COVID-19 - DIE FAKTEN

Aufbau und Funktionsweise von SARS-CoV-2, Ausbreitung, Pathogenität und Langzeitschäden

Aufbau und Funktionsweise von SARS-CoV-2

Das 80-140 nm große SARS-CoV-2 ist ein ummanteltes pathogenes RNA-Virus, das der Klasse der b-Coronaviren angehört [1]. Es verfügt über ein einzelsträngiges RNA-Genom [2]. Dieses kodiert mindesten 29 Proteine, unter anderem die vier die Strukturproteine S (Spike), M (Membrane), E (Envelope) und N (Nucleocapsid)[3]. Nachdem das körpereigene Enzym Furin das Spike-Protein gespalten hat, kann das Spike-Protein an einen ACE2-Rezeptor (Angiotensin-Converting enzyme 2), der sich auf der Oberfläche der Wirtszellen befindet, binden. Durch diese Bindung wird der Eintritt des Virus in die Zellen ermöglicht. Damit das Virus aber effizient in die Zielzelle eindringen kann, muss aber das Spike-Protein noch ein weiteres Mal gespalten werden: nämlich durch das Enzym TMPRSS2 (transmembrane Serinprotease 2). Nun kann der Zelleintritt des Corona-Virus erfolgen. Dieser Wirkmechanismus des Zelleintritts ist einzigartig in der Familie der b-Coronaviren [4].

Abbildung 1: Oben: Aufbau von SARS-CoV-2 [3]. Unten: Eintritt des SARS-CoV-2 in die Zelle [nach: https://healthcare-in-europe.com/de/news/forscher-klaeren-aktivierung-von-sars-cov-2.html].

In der Zelle angekommen erfolgt die Freigabe der Virus-RNA in die Wirtszelle. Dort nutzt der SARS-CoV-2 die Ribosomen der Wirtszelle zur Herstellung eigener Virusbestandteile und die Virus-RNA wird vervielfältigt. Anschließend werden neue SARS-Viren aus der neuen Virus-RNA und den neuen Virusproteinen zusammengebaut. Zuletzt erfolgt die Freisetzung der neuen Viren aus der Wirtszelle. Jetzt können neue Wirtszellen befallen werden.

Das Virus-Genom ist ziemlich stabil und mutiert relativ langsam (geschätzt werden 14,46 Mutationen pro Jahr), da es über RNA-Reparaturmechanismen verfügt [5][6][7]. Das bedeutet wiederum, dass eine durch Krankheit erworbene Immunität relativ lange vorhält.

Ausbreitung

Die Ausbreitung von SARS-CoV-2 kann durch direkten Kontakt von einer infizierten Person an einen Empfänger, über kontaminierte Oberflächen, oder über Inhalation von Aerosolen erfolgen. Forscher haben nachgewiesen, dass bei einer Windgeschwindigkeit von nur 2 km/h durchs Niesen erzeugte Tröpfchen bis zu 11 m weit befördert werden können [10]. Auch konnte die Anwesenheit von SARS-CoV-2 in Stuhlproben von infizierten Personen nachgewiesen werden. Dieser Befund ist stimmig mit der Beobachtung, dass sich ACE2-Rezeptoren im Magen, Zwölffingerdarm und in den Rektalepithelien befinden. Eine Infektiosität von im Abwasser befindlichen Coronaviren wäre möglich, kann aber nach heutigem Kenntnisstand nicht bestätigt werden [11]. Die Replikation und Persistenz von SARS-CoV-2 im Gastrointestinaltrakt und die Ausscheidung über den Stuhl stellen jedoch einen neuen potenziellen Übertragungsweg dar [3]. Eine Ansteckung mit COVID-19 über das Trinkwasser ist dennoch unwahrscheinlich, da die gängigen Reinigungsprozesse von Kläranlagen das Virus denaturieren.

Nebenbei, der übertriebene Gebrauch von Desinfektionsmitteln macht nicht immer Sinn, zumal ein Dauergebrauch bewiesenermaßen schädigend für die Haut ist. Das Virus kann effektiv mit gewöhnlicher Haushaltsseife inaktiviert werden, da dies seine Lipid-Doppelschicht zerstört.

