(Weitergeleitet von 2019-nCoV)
| Respekt für Li Wenliang (李文亮) † 7.2.2020 |
Synonyme: SARS-assoziiertes Coronavirus 2, 2019-nCoV (obsolet), 2019-novel Coronavirus (obsolet), Wuhan-Coronavirus
Englisch: severe acute respiratory syndrome coronavirus 2, SARS-CoV-2, 2019 novel coronavirus, Wuhan coronavirus
SARS-CoV-2, vormals 2019-nCoV, ist ein im Jahr 2019 entdecktes Coronavirus, das zur Linie B der Betacoronaviren gehört. Es handelt sich um ein behülltes (+)ssRNA-Virus, das die Coronavirus-Erkrankung COVID-19 auslöst.
Das Virus wurde von der WHO und anderen Organisationen zunächst unter der provisorischen Bezeichnung "2019-nCoV" für "novel Coronavirus" geführt. Weitere Virusbezeichnungen waren "Wuhan-Coronavirus", "WH-Human-1 coronavirus" (WHCV) und "Wuhan seafood market pneumonia virus". Ein Namensvorschlag in Anlehnung an MERS-CoV war "Wuhan respiratory syndrome coronavirus", kurz "WRS-CoV". Keine dieser Bezeichnungen konnte sich durchsetzen.
Am 11.2.2020 gab die WHO dem Virus seinen endgültigen Namen SARS-CoV-2. Die von ihm ausgelöste Erkrankung nennt man offiziell "COVID-19" bzw. "Covid-19" für "Corona virus disease 2019". Die Virusbezeichnung wurde am gleichen Tag von der Coronavirus Study Group auf dem Preprint-Server bioRxiv übernommen. Synonyme Bezeichnungen für COVID-19 sind 2019-nCoV-Infektion, Coronavirus-Pneumonie oder Wuhan-Fieber. Englische Alternativbezeichnungen sind "2019-nCoV acute respiratory disease", "coronavirus disease 2019" und "novel coronavirus pneumonia (NCP)".
Die genaue Herkunft des Virus ist bislang unklar (2022). SARS-CoV-2 zeigt phylogenetisch eine große Ähnlichkeit zu mehreren Coronavirus-Stämmen, die in China aus Fledermäusen der Familie Rhinolophidae (Hufeisennasen) isoliert wurden. Dazu zählen BatCoV RaTG13, RmYN02 und RpYN06, die eine genomische Ähnlichkeit von bis zu 96,1 % aufweisen.[1][2] Damit gilt es als wahrscheinlich, dass das Virus aus dieser Wirtstierpopulation stammt. Allerdings wird kein direkter Übergang, sondern ein noch nicht identifizierter Zwischenwirt angenommen. Als mögliche Kandidaten kommen u.a. Schuppentiere (Pangoline), Schleichkatzen, Marder und Katzen in Frage. Isolate aus dem malayischen Schuppentier zeigen eine 99%ige genomische Ähnlichkeit mit der rezeptorbindenden Domäne des humanpathogenen Virus. Die Übereinstimmung der gesamten RNA liegt jedoch nur bei 90 %.[3]
Aufgrund bestimmter genetischer Merkmale, insbesondere der relativen synonymen Codonverwendung (RSCU), wurden anfangs auch Schlangen als primäre Wirtstiere diskutiert. Der Speziesübergang soll durch homologe Rekombination des Spike-Proteins S erfolgt sein.[4]
Die mangelnde Identifikation des Zwischenwirts hat dazu geführt, dass auch die mögliche Freisetzung des Virus durch einen Laborunfall diskutiert wird. Als Hinweis darauf wird gewertet, dass im Institut für Virologie Wuhan Forschungen durchgeführt wurden, die gezielte Gain-of-Function-Mutationen von Coronaviren beinhalteten.[5] Ein konkreter Beleg für diese Virusherkunft steht jedoch aus.
