Mensch gegen Mikrobe: Coronavirus scheint vorerst die Oberhand zu haben

Der erste Schritt im Umgang mit einem neuen Virusausbruch besteht darin, die Ausbreitung des Virus genau zu testen, zu erkennen und zu verfolgen und die infizierten Personen zu isolieren, um eine weitere Ausbreitung zu stoppen.

Mensch gegen MikrobeViren vermehren sich jedoch nicht von selbst. Für die Replikation benötigen sie die Zellmaschinerie des Wirts. (Illustration von C. R. Sasikumar)

Der Überlebenskampf zwischen Mikroben, wie Viren und Bakterien, und dem Menschen ist so alt wie die Menschheit selbst.

Mikroben, insbesondere Viren, haben nur ein Ziel – einen geeigneten Wirt zu finden und sich zu vermehren. Viren vermehren sich jedoch nicht von selbst. Für die Replikation benötigen sie die Zellmaschinerie des Wirts. Etwa zwei Drittel aller Infektionen beim Menschen werden durch Viren verursacht. Der aktuelle COVID-19-Ausbruch, verursacht durch ein Coronavirus, SARS-CoV2, hat diesen Kampf erneut ans Licht gebracht. Derzeit scheint das Virus die Oberhand zu haben. Es scheint sehr erfolgreich zu sein, da es sich schnell von Mensch zu Mensch ausbreitet und eine geringere Sterblichkeitsrate aufweist. Der Mensch ist in regelmäßigen Abständen mit neuen Viren konfrontiert. Dazu gehören Ebola, Zika, HIV, das Grippevirus H1N1, das Middle East Respiratory Syndrome (MERS) und das Severe Acute Respiratory Syndrome (SARS) – die beiden letztgenannten gehören zur Familie der Coronaviren. Bemerkenswert ist, dass diese Viren alle in den letzten Jahrzehnten aufgetaucht sind, nachdem sie aus ihren tierischen Reservoirs auf den Menschen übergesprungen sind. Viele dieser Viren haben eine viel höhere Sterblichkeitsrate als das SARS-CoV2, das COVID-19 verursacht hat. Nach wie vor werden die Menschen als Gewinner aus der gegenwärtigen Krise hervorgehen, aber das wird im wahrsten Sinne des Wortes mit enormen Kosten verbunden sein – vorzeitiger Verlust von Menschenleben, wirtschaftliche Verluste und ein allgemeiner Verlust des Vertrauens in die menschliche Fähigkeit, damit umzugehen ein kleiner unbekannter Feind.

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Der erste Schritt im Umgang mit einem neuen Virusausbruch besteht darin, die Ausbreitung des Virus genau zu testen, zu erkennen und zu verfolgen und die infizierten Personen zu isolieren, um eine weitere Ausbreitung zu stoppen. Dazu ist es wichtig, Informationen über die genetische Ausstattung des Virus zu erhalten, die die Grundlage für die Entwicklung hochspezifischer diagnostischer Tests bilden. Der derzeit zuverlässigste und am weitesten verbreitete Test basiert auf einer Technik namens RT-PCR (Reverse Transcription Time Polymerase Chain Reaction). Dieser Test zielt darauf ab, die virale RNA, das genetische Material von SARS-CoV2, nachzuweisen. Der Test beginnt mit der sorgfältigen Entnahme von Abstrichen aus der Nase oder dem Rachen des Patienten und der Extraktion der viralen RNA. Diese extrahierte virale RNA aus dem Tupfer ist jedoch eine zu geringe Menge für den direkten Nachweis. Die RT-PCR ermöglicht durch viele verschiedene Reaktionen, die die Umwandlung von viraler RNA in DNA – ihre Amplifikation und Detektion – einschließen, die Bestätigung der Anwesenheit oder Abwesenheit des Virus. Die Testkits enthalten alle Chemikalien und Materialien, die für die Durchführung der RT-PCR-basierten Tests erforderlich sind, die von staatlich anerkannten Labors wie dem indischen National Institute of Virology durchgeführt werden. Allerdings durften mittlerweile in vielen Ländern noch viel mehr Testzentren, auch solche, die von privaten Akteuren betrieben werden, die Tests durchführen, um die riesige Nachfrage- und Angebotslücke zu schließen. Es ist nun klar, dass Länder, die die Testung des Virus an Patienten frühzeitig ausweiten konnten, die Ausbreitung der Krankheit weitaus besser kontrollieren konnten als diejenigen, die dies nicht taten. Da es weder ein Heilmittel noch einen Impfstoff zur Bekämpfung von COVID-19 gibt, ist es derzeit die einzige praktikable Kontrollmaßnahme, infizierte Patienten viel schneller zu testen und ihre Kontakte zu verfolgen, um sie zu isolieren, bis sie das Virus beseitigt haben.

