Coronaviren - Gefahr für Tier und Mensch - OpenAgrar
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
20.3.2020 Coronaviren - Gefahr für Tier und Mensch | Nationale Forschungsplattform für Zoonosen
Coronaviren - Gefahr für Tier und
Mensch
Freitag, 20.03.2020
Nur Nanometer groß und dennoch schafft es das neue Coronavirus SARS-
CoV-2, die Welt in Atem zu halten und den Alltag vieler Menschen in bis
dahin ungekannter Weise zu verändern. Doch was sind eigentlich
Coronaviren? Welche Bedeutung haben sie für die Gesundheit von Tier und
Mensch? Welche Coronaviren kennen wir bereits und wie schafft es ein
Virus auf einmal Menschen zu infizieren? Bei genauerer Betrachtung dieser
Fragen wird schnell klar, dass es sich bei Coronaviren um ein Thema
handelt, dass die Gesundheit von Tier, Mensch und Umwelt miteinschließt.
Was sind Coronaviren?
Coronaviren sind Viren, die auf der ganzen Welt in vielen verschiedenen Tieren vorkommen. Sie sind in
der Unterfamilie Orthocoronaviridae klassifiziert (Ordnung: Nidovirales,
Unterordnung: Cornidovirineae, Familie: Coronaviridae), wobei sich diese Unterfamilie wieder in
verschiedene Genera, Subgenera und Spezies aufteilt [1].
Aufbau eines Coronavirus
Coronaviren besitzen eine Virushülle, die aus einer Lipidmembran mit eingelagerten Proteinen besteht.
Die bei den Coronaviren aus der Membran herausragenden Proteine (vor allem das Spike-Protein) geben
ihnen ihr charakteristisches Aussehen unter dem Elektronenmikroskop (siehe Abbildung 1), was zur
Namensgebung geführt hat (lat. corona: Kranz) [2]. Alle Coronaviren eint, dass ihr Genom, also ihre
Erbinformationen, in Form eines einzelsträngigen Ribonukleinsäure-Stranges (engl: ribonucleic acid,
RNA) mit positiver Polarität vorliegt. Dies bedeutet, dass bei Coronaviren die Basenfolge der
Ribonukleinsäure der späteren mRNA (messengerRNA) entspricht. Dies hat Folgen für die Art der
Vermehrung des Virus. Mit einer Länge von 26.4 – 31.7 Kilobasen ist das Genom der Coronaviren das
längste zusammenhängende RNA-Genom aller bekannten RNA-Viren [3].
https://zoonosen.net/coronaviren-gefahr-fuer-tier-und-mensch 1/7
20.3.2020 Coronaviren - Gefahr für Tier und Mensch | Nationale Forschungsplattform für Zoonosen
Abbildung 1: Coronaviren unter dem Elektronenmikroskop. Das digital eingefärbte
Transmissionselektronenmikroskop (TEM) - Bild zeigt das aviäre Infektiöse Bronchitis-Virus (IBV),
welches ebenfalls zu den Coronaviren zählt. Der durch die aus der Virushülle herausragenden Spike-
Glycoproteine hervorgerufene „Kranz“ um die Viruspartikel hat der Virusfamilie ihren Namen gegeben.
Bild: CDC/ Dr. Fred Murphy; Sylvia Whitfield
In der RNA sind die Informationen für die verschiedenen Virusproteine kodiert. Hierbei handelt es sich
um das RNA-Genom umgebende Nukleokapsid(N)-Protein und drei Membranproteine: das Spike(S)-
Glykoprotein, das Membran(M)-Glykoprotein und das Hüllen(eng. envelope, E)-Protein (48). Darüber
hinaus haben einige Coronaviren, darunter auch das 2019 neu entdeckte SARS-CoV-2, ein
Hämagglutinin (HE) an der Oberfläche (siehe Abbildung 2). Die unterschiedlichen viralen Proteine
erfüllen verschiedene Aufgaben für die Struktur der Viruspartikel, in der Vermehrung des Virus, beim
Eindringen in die Zellen des Wirtes, bei der Pathogenese und bei der Beeinflussung der Immunantwort
des infizierten Organismus [4].