Das Virusgenom von SARS-CoV-2 wurde erstmalig am 2.1.2020 vollständig sequenziert und am 11.1.2020 veröffentlicht. Es umfasst rund 30 kbp und kodiert mehrere Proteine, die als Open-Reading-Frame-Proteine (ORF), Nichtstrukturproteine (NSP) und Strukturproteine (S, E, M, N) gelabelt werden:[6][7][8][9]
Am 5'- bzw. 3'-Ende des Genoms befinden sich jeweils kurze untranslatierte Bereiche (UTRs).
Die genetische Varianz von SARS-CoV-2 ist geringer als bei anderen RNA-Viren, da Coronaviren wegen ihres größeren und komplexen Genoms sehr wahrscheinlich über eine Transkriptionsfehlerkorrektur verfügen.[10] Im Rahmen der Virusmutation kommt es vor allem zu Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNPs), die nicht-synonym oder synonym sein können, d.h. einen Aminosäurewechsel nach sich ziehen oder nicht.
Durch die Mutationen lässt sich die globale Ausbreitung des Virus verfolgen. Ferner kann man auf ihrer Grundlage verschiedene Virustypen differenzieren. Ob die bislang beobachteten Unterschiede im Virusgenom eine derartige Unterteilung rechtfertigen, ist unter Virologen jedoch umstritten.[11]
Auf Basis der Analyse von mehr als 100 Virusisolaten wurden anfangs zwei genetische Hauptvarianten von SARS-CoV-2 differenziert, die man als L-Typ und S-Typ bezeichnet. Sie unterscheiden sich durch 2 SNPs. Der L-Typ hat sich wahrscheinlich aus dem S-Typ entwickelt und ist die verbreitetere und "aggressivere" Variante.[12]
Eine weitere Studie mit 160 Virusisolaten aus verschiedenen Ländern differenzierte das Virus in einen A-, B- und C-Typ, wobei der A-Typ die älteste Virusvariante darstellt. Der A- und C-Typ waren in Europa und Amerika am verbreitetsten, der B-Typ in Asien.[13]
Das ursprüngliche Nomenklatursystem der verschiedenen Virusvarianten baut auf ihren genetischen Verwandtschaftsbeziehungen auf. Dabei werden die Varianten nach bestimmten Regeln hierarchisch als B.1, B.2, B.3 usw. bezeichnet. Abkömmlinge von B.1 sind dann entsprechend B.1.1, B.1.2 usw. Ab der vierten Hierarchieebene wird ein neue Hauptlinie eröffnet: B.1.1.1.1 würde zum Beispiel zu C.2.[14] Davon unabhängig werden Virusvarianten jedoch auch häufig nach einzelnen Kennmutationen benannt.
Es sind mehrere Tausend Mutationen bekannt, deren Anzahl stetig weiter ansteigt. Beispiele sind:
Die meisten umlaufenden Viren weisen mehrere Mutationen auf. Bestimmte Mutanten sind mit regionalen Ausbrüchen verbunden, z.B. Cluster 5 in Dänemark, B.1.1.7 (VUI-202012/01) im Südosten Englands, 501.V2 in Südafrika oder B.1.617 in Indien.
Die Mutationen ziehen in den meisten Fällen keine signifikante Änderung der Viruseigenschaften nach sich, können aber die Erkennbarkeit durch Laborverfahren reduzieren. Einige Mutationen, die das Spikeprotein betreffen, z.B. D614G oder N501Y führen zu einer erhöhten Infektiosität.[15] Diese Mutanten breiten sich durch Selektion stärker aus als weniger infektiöse Virusstämme. Bei der B.1.1.7-Mutante konnte zudem eine um etwa 60 % gesteigerte Mortalität gegenüber älteren Virusvarianten nachgewiesen werden.[16]
Welchen Einfluss die Mutationen auf die Wirksamkeit der verschiedenen Impfstoffe haben, kann derzeit (2022) noch nicht verlässlich eingeschätzt werden. Impfstoffe erzeugen eine Immunantwort auf mehrere Antigenstrukturen, so dass meist eine höhere Zahl an Mutationen notwendig ist, um ihre Wirkung abzuschwächen.