Glücklicherweise gibt es gute Nachrichten über eine relativ neue, aber leistungsstarke Technologie namens CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats), die hochspezifisch für den direkten Nachweis von viraler RNA und die Bestätigung der Anwesenheit oder Abwesenheit des Virus ist. Interessanterweise greifen Viren auch Bakterien an und die Entdeckung von CRISPR selbst basierte auf dem Verständnis, wie Bakterien die Viren abschneiden. Der CRISPR-basierte Test ist schnell und vermeidet sowohl die fachmännische Handhabung als auch PCR-Maschinen und kann an mehreren Standorten in etwa einer halben Stunde durchgeführt werden. Es kann auch Verzögerungen und andere logistische Probleme bei der Sammlung und dem Transport von Testmustern abwehren. Diese Tests werden validiert und für die Zulassung vorbereitet. Zwei Unternehmen, die von den beiden Wissenschaftlern, die die CRISPR-Technik entdeckt haben, separat gegründet wurden, haben ebenfalls angekündigt, dass sie mit ihrem CRISPR-basierten Test für die Validierung und Zulassung bereit sind. Sie haben behauptet, dass diese Tests innerhalb von 10 Minuten durchgeführt werden können und unter Verwendung eines Papierstreifenformats durchgeführt werden können. Ein anderes Unternehmen, Abbott Laboratories, hat kürzlich die Zulassung seines tragbaren Coronavirus-Tests angekündigt, von dem das Unternehmen behauptet, dass es die Ergebnisse in fünf Minuten liefern kann. Ein solcher Point-of-Care-Test wird nicht nur die Geschwindigkeit von groß angelegten Tests erheblich erhöhen, sondern auch den enormen Druck entlasten, dem die Gesundheitsdienstleister an vorderster Front ausgesetzt sind.

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Diese oben beschriebene RT-PCR und die neu entwickelten CRISPR-basierten Tests werden benötigt, um die Tests auszuweiten, aber viele mit dem Virus infizierte Personen zeigen keine Symptome der Krankheit und erholen sich vollständig. Wie kann man diese Fälle testen, um realistische Informationen über die Ausbreitung des Virus zu sammeln? Diese Informationen werden für die Entwicklung zukünftiger Kontrollstrategien benötigt. Dies geschieht mit serologischen Tests, die in Blutproben einer großen Population durchgeführt werden und auf dem Nachweis von Antikörpern basieren, die als Reaktion auf die Virusinfektion gebildet werden. Diese Tests sind relativ einfacher zu entwickeln und anzuwenden, kostengünstiger und benötigen auch keine hochentwickelte Infrastruktur oder gut ausgebildete Arbeitskräfte. Serologische Tests für COVID-19 wurden bereits von vielen Gruppen entwickelt und sind bereits im Einsatz. Indien plant auch, serologische Tests durchzuführen, um die tatsächliche Ausbreitung der Krankheit in verschiedenen Teilen des Landes zu untersuchen.

Die Welt kämpft immer noch mit der gegenwärtigen beispiellosen Krise der öffentlichen Gesundheit. Es ist zwingend erforderlich, dass möglichst früh an möglichst vielen Standorten groß angelegte Tests durchgeführt werden. Sperrungen sind unerlässlich, um die Krankheit zu kontrollieren, aber langfristige Strategien zur Bekämpfung der Krankheit würden auf dem Wissen über ihre tatsächliche Ausbreitung basieren. Die neu entwickelten Point-of-Care-Tests sollen die bestehende Lücke bei der Testung des Virus erfolgreich schließen können. Dies wird auch dazu beitragen, Einrichtungen für die Behandlung von Schwerkranken vorzubereiten und Gesundheitsdienstleister an vorderster Front zu entlasten und zu schützen. In der Zwischenzeit werden hoffentlich bald auch effiziente medikamentöse Therapien und wirksame Impfstoffe gegen COVID-19 entdeckt.

Dieser Artikel erschien erstmals am 3. April in der Printausgabe unter dem Titel Man versus Microbe. Der Autor ist ehemaliger Vorsitzender von UGC und ehemaliger Direktor des Internationalen Zentrums für Gentechnik und Biotechnologie, wo er derzeit den Arturo-Falaschi-Lehrstuhl innehat.