Abbildung 2: Schematischer 3D-Aufbau des SARS-CoV-2. Der Querschnitt rechts zeigt die RNA im
Inneren des Viruspartikels zusammen mit dem Nucleocapsid(N)-Protein. Das Virus wird von einer Hülle
umgeben, in die verschiedene virale Proteine eingelagert sind: (Spike(S)-Glycoprotein, Membran(M)-
Glycoprotein, Envelope(E)-Protein). Bild: Scientific Animations/ Creative Commons
https://zoonosen.net/coronaviren-gefahr-fuer-tier-und-mensch 2/7
20.3.2020 Coronaviren - Gefahr für Tier und Mensch | Nationale Forschungsplattform für Zoonosen
Wo kommen Coronaviren vor?
Coronaviren bei Tieren
Das erste beschriebene Coronavirus war das Infektiöse Bronchitis-Virus (IBV), welches 1937 aus
Hühnerembryonen isoliert werden konnte [5]. Seitdem konnten zahlreiche Coronaviren in
unterschiedlichsten Tieren nachgewiesen werden, darunter Wildtiere, Nutztiere und Haustiere. Sie
werden in die Genera der Säugetier-assoziierten Alpha- und Betacoronaviren und die Vögel-assoziierten
Gamma- und Deltacoronaviren unterschieden [6]. In der Veterinärmedizin haben verschiedene
Coronaviren eine Bedeutung. So können zum Beispiel das Transmissible gastroenteritis
coronavirus (TGEV) oder das Porcine epidemic diarrhea virus (PEDV) schwere Durchfälle bei
Schweinen auslösen. Aber auch Rinder (Bovine coronavirus, BCoV), Katzen (Feline infectious
peritonitis virus), Mäuse (Murine coronavirus) oder Hühner (IBV) können durch entsprechende
Coronaviren erkranken. Das Spektrum von durch Coronaviren verursachten Erkrankungen bei Tieren
reicht von leichten bis zu schweren Darm-, Atemwegs- oder Systemerkrankungen [7]. Allerdings gibt es
auch viele Coronavirus-Infektionen bei Tieren, die keinerlei Symptome hervorzurufen scheinen.
Im Tierreich weit verbreitet
Bei Studien zu Coronaviren in unterschiedlichsten Tierarten konnte festgestellt werden, dass es
Coronaviren gibt, die nur in einer Tierart vorkommen (wirtsspezifisch), und andere, die ein breites
Spektrum an verschiedenen Tierarten infizieren können (wirtsunspezifisch). So konnte
das Betacoronavirus 1 zum Beispiel bereits in Kühen, Pferden, Hunden, Menschen, Rehen, Antilopen,
Kamelen und Giraffe nachgewiesen werden. Andere Coronaviren kommen hingegen nur in einer Tierart
vor. Insbesondere die SARS (Severe Acute Respiratory Syndrome)-Pandemie 2002/2003 hat dazu
geführt, dass vermehrt Studien zum Vorkommen von Coronaviren in Wildtieren auf allen Kontinenten
durchgeführt wurden. Die größte Diversität an Coronaviren konnte bislang in Fledermäusen
nachgewiesen werden (zusammengefasst in [8]). Es ist jedoch davon auszugehen, dass noch einige
Lücken in der Erfassung von Coronaviren in Wildtierpopulationen bestehen. Insbesondere die Datenlage
für wirtschaftlich und/oder politisch instabile Regionen der Welt ist noch lückenhaft [8].
Coronaviren beim Menschen - Auslöser von Erkältungen
Die ersten humanen Coronaviren (HCoV) wurden in den 1960er Jahren beschrieben. Dies war zum
einen HCoV-229E [9] und zum anderen HCoV-OC43 [10]. Mittlerweile sind vier endemisch
vorkommende humane Coronaviren bekannt (-229E, -OC43, -NL63, -HKU1), die in der
Weltbevölkerung zirkulieren. In den meisten Fällen verursachen die endemischen humanen Coronaviren
Erkrankungen des oberen und unteren Atemtraktes. Laut Angaben des Helmholtz Zentrum für
Infektionsforschung sind Coronaviren für etwa ein Drittel aller „Erkältungen“ beim Menschen
verantwortlich. Auch asymptomatische Infektionen wurden beschrieben. In einigen Fällen, insbesondere
bei immunsupprimierten Personen, Kindern oder Personen mit Vorerkrankungen der Lunge, können
auch akute respiratorische Erkrankungen (ARE) auftreten. (zusammengefasst in [11])
Auslöser von Pandemien
SARS-CoV
Anders verhält es sich hingegen mit den im 21. Jahrhundert erstmals beschriebenen humanen
Coronaviren zoonotischen Ursprungs, die durch den Übertritt von Tieren auf den Menschen und
anschließenden Mensch-zu-Mensch-Infektionsketten Pandemien auslösten. Erstmals geschah dies
beim Severe Acute Respiratory Syndrome-Coronavirus (SARS-CoV) [12]. Dieses Virus verursachte
2002/2003 von China ausgehend mehrere schwere Atemwegserkrankungen beim Menschen. Um die