Die WHO hat mehrere Virusvarianten, die aus epidemiologischer Sicht bedenklich sind, als besorgniserregende Varianten bzw. "Variants of Concern" (VOC) eingestuft.[17] Kriterien für die Einordnung als VOC sind u.a. die schnellere Verbreitung, die Schwere des klinischen Verlaufs und die Effektivität von Nachweismethoden, Gegenmaßnahmen oder Impfstoffen. Die Nomenklatur orientiert sich am griechischen Alphabet:[18]
Die VOCs unterscheiden sich in ihren Eigenschaften teilweise deutlich vom Ursprungsvirus. Unter anderem fallen sie durch eine erhöhte Übertragbarkeit, eine stärkere Virulenz und eine verringerte Effektivität neutralisierender Antikörper auf. Dadurch können sie einer veränderten Krankheitsschwere (Fallsterblichkeit und Hospitalisierungsrate) führen. Wie diese Veränderung sich klinisch darstellt, zeigt sich in der Regel erst nach der Ausbreitung und einer eingehenden Analyse des mutierten Virus. So weist z.B. die Omikron-Variante eine höhere Übertragbarkeit im Vergleich zur zuvor dominierenden Delta-Variante auf, führt jedoch in den meisten Fällen zu einem etwas milderen Verlauf.
In der Elektronenmikroskopie stellen sich die Viruspartikel als rundliche Strukturen mit einem Durchmesser von 60 bis 140 nm dar. Diese Größenunterschiede sind wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass bei der Knospung (Budding) nicht alle Partikel ein Nukleokapsid enthalten.[19] Es zeigt sich eine leichte Pleomorphie. Die Virushülle besteht aus einer Lipiddoppelschicht, aus der die Spikes des Virus etwa 9 bis 12 nm hervorragen.[20] Die Spikeproteine bestehen aus mehreren Untereinheiten:
Ferner finden sich in der Virushülle weitere Proteinbestandteile wie M-Proteine, E-Proteine und Hämagglutininesterase-Dimere (HE).
Die spiralig aufgewundene RNA im Virusinneren ist von einem Nukleokapsid aus N-Proteinen umgeben.
Das Virus kann zu Forschungszwecken in einer Zellkultur vermehrt werden.[21] Für die Anzucht lassen sich Epithelzellen der menschlichen Atemwege sowie Vero- und Huh7-Zellen einsetzen.[22]
Der Hauptübertragungsweg von SARS-CoV-2 ist die Weitergabe von Mensch-zu-Mensch. Eine Übertragung von Tier-zu-Mensch sowie die Übertragung zwischen Tieren ist ebenfalls möglich.
Die Erreger können zwischen Menschen auf folgende Weise weitergegeben werden:
Ein fäkal-oraler Übertragungsweg kommt ebenfalls in Frage, da sich SARS-CoV-2 im Stuhl von Infizierten nachweisen lässt.[33] Dieser Infektionsweg spielt aber wahrscheinlich, wie bei SARS, für die Verbreitung von COVID-19 eine untergeordnete Rolle.
