Die ungewöhnlichen Fälle von Lungenentzündung traten Mitte des Winters in China auf. Die Ursache, Forscher würden später lernen, war ein Coronavirus neu in der Wissenschaft. Im März breitete sich die Infektion auf andere asiatische Länder und Übersee aus. Menschen starben, und die Weltgesundheitsorganisation gab einen globalen Gesundheitsalarm heraus.
Aber das war 2003, nicht 2020, und die Krankheit war SARS, nicht Covid-19. Bis Juni war der Ausbruch mit nur 8,098 bestätigten Infektionen und 774 Todesfällen weltweit fast verschwunden. Seit 2004 wurden keine Fälle von SARS gemeldet.Vergleichen Sie dies mit dem eng verwandten Coronavirus, das heute Covid-19 verursacht: mehr als 13,600,000 bestätigte Fälle ab Juli 16 und mehr als 585,000 Todesfälle.
Warum ist SARS verschwunden, während sich das heutige Coronavirus weiter ausbreitet? Warum sind diese beiden Coronaviren überhaupt von ihren ursprünglichen Fledermauswirten auf Menschen übergegangen?
Und genauso wichtig wie diese Fragen ist eine andere: Was passiert als nächstes?
Angesichts der aktuellen Pandemie wird es wichtig sein zu verstehen, wie sich SARS-CoV-2, das Virus, das Covid-19 verursacht, wahrscheinlich in den kommenden Monaten und Jahren entwickeln wird. Es ist möglich, dass das Virus seinen tödlichen Charakter verliert und sich in einem evolutionären Détente mit der Menschheit niederlässt. Es könnte nur ein weiteres Erkältungsvirus sein, wie es in der Vergangenheit einem anderen Coronavirus passiert sein könnte. Aber es könnte auch eine ernsthafte Bedrohung bleiben oder sich vielleicht sogar entwickeln, um tödlicher zu werden. Das Ergebnis hängt vom komplexen und manchmal subtilen Zusammenspiel ökologischer und evolutionärer Kräfte ab, die bestimmen, wie Viren und ihre Wirte aufeinander reagieren.“Eine Sache, die man über die Evolution lernt, ist nie zu verallgemeinern“, sagt Edward Holmes, ein evolutionärer Virologe an der Universität von Sydney, Australien, und Autor eines Artikels über die Evolution neu auftretender Viren in der Jahresrückblick auf Ökologie, Evolution und Systematik. „Es hängt ganz von der biologischen Nuance der Situation ab.“
Schritte zum viralen Erfolg
Viele der gruseligsten Viren, die vergangene oder aktuelle Epidemien verursacht haben, stammten von anderen Tieren und sprangen dann auf Menschen über: HIV von anderen Primaten, Influenza von Vögeln und Schweinen und Ebola wahrscheinlich von Fledermäusen. Das gilt auch für Coronaviren: Diejenigen, die hinter SARS (schweres akutes respiratorisches Syndrom), MERS (Middle East Respiratory Syndrome) und Covid-19 stehen, stammen wahrscheinlich alle von Fledermäusen ab und kamen über eine andere Sprungbrett-Art, wahrscheinlich Palmzibettiere, Kamele und möglicherweise Schuppentiere, zu den Menschen.
Aber der Sprung von einer Spezies zur anderen ist nicht einfach, denn erfolgreiche Viren müssen eng an ihre Wirte angepasst sein. Um in eine Wirtszelle zu gelangen, muss ein Molekül auf der Virusoberfläche mit einem Rezeptor an der Außenseite der Zelle übereinstimmen, wie ein Schlüssel, der in ein Schloss passt. Sobald es sich in der Zelle befindet, muss das Virus der Immunabwehr der Zelle ausweichen und dann die entsprechenden Teile der Biochemie des Wirts befehligen, um neue Viren hervorzubringen. Einige oder alle dieser Faktoren sind wahrscheinlich von einer Wirtsart zur anderen unterschiedlich, so dass sich Viren genetisch verändern müssen – das heißt, sich entwickeln -, um sich in einem neuen Tier niederzulassen.
Der Hostwechsel umfasst tatsächlich zwei Schritte, die sich jedoch überlappen können. Erstens muss das Virus in der Lage sein, in die Zellen des neuen Wirts einzudringen: Das ist eine Mindestvoraussetzung, um den Wirt krank zu machen. Aber um Epidemien auslösen zu können, muss das Virus auch in seinem neuen Wirt infektiös — also zwischen Individuen übertragbar — werden. Das ist es, was ein Virus von einem gelegentlichen Ärgernis zu einem Virus macht, das weit verbreiteten Schaden anrichten kann.