8.000 Personen waren damals von der Erkrankung betroffen, wobei die Sterblichkeit bei ca. 9.5 % lag.
Durch die schnelle Entwicklung eines Nachweisverfahrens und weitreichende Maßnahmen zur Isolation
der Infizierten konnte die Virusverbreitung gestoppt werden. Seit 2004 wurden keine SARS-Infektionen
beim Menschen mehr gemeldet. Spätere Untersuchungen in Wildtieren ergaben, dass SARS-verwandte
https://zoonosen.net/coronaviren-gefahr-fuer-tier-und-mensch 3/7
20.3.2020 Coronaviren - Gefahr für Tier und Mensch | Nationale Forschungsplattform für Zoonosen
Coronaviren in Fledermäusen und Schleichkatzen vorkommen, weshalb man davon ausgeht, dass das
Virus von den Fledermäusen über die Schleichkatzen auf den Menschen übergegangen ist [13]. (siehe
Abbildung 4)
MERS-CoV
Das Middle East respiratory syndrome-Coronavirus (MERS-CoV) wurde 2012 erstmals aus einem
Patienten, der mit einer akuten Lungenentzündung in Saudi Arabien in ein Krankenhaus eingeliefert
wurde, isoliert [14]. Bis 2019 wurden ca. 2500 gemeldete MERS-CoV Infektionen bei Menschen
verzeichnet, wobei ca. 30 % an der Infektion verstarben [11]. Hauptrisikogebiet für MERS-CoV
Infektionen ist die Arabische Halbinsel. Hier wurden Infektionen sowohl über Mensch-zu-Mensch-
Übertragungen verzeichnet als auch über Kontakt zu Dromedaren. Diese stellen ein Reservoir für
MERS-CoV dar [15].
SARS-CoV-2
Ende Dezember 2019 vermeldete China das gehäufte Auftreten von Lungenentzündungen in der Stadt
Wuhan. Als Ursache dafür wurde im Januar 2020 ein neuartiges Betacoronavirus identifiziert [16].
Durch seine enge Verwandtschaft mit dem SARS-CoV gab die WHO (Weltgesundheitsorganisation)
dem neuen Coronavirus den Namen SARS-CoV-2. Die durch das Virus verursachte Erkrankung erhielt
den offiziellen Namen COVID-19 (Coronavirus Disease 2019). Das Genom des neuen Coronavirus zeigt
Ähnlichkeiten zu anderen Betacoronaviren, die in Fledermäusen gefunden wurden [16]. Es ist also
anzunehmen, dass das Virus ursprünglich aus Fledermäusen stammt und über die Zeit durch
Veränderungen auf andere tierische Wirte und schließlich den Menschen übergegangen ist. SARS-CoV-2
kann sehr effizient von Mensch zu Mensch übertragen werden und konnte sich daher in unserer
globalisierten Welt rasch auf allen Kontinenten verbreiten. In der daraus resultierenden Pandemie
infizierten sich bereits 244.523 Menschen wobei 10.030 Patienten verstarben (Stand: 20.03.2020,
Quelle: Johns Hopkins Universität). Es ist anzunehmen, dass bis zu der Entwicklung eines geeigneten
Wirkstoffes zur Therapie der Infizierten oder bis zur Bereitstellung eines geeigneten Impfstoffes SARS-
CoV-2 noch eine große Belastung für die Weltbevölkerung darstellen wird.
https://zoonosen.net/coronaviren-gefahr-fuer-tier-und-mensch 4/720.3.2020 Coronaviren - Gefahr für Tier und Mensch | Nationale Forschungsplattform für Zoonosen
Abbildung 3: Farbige Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme einer apoptotischen Zelle (grün), die mit
SARS-COV-2-Viruspartikeln (violett) infiziert ist und aus einer Patientenprobe isoliert wurde. Das Bild
wurde in der Integrierten Forschungseinrichtung (IRF) des NIAID in Fort Detrick, Maryland,
aufgenommen und farblich bearbeitet. Bild:ã National Institute of Allergy and Infectious Diseases
Zoonotisches Potential - Der Sprung vom Tier auf den Menschen
Um einen neuen Wirt zu infizieren zu können, muss ein Virus zunächst einige Barrieren überwinden.