Darüber hinaus wurde mehrfach eine mögliche vertikale Virusübertragung von der Mutter auf das ungeborene Kind beschrieben.[34][35] Die Übertragung scheint aber nicht der Regelfall zu sein - eine Studie mit 9 Schwangeren fand keinen Hinweis auf eine vertikale Übertragung.[36]
Eine Übertragung von COVID-19 durch Haustiere auf den Menschen oder umgekehrt ist grundsätzlich möglich. ACE2, das Zielprotein von SARS-CoV-2, hat bei Menschen und Katzen eine hohe Strukturhomologie.[37] Tierexperimentelle Studien ergaben, dass Katzen und Frettchen an COVID-19 erkranken können. Die hohe Empfänglichkeit der Unterfamilie Mustelinae für SARS-CoV-2 zeigte sich durch die rasche Durchseuchung europäischer Nerzfarmen. Eine signifikante Virusreplikation bei Hunden, Schweinen und Geflügel ist hingegen nicht nachweisbar.[38]
SARS-CoV-2 vermehrt sich im Respirationstrakt von Frettchen und Katzen und führt dort zu einer relevanten Viruslast. Es wird unter Nerzen und Frettchen durch Tröpfcheninfektion weitergegeben, wahrscheinlich auch unter Katzen.[38] Ferner lässt es sich im Kot der erkrankten Tiere nachweisen. Ein Übergang des Virus auf den Menschen ist bei Nerzen belegt.[39] Für andere Tierarten kann er nicht ausgeschlossen werden. Daher sollte man – vor allem beim Vorliegen von Risikofaktoren – einen engen Kontakt mit potentiell infizierten Tieren vermeiden.
SARS-CoV-2 hat eine vergleichbare Übertragbarkeit von Mensch zu Mensch wie das SARS-Coronavirus (SARS-CoV). Die Basisreproduktionszahl (R0) des Virus wurde zunächst zwischen 3 und 5, später zwischen 1,5 und 3,5 angegeben.[40][41] Die WHO nennt eine etwas niedrigere Range von 1,4 bis 2,5.[42] Ein Infizierter gibt die Erkrankung wahrscheinlich im Durchschnitt an etwa 2 bis 4 Nicht-Infizierte weiter. Wie bei SARS sind Superspreader jenseits der Basisreproduktionszahl möglich, was das plötzliche Auftreten größerer lokaler Epidemieherde erklärt.
Zur Infektiosität von SARS-CoV-2 gibt es zur Zeit (2022) keine verlässlichen Zahlenangaben. Eine konkrete Festlegung wird dadurch erschwert, dass sich die verschiedenen zirkulierenden Virusvarianten in ihrer Infektiosität unterscheiden. Die minimale Infektionsdosis, d.h. die Zahl der Viruspartikel, die eine Infektion auslösen, wird zwischen einigen hundert oder tausend Viren geschätzt.[43] Die initial übertragene Virusdosis hat wahrscheinlich einen wichtigen Einfluss auf den Krankheitsverlauf. Eine kleinere Virusdosis lässt dem Immunsystem eine längere Reaktionszeit und korreliert mit leichteren Verläufen, während eine größere Virusdosis potentiell schwere Verläufe auslöst.[44]
Die Burst Size von SARS-CoV-2 ist nicht bekannt.
Für das Andocken des Virus an menschliche Epithelzellen ist das Spike-Protein S des Virus verantwortlich. Es bindet an die Exopeptidase ACE2 menschlicher Zellen. Strukturanalysen zeigen, dass die Affinität höher ist im Vergleich zum SARS-Coronavirus, das ebenfalls an dieses Protein bindet.[45] Im Rahmen der Rezeptorbindung unterliegt das Spikeprotein mehreren Konformationsänderungen, die man als S1, S2 und S2' bezeichnet.[9] Zwischen der S1- und S2-Untereinheit gibt es einen polybasischen Spaltbereich (Furin-Spaltstelle), der spezifisch für SARS-CoV-2 ist.[46]
Der Eintritt in die Wirtszelle wird durch proteolytische Spaltung des Spikeproteins an der S1/S2- und S2'-Stelle vermittelt. Damit diese Spaltung im Rahmen der Infektion erfolgen kann, muss die Aktivierungssequenz vorher durch Furin aufgebrochen werden.[47] Durch Konformationsänderung der S1-Domäne wird daraufhin die rezeptorbindende Domäne freigesetzt und interagiert mit ACE2. Mithilfe der Serinprotease TMPRSS2 wird daraufhin die zweite Spaltung ermöglicht, möglicherweise sind an diesem Schritt ebenfalls Furin-ähnliche Enzyme beteiligt. Dies führt wiederum zur Konformationsänderung der S2-Domäne, die nachfolgend die Fusion mit der Wirtszellmembran vermittelt. Furin und TMPRSS2 wirken synergistisch und der kombinierte Einsatz von Inhibitoren für beide Enzyme konnte die SARS-CoV-2 Infektion in Zellkultur effizient unterbinden.[48] Die genauen Mechanismen, die zur Fusion der Virushülle mit der Zellmembran der Wirtszelle führen, sind jedoch noch nicht vollständig geklärt. Nach der erfolgreichen Fusion wird das Nukleokapsid des Virus in das Zytoplasma freigesetzt.
