Wie das Coronavirus von Fledermäusen auf Menschen überging

Eine neue Studie des Pirbright-Instituts hat wichtige genetische Veränderungen in SARS-CoV-2 - dem Virus, das COVID-19 verursacht - identifiziert, die möglicherweise für den Übergang von Fledermäusen zu Menschen verantwortlich sind, und hat herausgefunden, welche Tiere zelluläre Rezeptoren haben, die das Virus am meisten zulassen effektiv in ihre Zellen eindringen.

Die identifizierten genetischen Anpassungen ähnelten denen von SARS-CoV, das 2002-2003 die SARS-Epidemie verursachte, als es sich von Fledermäusen an den Menschen anpasste.

Dies legt nahe, dass es einen gemeinsamen Mechanismus gibt, durch den eine bestimmte Familie von Viren mutiert, um von Tieren auf Menschen überzugehen. Die neuen Erkenntnisse könnten in zukünftigen Forschungen verwendet werden, um Viren zu identifizieren, die in Tieren zirkulieren, die sich an Infektionen beim Menschen anpassen können (sogenannte Zoonosen) und eine potenzielle Pandemiebedrohung darstellen.

„In dieser Studie wurde eine nicht infektiöse, sichere Plattform verwendet, um zu untersuchen, wie sich Proteinspitzenänderungen auf den Viruseintritt in die Zellen einer Vielzahl von Wildtieren, Nutztieren und Haustieren auswirken. Wir müssen weiterhin genau beobachten, wie in den kommenden Monaten weitere SARS-CoV-2-Varianten auftauchen “, sagte Dr. Stephen Graham vom Pathology Department der Universität Cambridge, der an der Studie beteiligt war.

Während der SARS-Epidemie 2002–2003 konnten Wissenschaftler eng verwandte Isolate sowohl in Fledermäusen als auch in Zibeten identifizieren, bei denen angenommen wird, dass sich das Virus an die Infektion von Menschen angepasst hat.

Während des aktuellen COVID-19-Ausbruchs kennen die Wissenschaftler die "Identität" des Zwischenwirts noch nicht und haben keine ähnlichen Proben zu analysieren. Sie haben jedoch die Sequenz eines verwandten Fledermaus-Coronavirus namens RaTG13, das zu 96 Prozent dem SARS-CoV-2-Genom ähnelt. Die neue Studie verglich die Spike-Proteine ​​beider Viren und fand mehrere wichtige Unterschiede.

SARS-CoV-2 und andere Coronaviren verwenden ihre Spike-Proteine, um in Zellen einzudringen, indem sie an ihre Oberflächenrezeptoren wie ACE2 binden. Wie ein Schloss und ein Schlüssel muss das Spike-Protein die richtige Form haben, um mit den Rezeptoren in der Zelle übereinzustimmen, aber der Rezeptor jedes Tieres hat eine etwas andere Form, was bedeutet, dass das Spike-Protein besser an einige bindet als an andere.

Um zu testen, ob diese Unterschiede zwischen SARS-CoV-2 und RaTG13 an der Anpassung von SARS-CoV-2 an den Menschen beteiligt sind, tauschten die Wissenschaftler diese Regionen aus und untersuchten, wie gut diese resultierenden Proteine ​​mit einer nicht involvierten Methode an menschliche ACE2-Rezeptoren binden die Verwendung eines lebenden Virus.

Die in der Zeitschrift PLOS Biology veröffentlichten Ergebnisse zeigen, dass SARS-CoV-2-Stacheln, die RaTG13-Regionen enthalten, nicht effizient an humane ACE2-Rezeptoren binden können, während RaTG13-Stacheln, die SARS-CoV-2-Regionen enthalten, effizienter binden können mit menschlichen Rezeptoren, obwohl nicht auf dem gleichen Niveau wie das unbearbeitete SARS-CoV-2-Spike-Protein. Dies weist möglicherweise darauf hin, dass in der Vergangenheit ähnliche Veränderungen im SARS-CoV-2-Spike-Protein aufgetreten sind, die möglicherweise eine Schlüsselrolle dabei gespielt haben, dass das Virus die Speziesbarriere überquert.

Die Forscher untersuchten auch, ob das SARS-CoV-2-Spike-Protein an die ACE2-Rezeptoren von 22 verschiedenen Tieren binden könnte, um herauszufinden, welche möglicherweise infektionsanfällig sind.

Sie zeigten, dass die Rezeptoren von Fledermäusen und Vögeln am schwächsten mit SARS-CoV-2 interagieren. Das Fehlen einer Bindung an Rezeptoren in Fledermäusen verstärkt den Beweis, dass SARS-CoV-2 wahrscheinlich sein Spike-Protein angepasst hat, als es von Fledermäusen zu Menschen sprang, möglicherweise über einen Zwischenwirt.

Die ACE2-Rezeptoren für Hunde, Katzen und Rinder wurden als die wirksamsten für das SARS-CoV-2-Spike-Protein identifiziert. Eine effiziente Zellpenetration kann bedeuten, dass eine Infektion bei diesen Tieren leichter festgestellt werden kann, obwohl die Rezeptorbindung nur der erste Schritt bei der Virusübertragung zwischen verschiedenen Tierarten ist.

"Wie wir bei den Ausbrüchen in dänischen Nerzfarmen im letzten Jahr gesehen haben, ist es wichtig zu verstehen, welche Tiere mit SARS-CoV-2 infiziert werden können und wie Mutationen im viralen Spike-Protein seine Fähigkeit verändern, verschiedene Arten zu infizieren", sagen die Wissenschaftler.

Die Anfälligkeit eines Tieres für Infektionen und seine nachfolgende Fähigkeit, andere zu infizieren, hängt von einer Reihe von Faktoren ab, einschließlich der Fähigkeit von SARS-CoV-2, sich in Zellen zu replizieren, und der Fähigkeit des Tieres, das Virus zu bekämpfen. Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um zu verstehen, ob Nutztiere und Haustiere für COVID-19-Infektionen durch Menschen anfällig sein und als Reservoir fungieren können.