Vormarsch. Wenn das Ziel darin besteht, Infektionen zu begrenzen, sind Impfstoffe die Antwort.

Auch wenn sich geimpfte Personen mit der Delta-Variante anstecken können, treten bei ihnen tendenziell kürzere und mildere Infektionen auf als ungeimpfte Personen. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit eines mutierten Virus – entweder eines, das das Virus übertragbarer macht oder es ihm ermöglichen könnte, die Immunität durch Impfstoffe zu überwinden – erheblich, von einer Person zur anderen zu springen.

Schließlich, wenn fast jeder durch eine Impfung eine gewisse Immunität gegen das Coronavirus hat, könnten Viren, die diese Immunität durchbrechen, einen Wettbewerbsvorteil gegenüber anderen Stämmen erlangen. Es ist theoretisch möglich, dass in dieser Situation die natürliche Selektion zu Varianten führt, die geimpfte Menschen infizieren und schwere Krankheiten verursachen können. Diese Mutanten müssen jedoch noch dem Populationsengpass entkommen.

Derzeit ist es unwahrscheinlich, dass die impfstoffinduzierte Immunität der Hauptakteur bei der Entstehung von Varianten sein wird, da viele neue Infektionen auftreten. Es ist einfach ein Zahlenspiel. Der bescheidene Nutzen, den das Virus aus der Umgehung von Impfstoffen ziehen würde, wird durch die enormen Möglichkeiten, ungeimpfte Menschen zu infizieren, in den Schatten gestellt.

Die Welt hat bereits den Zusammenhang zwischen der Zahl der Infektionen und dem Anstieg von Mutanten erlebt. Das Coronavirus blieb monatelang im Wesentlichen unverändert, bis die Pandemie außer Kontrolle geriet. Bei relativ wenigen Infektionen hatte der genetische Code nur begrenzte Möglichkeiten, zu mutieren. Aber als die Infektionscluster explodierten, rollte das Virus millionenfach die Würfel und einige Mutationen produzierten fittere Mutanten.

Der beste Weg, neue Varianten zu stoppen, besteht darin, ihre Ausbreitung zu stoppen, und die Antwort darauf ist die Impfung.

Vaughn Cooper, Professor für Mikrobiologie und molekulare Genetik, University of Pittsburgh und Lee Harrison, Professor für Epidemiologie, Medizin und Infektionskrankheiten und Mikrobiologie, University of Pittsburgh

Beliebt nach Thema