Im Zytoplasma wird die Produktion viraler Proteine durch die Translationsmachinerie der Wirtszelle eingeleitet. Die gebildeten Replikasen wandern zum endoplasmatischen Retikulum (ER), wo sie "Replikationsfabriken" bilden. Diese enthalten Doppelmembranvesikel, in denen die Transkription stattfindet. Dabei entsteht doppelsträngige RNA (dsRNA), die in den Vesikeln vor der Erkennung durch Pattern-Recognition-Rezeptoren abgeschirmt sind. Kommt es zur Erkennung durch das Immunsystem, wird eine Signalkaskade in Gang gesetzt, die zur Produktion verschiedener Interferone und Chemokine führt.
Die viralen Oberflächenproteine werden am ER in die Membran eingefügt. Daraufhin findet am ER-Golgi-Zwischenkompartiment (ERGIC) der Zusammenbau des Viruspartikels statt ("virion assembly"). Die Viruspartikel werden durch Exozytose wieder aus der Zelle herausgeschleust.
Bei Patienten, die Arzneistoffe einnehmen, welche die Expression von ACE2 verstärken, zum Beispiel ACE-Hemmer oder Sartane, wurde ein höheres Infektionsrisiko postuliert.[49] Verschiedene Analysen mehrerer tausend Erkrankungsfälle liefern jedoch keinen Hinweis darauf, dass das Erkrankungsrisiko oder die Schwere des Krankheitsverlaufs durch ACE-Hemmer beeinflusst werden.[50][51][52] Die betreffenden Fachgesellschaften sehen entsprechend keinen Handlungsbedarf, eine bestehende antihypertensive Medikation zu modifizieren.[53][54]
Infektion einer Zelle mit SARS-CoV-2 - vereinfachte Darstellung
Das Virus adressiert in erster Linie die Nasenschleimhaut, die Rachenschleimhaut und das respiratorische Epithel der unteren Atemwege. Es scheint dabei ein stärkerer Tropismus für die oberen Atemwege vorzuliegen als bei SARS-CoV, der an Influenzaviren erinnert.[55] Dadurch ist die Virusausscheidung wahrscheinlich höher als bei anderen Coronaviren. Das Riechepithel ist durch seine hohe Dichte an ACE2-Rezeptoren ebenfalls bevorzugt betroffen.[56] Weitere Zielzellen des Virus sind die Enterozyten der Dünndarmschleimhaut, vor allem im proximalen und distalen Dünndarm.[57] Mit seiner weiteren Verbreitung im Körper kann das Virus darüber hinaus Perizyten im Kapillarbett verschiedener Organe befallen.[58]
Die Inkubationszeit von der Infektion bis zum Eintreten der ersten Symptome beträgt im Mittel etwa 3 bis 5 Tage.[59][60] Bei schwerem Verlauf erfolgt die Hospitalisation dann meist nach weiteren 4 bis 5 Tagen.[61] Die Inkubationszeit unterliegt jedoch großen interindividuellen Schwankungen, so dass ein Zeitraum von 2 bis 14 Tagen möglich ist.[62] In sehr seltenen Fällen soll die Inkubationszeit bis zu 24 Tagen betragen.[59]
Die Viren können sehr wahrscheinlich bereits während der Inkubationszeit, d.h. vor Ausbruch der Symptome, weitergegeben werden.[63] Diese Annahme wird durch den Nachweis von Viren in Nasenabstrichen asymptomatischer oder minimal symptomatischer Patienten unterstützt.[55][64]
