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SARS-CoV-2

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Respekt für Li Wenliang (李文亮) † 7.2.2020

Synonyme: 2019-nCoV (obsolet), 2019-novel Coronavirus (obsolet), Wuhan-Coronavirus
Englisch: severe acute respiratory syndrome coronavirus 2, SARS-CoV-2, 2019 novel coronavirus, Wuhan coronavirus

1 Definition

SARS-CoV-2, vormals 2019-nCoV, ist ein im Jahr 2019 neu entdecktes Coronavirus, das zur Linie B der Betacoronaviren gehört. Es handelt sich um ein behülltes (+)ssRNA-Virus, das die Coronavirus-Erkrankung COVID-19 auslöst.

2 Nomenklatur

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)".

3 Epidemiologie

Das Virus trat Ende 2019 zuerst in Wuhan (China) auf und verbreitete sich in den Folgewochen rasch in China (Peking, Shanghai, Hong Kong, Guangdong Provinz) sowie im übrigen asiatischen Raum mit ersten Fällen in Thailand (13.1.), Japan (15.1.), Südkorea (20.1.), Taiwan (21.1.), Singapur (23.1.) und Vietnam (24.1.). Außerhalb Asiens tauchte das Virus dann in den USA (21.1.), Frankreich (24.1.), Canada (26.1.), Deutschland (28.1.) und vielen anderen Staaten auf.

Als Ausgangsquelle der Infektion wurde zunächst der Fischmarkt in Wuhan identifiziert. Es wird jedoch diskutiert, dass die Infektion in den Markt hineingetragen wurde, da der erste dokumentierte Infektionsfall am 1.12.2019 keinen Kontakt zum Fischmarkt hatte.[1]

Am 23.1.2020 wurden für den Bezirk Wuhan Quarantänemaßnahmen ausgerufen, darunter weitreichende Reisesperren. Diese Maßnahmen wurden in den Folgetagen umfangreich erweitert und umfassten u.a. das Schließen von öffentlichen Einrichtungen und Produktionsstätten sowie Ausgangssperren.

Am 30.1.2020 rief die WHO den internationalen Gesundheitsnotstand aus ("Public Health Emergency of International Concern").[2]

Am 22. und 23.2.2020 kam es zu einer rapiden Zunahme der Erkrankungsfälle in Italien, denen durch Abriegelung einiger Gemeinden in Norditalien begegnet wurde.

Aktuell (26.2.2020) ist der Stand der Erkrankung wie folgt:

Region Erkrankte* Todesfälle
China (incl. Hongkong) > 78.100 2.717
ROW**, davon > 3.200 54
Deutschland > 20 0
Total > 81.300 2.771

* Labordiagnostisch und/oder klinisch diagnostizierte Fälle
** Rest of World, d.h. alle Gebiete außerhalb Chinas

Aufgrund der wahrscheinlich hohen Anzahl nicht erfasster Erkrankungen, der Komplexität der Meldeverfahren und der unterschiedlichen Zeitzonen haben alle Zahlenangaben eine eingeschränkte Validität. Darüber hinaus wurden in China im Laufe der Epidemie mehrfach die Einschlusskriterien für die Meldung (Labordiagnose, klinische Diagnose) geändert.

Die detaillierte Entwicklung der Erkrankungszahlen findet sich im Artikel COVID-19-Pandemie.

4 Genetik

Das Virusgenom von SARS-CoV-2 wurde erstmalig am 13.1.2020 vollständig sequenziert. 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:[3][4][5]

Am 5'- bzw. 3'-Ende des Genoms befinden sich jeweils kurze untranslatierte Bereiche (UTRs).

Die genetische Varianz von SARS-CoV-2 ist im Vergleich zu anderen RNA-Viren relativ gering, da Coronaviren wegen ihres größeren und komplexen Genoms sehr wahrscheinlich über eine Transkriptionsfehlerkorrektur verfügen.[6]

5 Mikrobiologie

5.1 Systematik

5.2 Herkunft

SARS-CoV-2 zeigt phylogenetisch eine große Ähnlichkeit zu mehreren Coronavirus-Stämmen, die in China aus Fledermäusen isoliert wurden. Dazu zählen bat-SL-CoVZC45, bat-SL-CoVZXC­21 und BatCoV RaTG13, das eine mehr als 96%ige genomische Ähnlichkeit aufweist.[7][8] 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 Schuppentiere (Pangoline) in Frage. Coronaviren, die aus Schuppentieren isoliert wurden, zeigen eine 99%ige genomische Ähnlichkeit mit dem menschlichen Erreger.[9]