Dies betrifft zum einen die Fähigkeit, in die Zellen des neuen Wirtes einzudringen und sich dort zu
vermehren, und zum anderen die Fähigkeit, das Immunsystem des Wirtsorganismus soweit zu umgehen,
dass eine Zellinfizierung und Vermehrung möglich ist. Da ein Virus nicht gerichtet „Anpassungen“
vornehmen kann, entstehen diese neuen Eigenschaften durch zufällige Mutationen (Veränderungen im
Erbgut) oder durch Rekombination verschiedener Coronaviren. Coronaviren haben durch ihre
fehleranfällige RNA-Polymerase, welche für die Vervielfältigung der Erbinformationen zuständig ist,
eine hohe Mutationsrate [17]. Zudem treten bei Coronaviren häufig homologe Rekombinationen
auf [18]. Diese Eigenschaften haben zu einer großen Diversität an Coronaviren in der Natur beigetragen,
die es diesen Viren ermöglicht, zahlreiche Spezies zu infizieren. So haben es mittlerweile sieben
bekannte Coronaviren über die Zeit geschafft über entsprechende tierische Zwischenwirte auf den
Menschen überzugehen (siehe Abbildung 4, modifiziert von Corman et al. [13]). Es ist anzunehmen,
dass auch in Zukunft pathogene Coronaviren aus zoonotischen Quellen auf die menschliche
Bevölkerung übergreifen werden [19].
https://zoonosen.net/coronaviren-gefahr-fuer-tier-und-mensch 5/720.3.2020 Coronaviren - Gefahr für Tier und Mensch | Nationale Forschungsplattform für Zoonosen
Abbildung 4: Virusreservoire und potentielle Zwischenwirte der vier endemischen humanen Coronaviren
(oberes Rechteck) und der 3 zoonotischen, epidemischen Coronaviren beim Menschen (unteres
Rechteck). Grafik modifiziert von Corman et al. [13]
Forschung zu Coronaviren als One-Health Aufgabe
Die sieben in Menschen detektierten Coronaviren und insbesondere die zoonotischen Ereignisse, die zu
drei Epidemien innerhalb von zwanzig Jahren geführt haben, belegen das zoonotischen Potential von
Coronaviren. Da die Viren eine Rolle sowohl in der Veterinär- als auch in der Humanmedizin spielen,
können sich hier für die zukünftige Forschung Expertisen ergänzen. Vor dem Hintergrund des
zunehmenden internationalen Reiseverkehrs und der globalen Warenströme, sowie der Veränderungen
des Klimas mit einhergehenden Auswirkungen auf Erreger und Wirtsspezies, ist anzunehmen, dass sich
die Gefahr durch Zoonosen verändern wird. Insbesondere die Erforschung von Impf- und Wirkstoffen,
der Ausbau des Wissens über die Epidemiologie der Coronaviren in Wildtierpopulationen und die
Erforschung von Vorhersagemodellen für zoonotische Übertragungen auf den Menschen sind daher
wichtige Forschungsbereiche für die Zukunft. Nur durch die Bündelung von Kompetenzen und die
Zusammenarbeit interdisziplinärer Wissenschaftsteams können Fortschritt und Erfolge in diesem
Forschungsfeld begünstigt und Pandemien in Zukunft verhindert werden.
Text: Dana Thal i.A. Nationale Forschungsplattform für Zoonosen
Literatur:
https://zoonosen.net/coronaviren-gefahr-fuer-tier-und-mensch 6/720.3.2020 Coronaviren - Gefahr für Tier und Mensch | Nationale Forschungsplattform für Zoonosen
[1] International Comitee on Taxonomy of Viruses (ICTV), „Virus Taxonomy: 2018b Release,“
2019.
[2] „Virology: Coronaviruses,“ Nature, Bd. 220, p. 650, 1968.
[3] P. Woo, S. Lau, Y. Huang und K.-Y. Yuen, „Coronavirus diversity, phylogeny and interspecies
jumping,“ Experimental Biology and Medicine, Bd. 234, Nr. 10, pp. 1117-1127, October 2009.