Die Ausprägung der Erkrankung ist interindividuell sehr unterschiedlich. COVID-19 kann mit minimalen Symptomen, moderat oder schwer verlaufen. Auch asymptomatische Fälle sind möglich.[65]
Der individuelle Verlauf der Erkrankung ist u.a. von der Viruslast (Inokulum), der Empfänglichkeit des Wirts, der Eintrittspforte der Infektion, der Virulenz des Erregers sowie vom Immunstatus des Wirts abhängig. Zudem verursachen die verschiedenen Virusmutanten unterschiedliche Verläufe, so dass sich das typische Symptombild im Lauf der Pandemie graduell verändert. Im direkten Vergleich zwischen Delta- und Omikron-Variante zeichnet sich letztere dadurch aus, dass mehr asymptomatische Fälle auftraten und die vorliegenden Symptome weniger schwerwiegend und von kürzerer Dauer waren.[66]
Neben Allgemeinsymptomen wie Fieber, Fatigue, Myalgien, Arthralgien, Kopfschmerzen und Schüttelfrost kommt es vor allem zu pulmonalen (Husten, Auswurf, Dyspnoe) und gastrointestinalen Symptomen (Nausea, Diarrhö, Erbrechen, Inappetenz) .
Zudem geht COVID-19 mit einer Hyperkoagulabilität einher, die wahrscheinlich durch die systemische Entzündungsreaktion und eine endotheliale Dysfunktion verursacht wird. Post mortem ließen sich bei etwa 60 % der erkrankten Patienten tiefe Beinvenenthrombosen feststellen. Ferner waren Lungenembolien sowie Mikrothromben in den kleinen Lungenarterien nachweisbar.[67]
siehe Hauptartikel: COVID-19
Die Dauer der Virusausscheidung (Shedding) nach Beginn der Symptome beträgt bei milden Krankheitsverläufen etwa 7 bis 12 Tage, in schweren Fällen bis zu 14 Tagen. Im Einzelfall ist eine prolongierte Virusausscheidung möglich. Bei Kindern kann die Dauer der Virusausscheidung bei milden Verläufen mehr als 4 Wochen betragen.[68]
Die Viruslast symptomatischer und asymptomatischer Patienten unterscheidet sich nicht signifikant.[69]
SARS-CoV-2 wird in Deutschland in die Risikogruppe 3 der Biostoffverordnung (BioStoffV) eingeordnet, da eine leichte Übertragbarkeit sowie begrenzte Therapiemöglichkeiten bestehen. Die Arbeit mit lebenden Viren in Zellkulturen verlangt daher ein Sicherheitslabor, das die Schutzstufe 3 (S3-Labor) ermöglicht.
Für den Umgang mit infektiösem Untersuchungsmaterial in der Labordiagnostik (z.B. Probenaufbereitung für die RT-PCR) ist die Schutzstufe 2 ausreichend. Arbeitsabläufe, bei denen eine Aerosolbildung möglich ist, müssen an einer mikrobiologischen Sicherheitswerkbank der Klasse II erfolgen. Dabei ist eine persönliche Schutzausrüstung zu tragen.
Tags: ARDS, COVID-19, Coronavirus, Easyradiology, Pandemie, SARS
Fachgebiete: Infektiologie, Virologie
Diese Seite wurde zuletzt am 27. Juli 2022 um 13:25 Uhr bearbeitet.
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