Aufgrund bestimmter genetischer Merkmale, insbesondere der relativen synonymen Codonverwendung (RSCU), wurden auch Schlangen als primäre Wirtstiere diskutiert. Der Speziesübergang soll durch homologe Rekombination des Spike-Proteins S erfolgt sein.[10]

5.3 Morphologie

In der Elektronenmikroskopie stellen sich die Viruspartikel als rundliche Stukturen 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.[11] Es zeigt sich eine leichte Pleomorphie. Die Spikes des Virus ragen etwa 9 bis 12 nm aus der Virushülle hervor.[12] Sie bestehen aus zwei Untereinheiten: einem Verankerungselement S1 und einer homotrimeren S2-Einheit aus Glykoproteinen, welche die rezeptorbindende Domäne (RBD) trägt. Ferner finden sich in der Virushülle weitere Proteinbestandteile wie ein M-Protein, ein E-Protein und ein Hämagglutininesterase-Dimer (HE).

Die spiralig aufgewundene RNA im Virusinneren ist von einem Nukleokapsid aus N-Protein umgeben.

5.4 Kultivierung

Das Virus kann zu Forschungszwecken in einer Zellkultur vermehrt werden.[13] Für die Anzucht lassen sich Epithelzellen der menschlichen Atemwege sowie Vero- und Huh7-Zellen einsetzen.[14]

6 Übertragung

Die Übertragung von SARS-CoV-2 erfolgt sowohl von Tier-zu-Mensch als auch von Mensch-zu-Mensch. Die Erreger können auf folgende Weise weitergegeben werden:

  • Kontaktinfektion: Enger körperlicher Kontakt, Berührung eines Erkrankten
  • Tröpfcheninfektion: Einatmen infizierter Flüssigkeitspartikel, die ein Erkrankter durch Niesen oder Husten verbreitet. Der kritische Abstand zum Erkrankten wird mit 1,8 m angegeben.[15]
  • Schmierinfektion: Berührung kontaminierter Gegenstände. Vergleichbare Coronaviren können bis zu 9 Tage auf Oberflächen wie Metall, Glas oder Plastik überleben.[16]

Eine mögliche aerogene Infektion über zirkulierende Luft in Klimaanlagen wird diskutiert, da sich die Infektion sehr schnell auf Kreuzfahrtschiffen verbreitete. Entsprechende Untersuchungen bei SARS-CoV unterstützen diese These.[17]

Ein fäkal-oraler Übertragungsweg kommt ebenfalls in Frage, da sich SARS-CoV-2 im Stuhl von Infizierten nachweisen lässt.[18] Dieser Infektionsweg spielt aber wahrscheinlich wie bei SARS für die Verbreitung von COVID-19 eine untergeordnete Rolle.

Desweiteren wurde eine mögliche vertikale Virusübertragung von der Mutter auf das ungeborene Kind beschrieben.[19] Eine später veröffentlichte Studie mit 9 Schwangeren fand jedoch keinen Hinweis auf eine vertikale Übertragung.[20]

7 Kontagiosität

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.[21][22] Die WHO nennt eine etwas niedrigere Range von 1,4 bis 2,5.[23] 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.

Für das Andocken des Virus an menschliche Epithelzellen in den Atemwegen ist das Spike-Proteins S des Virus verantwortlich. Es 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.[24]

SARS-CoV-2 bindet an die Exopeptidase ACE2 menschlicher Zellen. Strukturanalysen zeigen, dass diese Bindung stärker ist als die Bindung des SARS-Coronavirus, das ebenfalls an dieses Protein bindet.[25]

8 Inkubationszeit

Die Inkubationszeit von der Infektion bis zum Eintreten der ersten Symptome beträgt im Mittel etwa 3 Tage[26], die Hospitalisation erfolgt dann meist nach weiteren 4-5 Tagen.[27] Die Inkubationszeit unterliegt jedoch großen interindividuellen Schwankungen, so dass ein Zeitraum von 2 bis 14 Tagen möglich ist.[28] In sehr seltenen Fällen soll die Inkubationszeit bis zu 24 Tagen betragen.[26]