SARS-CoV-2 zeigt diese beiden Stadien deutlich. Verglichen mit dem Virus bei Fledermäusen tragen sowohl das Virus, das Menschen infiziert, als auch ein naher Verwandter bei Schuppentieren eine Mutation, die die Form des Oberflächenproteins “ Spike“ verändert.“ Die Veränderung befindet sich genau an der Stelle, die an Rezeptoren der Wirtszelle bindet, um das Virus einzulassen. Dies deutet darauf hin, dass die Mutation zuerst entweder bei Schuppentieren oder einer noch nicht identifizierten Art auftrat und es dem Virus ermöglichte, auch auf Menschen überzuspringen.Aber SARS-CoV-2 trägt andere Veränderungen im Spike-Protein, die entstanden zu sein scheinen, nachdem es auf Menschen gesprungen ist, da sie nicht in den Fledermaus- oder Pangolin-Viren vorkommen. Einer befindet sich in einer Region namens polybasische Schnittstelle, von der bekannt ist, dass sie andere Coronaviren und Grippeviren infektiöser macht. Ein anderer scheint das Spike-Protein weniger zerbrechlich zu machen, und in Laborexperimenten mit Zellkulturen macht es das Virus infektiöser. Die Mutation ist mit fortschreitender Covid-19—Pandemie häufiger geworden, was darauf hindeutet — aber nicht beweist -, dass sie das Virus auch in der realen Welt ansteckender macht. (Glücklicherweise, obwohl es die Verbreitung erhöhen kann, scheint es die Menschen nicht kränker zu machen.Dieser evolutionäre Zweischritt – zuerst Spillover, dann Anpassung an den neuen Wirt — ist wahrscheinlich charakteristisch für die meisten Viren, da sie Wirte verschieben, sagt Daniel Streicker, ein viraler Ökologe an der Universität von Glasgow. In diesem Fall durchlaufen aufkommende Viren wahrscheinlich unmittelbar nach einer Wirtsverschiebung eine „stille Periode“, in der das Virus kaum vorbeigeht und am Rande des Aussterbens steht, bis es die Mutationen erhält, die für das Aufblühen einer Epidemie erforderlich sind.Streicker sieht dies in Studien zur Tollwut bei Fledermäusen — was ein gutes Modell für die Untersuchung der Evolution aufkommender Viren ist, sagt er, da das Tollwutvirus viele Male zwischen verschiedenen Fledermausarten gesprungen ist. Er und seine Kollegen untersuchten jahrzehntelange genetische Sequenzdaten für Tollwutviren, die solche Wirtsverschiebungen erfahren hatten. Da größere Populationen mehr genetische Varianten enthalten als kleinere Populationen, konnten die Wissenschaftler durch die Messung der genetischen Vielfalt in ihren Proben abschätzen, wie weit das Virus zu einem bestimmten Zeitpunkt verbreitet war.
Das Team stellte fest, dass fast keiner der 13 untersuchten Virusstämme unmittelbar nach dem Wechsel zu einer neuen Fledermausart abhob. Stattdessen lebten die Viren jahrelang bis Jahrzehnte am Rande, bevor sie die Mutationen — von noch unbekannter Funktion — erwarben, die es ihnen ermöglichten, epidemische Ausmaße anzunehmen. Es überrascht nicht, dass die Viren, die am schnellsten auftauchten, diejenigen waren, die die wenigsten genetischen Veränderungen benötigten, um zu blühen.SARS-CoV-2 durchlief wahrscheinlich eine ähnliche schwache Phase, bevor es die Schlüsselanpassungen erlangte, die es ihm ermöglichten, zu gedeihen, vielleicht die Mutation an der polybasischen Schnittstelle, vielleicht andere, die noch nicht identifiziert wurden. In jedem Fall, sagt Colin Parrish, ein Virologe an der Cornell University, der Wirtsverschiebungen studiert, „als die erste Person in Wuhan mit Coronavirus identifiziert worden war, war sie wahrscheinlich schon eine Weile bei Menschen.“Es war unser Pech, dass sich SARS-CoV-2 erfolgreich angepasst hat. Viele Viren, die auf den Menschen übergreifen, tun dies nie. Es ist bekannt, dass etwa 220 bis 250 Viren Menschen infizieren, aber nur etwa die Hälfte ist übertragbar — viele nur schwach — von einer Person zur anderen, sagt Jemma Geoghegan, eine evolutionäre Virologin an der Universität von Otago, Neuseeland. Der Rest sind Sackgasseninfektionen. Die Hälfte ist eine großzügige Schätzung, fügt sie hinzu, da viele andere Spillover-Ereignisse wahrscheinlich verpuffen, bevor sie überhaupt gezählt werden können.