Verbreitet eigentlich jeder Corona-Infizierte, unabhängig von Alter, Geschlecht und Schwere der Erkrankung, den Virus mit gleicher Wahrscheinlichkeit? Die WHO äußerte sich dazu folgendermaßen: „Übertragung durch asymptomatische Fälle ist vermutlich kein wesentlicher Einflussfaktor für die Ausbreitung von Corona“ [12]. Laut einer Metastudie ist die Wahrscheinlichkeit einer Ansteckung bei asymptomatischen Fällen um 42 % verringert [13].

Pathogenität

Eine Erkrankung mit COVID-19 kann Symptome wie Fieber, Husten, Gliederschmerzen, Geschmacks- und Geruchsverlust, Diarrhoe (bedingt durch die Anwesenheit von ACE2-Rezeptoren in den Darmepithelien) mit sich bringen. In manchen Fällen können Organsysteme geschädigt werden und es kann zu akuter Atemnot, Lungenembolie oder weiteren schweren Erkrankungen kommen [14]. In den meisten Fällen verläuft eine Corona-Infektion allerdings mild: Rund 80 % aller Infizierten entwickelten nur leichte oder gar keine Symptome, 14 % aller Infizierten erkranken allerdings schwer und 5 % kritisch. Das Robert-Koch-Institut äußerte sich, dass der Anteil der Fälle mit Vorerkrankung mit zunehmender Schwere des Krankheitsverlaufs steigt und bei den Verstorbenen bei 89 % liegt. 18 % aller Erkrankten mussten stationär aufgenommen werden [15]. Die Sterberate mit (nicht an!) COVID-19 in Deutschland liegt laut Dashboard des RKI derzeit bei 2,8 % (Stand: 10.02.2021). In die Sterberate werden alle Verstorbenen aufgenommen, die vor oder nach ihrem Tod positiv auf Covid-19 getestet wurden i.

Eine Studie von Streeck et al. [8] geht jedoch davon aus, dass ca. 20 % aller COVID-19-Fälle völlig symptomfrei verlaufen, so dass quasi die infizierten Personen gar nicht merken, dass sie erkrankt sind und Corona-Tests werden in diesen Fällen nicht unternommen. Diese entfallen in den gängigen Statistiken. Streck et al. ermittelten eine Sterberate an Corona von 0,37 %. John P. A. Ioannidis sprach in einer Metastudie [9] von einer Sterblichkeitsrate zwischen 0,23 und 0,27 % und erklärte, dass diese Rate sehr starken Schwankungen unterliegt, abhängig von diversen Faktoren wie Bevölkerungsstrukturen, Altersverteilung und Standorten. Die tatsächliche Sterberate an Corona sei also deutlich niedriger als bisher angenommen und liege weit unter 1 %. Die Inkubationszeit liegt im Durchschnitt bei etwa fünf bis sechs Tagen.

Was passiert denn nun eigentlich im Körper bei einer Infektion mit dem Coronavirus?