Die Viren können sehr wahrscheinlich bereits während der Inkubationszeit, d.h. vor Ausbruch der Symptome, weitergegeben werden.[29] Diese Annahme wird durch den Nachweis von Viren in Nasenabstrichen asymptomatischer oder minimal symptomatischer Patienten unterstützt.[24][30]

9 Symptome

Der individuelle Verlauf der Erkrankung ist sehr unterschiedlich. COVID-19 kann mit minimalen Symptomen, moderat oder schwer verlaufen. Auch asymptomatische Fälle sind möglich.[31]

9.1 Initialphase

Eine Infektion mit SARS-CoV-2 manifestiert sich anfangs durch unspezifische Allgemeinsymptome, die Ähnlichkeit mit einer Grippe haben. Dazu zählen:

Seltener auftretende Symptome sind Kopfschmerzen, Auswurf oder gastrointestinale Beschwerden (Nausea, Diarrhö, Erbrechen). Ältere oder immunsupprimierte Patienten können zusätzliche atypische Symptome aufweisen.

9.2 Fortgeschrittene Erkrankung

Mit zunehmender Beteiligung des Lungenparenchyms kommt es zu einer Verschlechterung der Symptomatik mit Entwicklung einer Pneumonie. Eine Beteiligung der Pleura mit Pleuritis ist ebenfalls möglich. Im Blutbild findet sich bei etwa 2/3 der schwer erkrankten Patienten eine Leukopenie und Lymphopenie.[32] Zusätzliche Symptome sind dann:

In 17 bis 29% der hospitalisierten Fälle tritt ein akutes Lungenversagen (ARDS) auf. Weiterhin ist ein Nierenversagen möglich. Bei einem Teil der Patienten kommt es zu einem Zytokinsturm mit viraler Sepsis und septischem Schock. Rund 10% der Patienten entwickeln eine Sekundärinfektion.[33]

10 Diagnostik

10.1 Direkter Virusnachweis

Der direkte Virusnachweis erfolgt durch Identifikation virustypischer Gensequenzen mit Hilfe der RT-PCR in verschiedenen Körperflüssigkeiten. Das Probenmaterial sollte sowohl aus den oberen (Nasopharynx-Abstrich, Oropharynx-Abstrich) als auch aus den unteren Atemwegen (Sputum, Trachealaspirat, BAL) entnommen werden. Dabei sind nach Vorgabe des Labors für die PCR geeignete Abstrichträger und spezielle Virustransportmedien zu verwenden.

10.2 Indirekter Virusnachweis

Der indirekte Virusnachweis kann über die Bestimmung spezifischer Antikörper gegen SARS-CoV-2 im Blutserum per ELISA erfolgen. Mit entsprechenden Testkits lassen sich IgA- und IgG-Antikörper nachweisen.

10.3 Blutwerte

Im Blutbild findet sich bei etwa 2/3 der schwer erkrankten Patienten eine Leukopenie und Lymphopenie.[34] Die Entzündungsparameter (ESR, CRP) sind erhöht.

10.4 Bildgebung

Röntgenthorax, HRCT oder Lungenultraschall können zum Nachweis/Ausschluss einer Pneumonie eingesetzt werden. Im HRCT werden auch asymptomatische Patienten auffällig.[35] Typischerweise sind bei den Patienten Milchglastrübungen im Lungenparenchym nachzuweisen.

11 Differentialdiagnosen

Als Differentialdiagnosen kommen in erster Linie andere Virusinfekte, z.B. durch Influenzaviren in Frage. Aufgrund der nahezu identischen Symptomatik ist eine Abgrenzung ohne Labordiagnostik nicht möglich.

12 Therapie

Zur Zeit (2020) gibt es keine kausale Therapie für COVID-19, die eine umfangreiche klinische Prüfung durchlaufen hat. Die Therapie ist daher in der Regel rein symptomatisch.

12.1 Standardtherapie

Die Therapie einer schweren COVID-19 besteht zunächst aus:[36]

Bei schwerer respiratorischer Insuffizienz ist eine maschinelle Beatmung oder im Extremfall eine extrakorporale Membranoxygenierung (ECMO) notwendig. Im Falle einer Niereninsuffizienz kommen kontinuierliche Nierenersatzverfahren (CCRT) zum Einsatz.

