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Genetischer Ursprung des Coronavirus

Ahnenforschung bei SARS-CoV-2

Genetiker und Archäologen aus Kiel und Cambridge haben in einer bemerkenswerten Kooperation ein wenig Licht in den Ursprung und in die Verbreitung des neuartigen Coronavirus SARS-CoV-2 gebracht. Dabei geholfen hat ein Verfahren zur phylogenetischen Netzwerkanalyse, das eigentlich in der archäologischen Forschung eingesetzt wird.
Theo Dingermann
15.04.2020
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In der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift »PNAS« berichtet ein internationales Forscherteam um Dr. Peter Forster von der University of Cambridge über einen interessanten Ansatz zur Erforschung der evolutionären Pfade, die das neue Coronavirus SARS-CoV-2 genommen hat. Die Forscher setzten dazu eine wissenschaftliche Methode ein, mit deren Hilfe  phylogenetische Netzwerke erstellt werden können. Bisher wurde dieses Verfahren vor allem zur Rekonstruktion prähistorischer Populationsbewegungen des Menschen und für ökologische Studien verwendet. Da es bei diesen Fragestellungen sehr häufig eingesetzt wird, gilt es als bestens validiert. So wurde die Methode bereits in rund 10.000 phylogenetischen Studien an verschiedenen Organismen erprobt.

In ihren menschlichen Wirten sind die Viren einem evolutionären Prozess unterworfen, sodass von Infektionszyklus zu Infektionszyklus leicht modifizierte Virusgenome resultieren. Dabei beobachtet man auch parallele Evolutionsereignisse, das heißt in verschiedenen menschlichen Wirten werden als Resultat dieses Anpassungsprozesses die gleichen Mutationen in den Virusgenomen selektioniert. Aus dieser Dynamik lassen sich evolutionären Pfade für das Virus rekonstruieren, und hier erweist sich das Verfahren der Auswertung zeichenbasierter phylogenetischer Netzwerke als Methode der Wahl.

Die phylogenetische Netzwerkanalyse

Das Programm fütterten die Wissenschaftler mit Sequenzdaten von Virusisolaten, die sie aus der ganzen Welt erhalten hatten. Darunter waren auch die ersten 160 vollständigen Genome der menschlichen SARS-CoV-2-Viren, die zu Beginn des aktuellen Ausbruchs von Ende 2019 bis März 2020 von Forschungslaboren auf der ganzen Welt gesammelt worden waren. Die Sammlung der 160 frühen SARS-CoV-2-Sequenzen enthielt exakt 100 verschiedene Genomvarianten.

Die Forscher fanden drei zentrale Varianten, die sie als A, B und C bezeichneten. Typ A-Viren sind dem Fledermaus-Coronavirus am ähnlichsten. Man geht davon aus, dass dieser Typ wahrscheinlich als der Urahn aller menschlichen SARS-CoV-2 anzusehen ist.

Überraschend war, dass in Wuhan ein anderer Typ, nämlich der Typ B, vorherrschte, obwohl auch in Wuhan Typ-A-Viren gefunden wurde. Bis auf 19 stammen alle 93 Typ-B-Genome aus Proben, die in Wuhan (n = 22), in anderen Teilen Ostchinas (n = 31) und sporadisch in angrenzenden asiatischen Ländern (n = 21) isoliert worden waren. Außerhalb Ostasiens wurden zehn Typ-B-Viren in den Vereinigten Staaten und Kanada, einer in Mexiko, vier in Frankreich, zwei in Deutschland und je einer in Italien und Australien gefunden.

In der ersten Phase des Ausbruchs traten die A- und C-Typen in signifikanten Anteilen außerhalb Ostasiens auf. Mittlerweile ist Typ C der wichtigste europäische Typ (n = 11) mit Vertretern in Frankreich, Italien, Schweden und England sowie in Kalifornien und Brasilien. Bisher nicht aufgetaucht ist dieser Typ auf dem chinesischen Festland, wohl jedoch in Singapur (n = 5) und auch in Hongkong, Taiwan und Südkorea.

Bei der Suche nach dem Weg, den das Virus genommen haben könnte, um nach Italien zu gelangen, konnte ein früherer Verdacht bestätigt werden, dass es eine Verbindung zwischen dem ersten Fall in Italien und einem Mitarbeiter des Automobilzulieferanten Webasto gegeben hat.

»Unsere Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit der genomischen Sequenzierung und der Anwendung der Methode der phylogenetischen Netzwerkanalyse«, sagt Seniorautor Dr. Michael Forster vom Institut für klinische Molekularbiologie (IKMB) der Christian-Albrecht-Universität (CAU) Kiel, der die Studie in Zusammenarbeit mit dem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten deutschlandweiten Gensequenzierungs-Zentrum »Competence Centre for Genomic Analysis« (CCGA) Kiel an der CAU durchführte.

Offensichtlich ist dies erst der Anfang eines großen Projekts, das für das Verständnis der Epidemie, die sich so schnell zur Pandemie ausgeweitet hat, von großer Wichtigkeit ist.

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