[4] A. Fehr und S. Perlman, „Coronaviruses: an overview of their replication and pathogenesis,“
Methods in Molecular Biology, Nr. 1282, pp. 1-23, 2015.
[5] F. Beaudette und C. Hudson, „Cultivation of the virus of infectious bronchitis.,“ J Am Vet Med
Assoc, Nr. 90, p. 51–58, 1937.
[6] P. Woo, S. Lau, C. Lam, C. Lau, A. Tsang, J. Lau, R. Bai, J. Teng, C. Tsang, M. Wang, B.
Zheng, K. Chan und K. Yuen, „Discovery of seven novel Mammalian and avian coronaviruses in the
genus deltacoronavirus supports bat coronaviruses as the gene source of alphacoronaviruses ans
betacoronaviruses and avian coronaviruses as the gene source of gamma- and deltacoronavirus,“ Journal
of Virology, Bd. 86, pp. 3395-4008, 2012.
[7] L. Saif, „Animal coronaviruses: What can they teach us about the severe acute respiratory
syndrome?,“ OIE Revue Scientifique et Technique, Bd. 23, Nr. 2, pp. 643-660, 2004.
[8] J. F. Drexler, V. M. Corman und C. Drosten, „Ecology, evolution and classification of bat
coronaviruses in the aftermath of SARS,“ Antiviral Research, Bd. 101, pp. 45-56, January 2014.
[9] D. Hamre und J. Procknow, „A New Virus Isolated from the Human Respiratory Tract,“
Proceedings of the Society for Experimental Biology and Medicine, Bd. 121, Nr. 1, pp. 190-193, January
1966.
[10] K. McIntosh, J. Dees, W. Becker, A. Kapikian und R. Chanock, „Recovery in tracheal organ
cultures of novel viruses from patients with respiratory disease,“ PNAS, Bd. 57, Nr. 4, pp. 933-940,
April 1967.
[11] V. Corman, J. Lienau und M. Witzenrath, „Coronaviren als Ursache respiratorischer
Infektionen,“ Internist, Nr. 60, pp. 1136-1145, 2019.
[12] C. Drosten, S. Günther, W. Preiser, S. van der Werf, H.-R. Brodt, S. Becker, H. Rabenau, M.
Panning, L. Kolesnikova, R. A. Fouchier, A. Berger, A.-M. Burguière und e. al., „Identification of a
Novel Coronavirus in Patients with Severe Acute Respiratory Syndrome,“ New England Journal of
Medicine, Nr. 348, pp. 1967-1976, 2003.
[13] V. M. Corman, D. Muth, D. Niemeyer und C. Drosten, „Chapter Eight - Hosts and Sources of
Endemic Human Coronaviruses,“ Advances in Virus Research, Nr. 100, pp. 163-188, 2018.
[14] A. M. Zaki, S. van Boheemen, T. M. Bestebroer, A. D. Osterhaus und R. A. Fouchier,
„Isolation of a Novel Coronavirus from a Man with Pneumonia in Saudi Arabia,“ New England Journal
of Medicine, Nr. 367, pp. 1814-1820, November 2012.
[15] I. M. Mackay und K. E. Arden, „MERS coronavirus: diagnostics, epidemiology and
transmission,“ Virology Journal, Bd. 12, Nr. 222, 2015.
[16] N. Zhu, D. Zhang, W. Wang, X. Li, B. Yang, J. Song, X. Zhao, B. Huang, W. Shi, R. Lu, P. Niu,
F. Zhan und et al., „A Novel Coronavirus from Patients with Pneumonia in China, 2019,“ New England
Journal of Medicine, Nr. 382, pp. 727-733, February 2020.
[17] S. Duffy, L. A. Shackelton und E. C. Holmes, „Rates of evolutionary change in viruses:
patterns and determinants,“ Nature Reviews Genetics, Nr. 9, p. 267–276, March 2008.
[18] M. M. Lai, „RNA Recombination in Animal and Plant Viruses,“ Microbiological Reviews, Bd.
56, Nr. 1, pp. 61-79, March 1992.
[19] C. M. Coleman und M. B. Frieman, „Coronaviruses: Important Emerging Human Pathogens,“
Journal of Virology, Bd. 88, Nr. 10, p. 5209–5212, May 2014.
https://zoonosen.net/coronaviren-gefahr-fuer-tier-und-mensch 7/7Sie können auch lesen