12.2 Experimentelle Therapien

Experimentell werden im Rahmen klinischer Studien oder empirisch folgende Wirkstoffe in wechselnden Kombinationen eingesetzt:

Die o.a. Virostatika sind meist zur Behandlung anderer Virusinfektionen zugelassen, vor allem für die Therapie von Influenza und HIV-Infektionen. Einige Wirkstoffe wurden bereits in der Vergangenheit off label gegen andere Coronavirus-Infektionen eingesetzt. Verlässliche Erkenntnisse, welchen klinischen Effekt diese Therapien haben, liegen zur Zeit (2/2020) nicht vor. Perspektivisch kommen auch monoklonale Antikörper gegen Virusbestandteile in Frage.

13 Prognose

Der Verlauf lässt sich im Einzellfall nicht voraussagen, da er von zahlreichen Individualfaktoren abhängt. Die Prognose bei einer akuten Infektion mit dem Coronavirus ist überwiegend gut. In den meisten Fällen sind die Symptome moderat und klingen nach einigen Tagen wieder ab. Bei älteren Patienten ab dem 6. Lebensjahrzehnt kommt es hingegen gehäuft zu schweren Symptomen. Hierbei kann eine Verschlechterung bis hin zum Tod auftreten. Ebenso sind Patienten mit Vorerkrankungen häufig von einer schwereren Verlaufsform betroffen.

14 Letalität

Aufgrund der relativ kurzen Historie der Virusinfektion haben Aussagen zur Letalität zum jetzigen Zeitpunkt (02/2020) nur einen orientierenden Charakter. Bei einer Auswertung von 1.099 Erkrankungsfällen Anfang Februar 2020 lag die Letalität bei 1,36%.[26] Eine neuere Studie auf der Basis von mehr als 44.000 bestätigten Erkrankungsfällen setzt den Wert bei 2,3 % an.[45] Die Letalität von SARS-CoV-2 ist damit geringer als die von SARS (ca. 10%) oder MERS (20-40%).

In einzelnen Bevölkerungsgruppen (Senioren, immunsupprimierte Patienten) kann die Letalität deutlich höher liegen. Bei den Verstorbenen bestand in 20% der Fälle ein Diabetes mellitus, in 15% ein Hypertonus, in 15% eine kardiovaskuläre Erkrankung und in 2% eine chronisch obstruktive Lungenerkrankung.[1] Männer haben ein höheres Risiko, an COVID-19 zu sterben, als Frauen.

14.1 Altersbezogene Letalität

Die Letalität in den verschiedenen Altersgruppen stellt sich wie folgt dar:[45]

Alter Letalität [%]
0 - 9 0
10 - 19 0,2
20 - 29 0,2
30 - 39 0,2
40 - 49 0,4
50 - 59 1,3
60 - 69 3,6
70 - 79 8,0
> 80 14,8

15 Prävention

15.1 Allgemeine Schutzmaßnahmen

Die allgemeine Infektionsprophylaxe umfasst u.a.

  • Händewaschen bzw. Händedesinfektion: SARS-CoV-2 ist von einer Lipid-Doppelmembran umhüllt, die von Alkoholen wie Ethanol oder Propanol sowie von Detergenzien und Seifen zerstört werden kann.
  • Vermeidung von Berührungen des Gesichts, wenn die Hände nicht gewaschen sind.
  • Vermeidung der Berührung von "high-touch"-Oberflächen im öffentlichen Raum (z.B. Türgriffe, Automaten) oder Benutzung von Handschuhen
  • Vermeidung des engen Kontakts mit Menschen, die Zeichen einer Atemwegsinfektion aufweisen; Abstand, wenn möglich > 1 Meter
  • Regelmäßiges Lüften von Gemeinschaftsräumen
  • Bei eigenen Erkältungssymptomen Mund und Nase bedecken (Gesichtsmaske) oder in ein Taschentuch husten oder schnäuzen.

15.2 Persönliche Schutzausrüstung

Medizinisches Personal, das mit COVID-19-Patienten arbeitet, unterliegt einem hohen Infektionsrisiko. In China wurde in mehreren Hundert Fällen Krankenhauspersonal infiziert.[46] Zur Infektionsprophylaxe sollte man daher unbedingt eine persönliche Schutzausrüstung (PPE) tragen, die Schutzbrillen, FFP3-Masken, Handschuhe und langärmlige Schutzkleidung umfasst.