Als potentielle Zielzelle für SARS-CoV-2 gilt jede Zelle, die einen ACE2-Rezeptor aufweist. Allerdings kommt das Virus zuallererst mit den Epithelzellen der Lungenalveolen in Kontakt, da es hauptsächlich über den respiratorischen Trakt aufgenommen wird. Dort angekommen dringt das Virus über die ACE2-Rezeptoren in die Zellen ein und nutzt diese zur Produktion weiterer Viren. Anschließend erfolgt die Freisetzung der Viren in die Umgebung. Bei Erstbefall der Zelle wird die unspezifische Immunabwehr angekurbelt. Unter anderem wird die Bildung von Botenstoffen wie Zytokine und weiteren Abwehrstoffen eingeleitet. Eine koordinierte Produktion dieser Botenstoffe ist entscheidend für die Pathogenkontrolle. Regulationsmechanismen beeinflussen eine Immunhyperaktivität. Bei einigen schweren COVID-19-Krankheitverläufen konnte allerdings eine übermäßige Ausbildung von Zytokinen beobachtet werden. Dies ist hochgradig destruktiv für das Lungengewebe sowie für andere Organe, sozusagen ein Kollateralschaden. Dies ist verbunden mit einer Reduktion an weißen Blutkörperchen. Es kommt quasi zu einer Überreaktion des eigenen Immunsystems. Historisch gesehen war die Definition von Sepsis mit dem Vorhandensein einer bakteriellen Infektion im Blut verbunden. Diese Definition hat sich jedoch um alle Infektionen erweitert, die zu einer Dysregulierung des Immunsystems führen, gekennzeichnet durch eine systemische Entzündung und Verletzung weiter entfernt liegender Organe. Der Sinn von einer Produktion von Zytokinen dient eigentlich der Verstärkung der Schutzreaktion, die proportional zur Erregerlast sein sollte. Ist diese zu stark, kann es zu Sepsis, assoziiert mit Symptomen wie Fieber, Zelltod und einer gestörten Blutgerinnung kommen. Diese kann zum Tode führen. Aber selbst Patienten, die eine Sepsis überleben, haben oft noch jahrelang mit einer erhöhten Anfälligkeit gegenüber Krankheiten, sowie mit kognitiven und funktionalen Defiziten zu kämpfen [16]. Die Gründe für diese überschießende Immunantwort im Zusammenhang mit COVID-19 sind leider noch nicht ausreichend erforscht [17]. Bei Patienten, die von diesem „Zytokinsturm“ betroffen sind, helfen antivirale Mittel wie Remdesivir nicht mehr. Allerdings gibt es vielversprechende Ansätze einer Therapie mit Antirheumamitteln, die zum Beispiel den Interleukin-6-Rezeptor (Interleuking 6 gehört der Klasse der Zytokine an) hemmen.

Neben einer Sepsis ist die Lungenentzündung eine weitere schwere Komplikation, die bei ca. 1 % aller an COVID-19-Erkrankten vorkommt und meistens im Verlauf der zweiten Woche auftritt [17]. Als neurologische Störungen werden Kopfschmerzen, Schwindel und Verwirrtheit genannt [18]. Es gibt Berichte über zwei Einzelfälle bei denen eine Enzephalopathie [19] oder Meningitis [20] zeitgleich zu COVID-19 aufgetreten ist. Ob es sich dabei um eine direkte Folge von Corona oder eine Koinzidenz handelt, kann nicht bestätigt werden. Natürlich kann es bei COVID-19, wie auch bei vielen anderen Krankheiten, zu den unterschiedlichsten Sekundärinfektionen kommen, die die Schwere der Erkrankung beeinflussen können.

Langzeitschäden

Zum jetzigen Zeitpunkt liegen wenige repräsentative Daten zu Corona-Langzeitschäden vor. Es gibt unterschiedliche Ansichten, mit welchen Spätfolgen Corona-Patienten konfrontiert werden.

Grundsätzlich befinden sich ACE2-Rezeptoren nicht nur in der Lunge, sondern auch im Herzen, im Nierengewebe, im Magen-Darm-Trakt und in den Arterien, so dass sämtliche Gewebe theoretisch anfällig für den Befall von Coronaviren wären. Praktisch bleibt die Lunge allerdings meist der Hauptinfektionsort. In einer Studie von Sudre et al. wurden 4.182 COVID-19-Patienten auf die Länge und die Symptome ihrer Erkrankung befragt. Dabei wurde ermittelt, dass bei einem Anteil von 2,3 % die COVID-19-Symptome länger als zwölf Wochen vorhielten. Dabei handelte es sich um Symptome wie Erschöpfung, Kopfschmerzen, Kurzatmigkeit und Anosmie (Beeinträchtigung des Geruchssinns). Ein fortgeschrittenes Alter und hohes Gewicht wirken sich negativ auf den Heilungsprozess von Corona aus. Ebenfalls litten Frauen länger an den Symptomen von Corona verglichen zu Männern [21]. Oft ist keine Assoziation zwischen der Schwere der Erkrankung und den Spätfolgen (Am Beispiel von chronischer Erschöpfung) festzustellen [22].

