Schweres Akutes Respiratorisches Syndrom Coronavirus 2: Empfänglichkeit, Immunprophylaxe und Variantencharakterisierung in Tiermodellen
bearbeitet am Institut für Virusdiagnostik
Die COVID-19 Pandemie ist die erste Pandemie des neuen Jahrtausends, die sich über sämtliche Kontinente hinweg nahezu ungehindert ausbreiten konnte. Das auslösende severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV2) ist ein RNA-Virus zoonotischen Ursprungs. Das bedeutet, dass das Virus zwischen Tieren und Menschen übertragbar ist. Bei SARS-CoV-2 wird die Übertragung von einer Reservoirtierart auf einen tierischen Zwischenwirt und schließlich auf den Menschen als das wahrscheinlichste Szenario des Seuchenursprungs diskutiert. Außerdem sind RNA-Viren, somit auch SARS-CoV-2, bei ihrer Vermehrung anfällig für Mutationen, die einerseits den Übertritt auf einen neuen Wirt oder sogar eine neue Spezies erleichtern können, andererseits aber auch die krankmachenden Eigenschaften des Virus betreffen und verändern können.
Vor diesem Hintergrund ist es besonders wichtig über verlässliche Informationen zur Empfänglichkeit relevanter Haus- und Nutztierarten gegenüber SARS-CoV-2 zu verfügen, neue SARS-CoV-2 Varianten umgehend zu analysieren und wirksame sowie sichere Impfstoffe zu entwickeln. Bei allen diesen Schritten ist der Einsatz verschiedener Tiermodelle unabdingbar. Das Ziel meiner Doktorarbeit war es, diese unterschiedlichen Stufen (tier-) experimentell zu begleiten:
Rinder sind eine der Hauptnutztierarten. Bei der Rinderhaltung besteht enger Kontakt zwischen Mensch und Tier. In unseren Studien konnte nachgewiesen werden, dass sich Rinder in sehr geringem Ausmaß mit SARS-CoV-2 infizieren können, das Virus jedoch nicht weiterverbreiten. Als weitere Tierart wurden Rötelmäuse untersucht. Rötelmäuse sind die am weitesten verbreitete Säugetierart in Europa und Träger von Pocken-, FSME- und Hantaviren. Im Gegensatz zu Rindern wiesen Rötelmäuse im Experiment eine höhere, aber dennoch als niedrig zu wertende Empfänglichkeit für SARS-CoV-2 auf. Auch hier gab es keine Anzeichen für ein Verbreiten des Virus durch Rötelmäuse.
Mit einem neuen experimentellen Ansatz, der gleichzeitigen „Infektion“ mit zwei konkurrierenden SARS-CoV-2-Varianten, kann festgestellt werden, welche Virusvariante eventuell ausgeprägte Fitnessvorteile besitzt und sich im evolutiven Wettbewerb durchsetzen wird. Mit diesem Ansatz konnten insbesondere die sogenannten „Variants of Concern (VOC)“ des SARS-CoV-2 analysiert und Vorhersagen zu dominierenden Varianten getroffen werden.
Vor der Zulassung neuer Impfstoffe für den Menschen, werden Prototypen solcher Vakzinen auf ihre Sicherheit und Wirksamkeit getestet. Diese Testungen sind besonders wichtig bei neu entwickelten Impfstoffen und neuartigen Vakzinetypen. Mit unseren Studien konnten wir die Wirksamkeit eines neuen SARS-CoV-2-Impfstoffes im transgenen Mausmodell nachweisen und die Wirkweise weiter charakterisieren.
Die in meiner Dissertationsschrift zusammengefassten Arbeiten ermöglichen es mit der Dynamik der Virusausbreitung Schritt zu halten und unterstützen die Anstrengungen zur Eindämmung der COVID-19 Pandemie. Dafür wurden bestehende experimentelle Ansätze modifiziert und neue Experimente entwickelt und etabliert. Die einzelnen Studien wurden in internationalen Fachzeitschriften veröffentlicht (Nature, Nature Communications, Emerging Infectious Diseases, Advances in Virus Research).
Ich freue mich sehr über den Förderpreis des Fördervereins des Friedrich-Loeffler-Instituts und bedanke mich sehr herzlich bei dem Vorstand für diese Auszeichnung. Ganz besonders danke ich auch meinen Betreuern, meinen Kollegen und den vielen Freunden am FLI.
Abbildung 1: Bei den Arbeiten mit SARS-CoV-2 wird spezielle Schutzkleidung, bspw. ein Überdruckanzug, getragen.
Abb.: L. Ulrich
Abbildung 2: Rinder sind für SARS-CoV-2 nur sehr schwach empfänglich. Im Nasentupfer ist das virale Genom nur in niedrigen Lasten nachweisbar (cq-Werte von 30 und höher). Daher können Rinder SARS-CoV-2 auch nicht weiterverbreiten.
Abb.: L. Ulrich