15.3 Besondere Vorsichtsmaßnahmen

Bei allen diagnostischen oder therapeutischen Prozeduren, die potentiell infektiöse Aerosole erzeugen (z.B. Intubation, manuelle Beatmung oder bronchoalveoläre Lavage), sollte intensiv auf den persönlichen Infektionsschutz geachtet werden. Die Verwendung einer FFP3-Maske und einer dicht abschließenden Schutzbrille ist obligat. Optimal ist die Durchführung in einem Unterdruckzimmer, ersatzweise in gut belüfteten Räumen. Die Anzahl der Personen, die sich im Raum aufhalten, sollte dabei auf ein Minimum reduziert werden.

15.4 Oberflächendesinfektion

Zur Oberflächendesinfektion gegen SARS-CoV-2 können Desinfektionsmittel eingesetzt werden, die als viruzid, begrenzt viruzid oder begrenzt viruzid plus ausgewiesen sind. Begrenzt viruzide Desinfektionsmittel sind gegen behüllte Viren ausreichend wirksam. Die Viren werden durch Einwirkung von Ethanol (62-71%), Wasserstoffperoxid (0,5%) oder Natriumhypochlorit (0,1%) innerhalb von 1 Minute inaktiviert. Andere Biozide wie Benzalkoniumchlorid (0,05-0.2%) oder Chlorhexidindigluconat (0,02%) sind weinger effektiv.[16]

Außerhalb von Gesundheitseinrichtungen wird für Europa die Oberflächendesinfektion mit 0,1%igem Natriumhypchlorit empfohlen - das ist 1/50 der Konzentration in haushaltsüblichen Bleichmitteln (5%).[47]

16 Impfung

Eine Impfung gegen SARS-CoV-2 ist zum jetzigen Zeitpunkt (02/2020) nicht verfügbar. Eine Impfstoffentwicklung auf der Basis von RNA-Vakzinen und anderer Technologien (z.B. Molecular Clamp) wurde bereits begonnen.[48] Ein erster Impfstoffkandidat ist INO-4800.[49] Die Impfstoffkandidaten müssen zunächst in Tierversuchen auf ihre Sicherheit getestet werden.

17 Meldepflicht

Für ungeklärte, wahrscheinliche und bestätigte Fälle von COVID-19 sowie für den Labornachweis von SARS-CoV-2 besteht nach dem Infektionsschutzgesetz eine namentliche Meldepflicht.[50]

18 Kodierung

Eine Infektion mit SARS-CoV-2 wird international wie folgt kodiert:

Am 17.02.2020 wurde vom DIMDI für die Coronavirus-Krankheit durch COVID-19 der Reservekode U07.1! freigegeben und die Verwendung in Deutschland "ab sofort" verbindlich gemacht. Da es sich um einen Sekundärkode handelt, ist er stets mit einem Primärkode zu kombinieren. Somit ist zunächst die nachgewiesene Atemwegsinfektion gefolgt von U07.1! COVID-19 anzugeben, z.B.:[51]

Bei Erregernachweis ohne Krankheitszeichen ist als Primärkode Z22.8 (Keimträger sonstiger Infektionskrankheiten) anzugeben.

19 Risikogruppe

SARS-CoV-2 wird in Deutschland zur Zeit (02/2020) in die Risikogruppe 3 der Biostoffverordnung (BioStoffV) eingeordnet, da eine leichte Übertragbarkeit sowie keine Impf- und 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.

20 Weblinks

21 Bildquellen

  • CDC/Alissa Eckert, Dan Higgins, Public Domain
  • NIAID Rocky Mountain Laboratories (RML), U.S. NIH; Public Domain

22 Quellen

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  2. WHO Website, abgerufen am 30.1.2020
  3. Wuhan seafood market pneumonia virus isolate Wuhan-Hu-1, complete genome; GenBank: MN908947.3
  4. Novel coronavirus complete genome from the Wuhan outbreak now available in GenBank. NCBI Insights, posted on 13. Januar 2020, abgerufen am 21. Januar 2020
  5. NCBI: 2019-nCoV Sequences (Wuhan coronavirus), abgerufen am 8.2.2020
  6. Everett Clinton Smith, Hervé Blanc, Marco Vignuzzi, Mark R. Denison: Coronaviruses Lacking Exoribonuclease Activity Are Susceptible to Lethal Mutagenesis: Evidence for Proofreading and Potential Therapeutics PLOS Pathogens 10(7): e1004342. doi:10.1371/journal.ppat.1004342, abgerufen am 30.1.2020
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Fachgebiete: Infektiologie, Virologie

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