Ein nicht geringer Anteil an COVID-19-Patienten mit akutem Lungenversagen entwickelte im weiteren Verlauf ihrer Erkrankung eine Lungenfibrose. Vor allem ältere, männliche Personen mit Vorerkrankungen wie Diabetes und Bluthochdruck waren einem höheren Risiko für die Ausbildung dieser Erkrankung ausgesetzt. Unter einer Lungenfibrose versteht man die Vermehrung von Bindegewebe durch Kollageneinlagerung in die Lunge (Vernarbung) was mit einer Verhärtung des Gewebes und damit verbundener Funktionseinschränkung einhergeht. Das hat zur Folge, dass nicht mehr genügend Sauerstoff in das Blut transportiert werden kann. Die Lungenfunktion nimmt stetig ab, was zu Atemversagen und letztendlich in den meisten Fällen zum Tod führt [23].

Da ja SARS-CoV-2 alle Körperzellen befallen kann, die einen ACE2-Rezeptor aufweisen, können die unterschiedlichsten Organe von einer Corona-Erkrankung betroffen sein. Sogar Monate nach Eintritt der ersten Symptome verspürten Corona-Patienten Beeinträchtigungen an Organen wie dem Herzen, Leber, Lunge, Milz und Nieren. Häufig klagen sie über Beschwerden an mehreren Organen gleichzeitig. Dabei handelte es sich um Personen, die nicht der Gruppe der Risikopatienten angehörten und größtenteils (zu 82 %) nicht stationär behandelt werden mussten [24].

Bei einem hohen Anteil an inzwischen komplett symptomfreien Covid-19-Genesenen, konnten kardiovaskuläre Auffälligkeiten wie Herzmuskelentzündungen, regional vernarbtes Herzgewebe und eine Perikarditis beobachtet werden. Dabei spielte es keine Rolle ob die Genesenen nur einen relativ milden Verlauf hatten und COVID-19 zu Hause regenerierten oder ob sie stationär behandelt werden mussten [25]. Möglicherweise deutet auch eine langandauernde Erschöpfung nach einer Coronainfektion auf eine Herzbeteiligung hin und sollte unbedingt von einem Arzt untersucht werden ii.

Endothelzellen#  weisen ebenfalls ACE2-Rezeptoren auf. Daher sind diese ebenfalls hypothetische Zielorte für den Virus [26]. Eine Endothelitis mit anschließender Apoptose der Endothelzellen kann Ursache für ein Multiorganversagen oder auch für einen Schlaganfall sein. Ein Artikel beschreibt fünf Patienten zwischen 33 und 49 Jahren, bei denen eine schwere Infektion mit SARS-CoV-2 diagnostiziert wurde. Alle fünf Patienten erlitten einen ischämischen Schlaganfall [27]. Es ist bekannt, dass COVID-19 zu einer gestörten Blutgerinnung mit Thrombose als Folge, führen kann. Zusammen mit einer endothelialen Dysfunktion kann es selbst bei jungen Patienten zu einem ischämischen Schlaganfall kommen [28].

Außerdem gibt es starke Hinweise darauf, dass auch neurodegenerative und kognitive Erkrankungen, insbesondere Alzheimer, mit einer vorangegangenen Corona-Erkrankung in Verbindung gebracht werden können. Dies ist erstaunlich, da das Gehirn keine ACE2-Rezeptoren aufweist. Wo liegt also der Zusammenhang zwischen COVID-19 und einer neurologischen Störung? Es gibt mindestens vier mögliche pathogene Mechanismen, die für die schädliche Wirkung von COVID-19 auf das ZNS verantwortlich sein können: (1) eine direkte virale Enzephalitis (möglicherweise eine Sekundärinfektion), (2) eine systemische Entzündung, (3) eine periphere Organdysfunktion (Leber, Niere, Lunge), oder (4) eine zerebrovaskuläre Veränderungen [18]. In den meisten Fällen können die neurologischen Symptome von COVID-19 jedoch durch eine Kombination der oben genannten Faktoren entstanden sein, zum Beispiel als Folge einer übermäßigen Zytokinproduktion.

Weitere Fallstudien berichten auch über das zeitgleiche Auftreten von SARS-CoV-2 und einem Guillean-Barré-Syndroms (GBS) [30], sowie, seltener, von Varianten wie dem Miller-Fischer-Syndrom [31][32]. Letztendlich ist nicht hinreichend geklärt, was zuerst da war: ob die Corona-Infektion zu GBS führte oder ob das GBS eine Ansteckung mit COVID-19 begünstigte. Die Daten sind limitiert und weitere klärende Untersuchungen sind notwendig.

Eine weitere Studie beschäftigte sich mit den psychischen Folgen einer Corona-Erkrankung und konnte veranschaulichen, dass sich das Risiko von COVID-19-Genesenen, an einer psychischen Störung, Demenz oder auch Schlaflosigkeit zu erkranken, beinahe verdoppelte. Anders herum, an einer psychischen Erkrankung leidende Personen erkranken nicht häufiger an COVID-19 als psychisch Stabile [29]. Häufig werden bestehende psychische Erkrankungen aber erst durch den ärztlichen Kontakt offensichtlich, der durch die Corona-Infektion erst zustande kam. Möglicherweise wird das Ergebnis auch dadurch verfälscht, dass seit Beginn von COVID-19 allgemein ärztliche Diagnosen abnehmen. Seit Beginn der Pandemie sind klinische Diagnosen generell um 30 % gesunken, und zwar gleichermaßen für psychische als auch für physische Erkrankungen. Vermutlich wird einfach Fachpersonal seltener aufgesucht.

Abschließend sollte noch gesagt werden, dass bei jeder Krankheit, also auch bei SARS-CoV-2, befallene Zellen aufgrund von eingeleiteter Apoptose vom eigenen Immunsystem zerstört werden. Da eine RNA- oder auch DNA-Impfung Teile des Virus selber herstellen lässt und damit den Virus imitiert, werden auch durch die Impfung körpereigene Zellen zur Selbstzerstörung angeregt. So ist also nicht ungewöhnlich, dass durch die Impfung Zellen verloren gehen. Dies ist in einem gesunden Ausmaß völlig normal und nicht besorgniserregend. Dieser Verlust kann für gewöhnlich zügig vom Körper kompensiert werden.

 

# Endothelzellen: flache Zellen, die das Innere von Blutgefäßen auskleiden.

 

Weblinks:

  1. http://i. https://www.rki.de/SharedDocs/FAQ/NCOV2019/FAQ_Liste_Fallzahlen_Meldungen.html#FAQId13972158
  2. https://www.herzstiftung.de/herz-sprechstunde/alle-fragen/schwaeche-und-muedigkeit-nach-grippalem-infekt

Literaturverzeichnis:

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[2] S. Kaniyala Melanthota et al., “Elucidating the microscopic and computational techniques to study the structure and pathology of SARS‐CoVs,” Microsc. Res. Tech., vol. 83, no. 12, pp. 1623–1638, 2020.

[3] S. V. Mohan, M. Hemalatha, H. Kopperi, I. Ranjith, and A. K. Kumar, “SARS-CoV-2 in environmental perspective: Occurrence, persistence, surveillance, inactivation and challenges,” Chem. Eng. J., vol. 405, p. 126893, 2021, doi: https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.126893.

[4] M. Hoffmann, H. Kleine-Weber, and S. Pöhlmann, “A Multibasic Cleavage Site in the Spike Protein of SARS-CoV-2 Is Essential for  Infection of Human Lung Cells.,” Mol. Cell, vol. 78, no. 4, pp. 779-784.e5, May 2020, doi: 10.1016/j.molcel.2020.04.022.

[5] M. Romano, A. Ruggiero, F. Squeglia, G. Maga, and R. Berisio, “A Structural View of SARS-CoV-2 RNA Replication Machinery: RNA Synthesis, Proofreading and Final Capping,” Cells, vol. 9, no. 5, p. 1267, May 2020, doi: 10.3390/cells9051267.

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[8] H. Streeck et al., “Infection fatality rate of SARS-CoV-2 infection in a German community with a super-spreading event,” medRxiv, p. 2020.05.04.20090076, Jan. 2020, doi: 10.1101/2020.05.04.20090076.

[9] J. P. A. Ioannidis, “The infection fatality rate of COVID-19 inferred from seroprevalence data,” medRxiv, vol. 2019, pp. 1–37, 2020, doi: 10.1101/2020.05.13.20101253.

[10] E. Atangana and A. Atangana, “Facemasks simple but powerful weapons to protect against COVID-19 spread: Can they have sides effects?,” Results Phys., vol. 19, p. 103425, 2020, doi: 10.1016/j.rinp.2020.103425.

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