Immer schöner — oder böser
SARS-CoV-2 ist natürlich weit über das Taumeln hinaus. Die große Frage ist nun: Was passiert als nächstes? Eine populäre Theorie, die von einigen Experten unterstützt wird, ist, dass Viren oft beginnen, ihre Wirte zu schädigen, sich aber zu einer gutartigeren Koexistenz entwickeln. Schließlich verursachen viele der uns bekannten Viren, die bei einer neuen Wirtsart schwere Probleme auslösen, bei dem Wirt, von dem sie ursprünglich stammen, leichte oder gar keine Krankheiten. Und aus der Perspektive des Virus behauptet diese Theorie, dass Wirte, die weniger krank sind, sich eher bewegen, andere treffen und die Infektion weiter verbreiten.“Ich glaube, dass Viren dazu neigen, weniger pathogen zu werden“, sagt Burtram Fielding, ein Coronavirologe an der University of the Western Cape, Südafrika. „Das ultimative Ziel eines Erregers ist es, sich zu vermehren, mehr aus sich selbst zu machen. Jeder Erreger, der den Wirt zu schnell tötet, gibt sich nicht genug Zeit, um sich zu vermehren.“ Wenn sich SARS-CoV-2 schneller und weiter ausbreiten kann, indem weniger Menschen getötet oder schwer verletzt werden, könnten wir erwarten, dass es im Laufe der Zeit weniger schädlich wird — oder, wie Virologen es nennen, weniger virulent.Diese Art der evolutionären Gentling könnte genau das sein, was vor mehr als einem Jahrhundert mit einem der anderen menschlichen Coronaviren, bekannt als OC43, passiert ist, schlägt Fielding vor. Heute ist OC43 eines von vier Coronaviren, die bis zu einem Drittel der Erkältungsfälle (und möglicherweise gelegentlich schwererer Erkrankungen) ausmachen. Aber Fielding und einige andere glauben, dass es auch das Virus hinter einer weltweiten Pandemie gewesen sein könnte, die normalerweise der Influenza zugeschrieben wird und 1890 begann und weltweit mehr als eine Million Menschen tötete, einschließlich des Enkels und Erben von Königin Victoria.
Wissenschaftler können das nicht beweisen, weil keine Virusproben von dieser Pandemie überleben, aber einige Indizien machen den Fall plausibel, sagt Fielding. Zum einen hatten Menschen, die in der Pandemie von 1890 infiziert waren, anscheinend Symptome des Nervensystems, die wir heute eher für Coronaviren als für Influenza sehen. Und als belgische Forscher das Genom von OC43 im Jahr 2005 sequenzierten und es mit anderen bekannten Coronaviren verglichen, kamen sie zu dem Schluss, dass es wahrscheinlich als Rindervirus entstand und um 1890 auf Menschen übergesprungen sein könnte. Sie spekulierten, dass es die Pandemie von 1890 verursacht haben könnte, und ließen sich dann auf eine weniger unangenehme Koexistenz als ein gewöhnliches Erkältungsvirus ein.
Andere Evolutionsbiologen sind anderer Meinung. Die Pandemie verblasste sicherlich, als mehr Menschen immun wurden, aber es gibt keine soliden Beweise dafür, dass sich OC43 selbst im letzten Jahrhundert von hoch virulent zu meist gutartig entwickelt hat, sagen sie. Selbst wenn dies der Fall wäre, bedeutet dies nicht, dass SARS-CoV-2 derselben Flugbahn folgt. „Man kann nicht einfach sagen, dass es schöner wird, dass ein gut angepasster Erreger seinem Wirt irgendwie nicht schadet. Die moderne Evolutionsbiologie und viele Daten zeigen, dass das nicht wahr sein muss. Es kann schöner werden und es kann übler werden „, sagt Andrew Read, ein evolutionärer Mikrobiologe an der Penn State University. (Holmes ist unverblümt: „Der Versuch, die Virulenzentwicklung vorherzusagen, ist ein Kinderspiel“, sagt er.Um zu verstehen, warum es so schwer ist, Veränderungen der Virulenz vorherzusagen, sagt Read, dass es wichtig ist, den Unterschied zwischen Virulenz — das heißt, wie krank ein Virus seinen Wirt macht — und seiner Übertragbarkeit zu erkennen, oder wie leicht es von einem Wirtsindividuum zu einem anderen übergeht. Die Evolution begünstigt immer eine erhöhte Übertragbarkeit, da Viren, die sich leichter ausbreiten, evolutionär fitter sind — das heißt, sie hinterlassen mehr Nachkommen. Aber Übertragbarkeit und Virulenz sind in keiner zuverlässigen Weise miteinander verbunden, sagt Read. Einige Keime tun gut, auch wenn sie dich sehr krank machen. Die Bakterien, die Cholera verursachen, verbreiten sich durch Durchfall, so dass schwere Krankheiten gut für sie sind. Malaria und Gelbfieber, die von Moskitos übertragen werden, können sich sogar von einer Person an der Tür des Todes gut ausbreiten.
Respiratorische Viren, wie Influenza und die menschlichen Coronaviren, brauchen Wirte, die sich genug bewegen, um aufeinander zu atmen, so dass extrem hohe Virulenz in einigen Fällen schädlich sein kann. Aber es gibt keinen offensichtlichen evolutionären Vorteil für SARS-CoV-2, um seine Virulenz zu reduzieren, weil es wenig Preis dafür zahlt, gelegentlich Menschen zu töten: Es breitet sich leicht von infizierten Menschen aus, die sich noch nicht krank fühlen, und sogar von denen, die möglicherweise nie Krankheitssymptome zeigen. „Um ehrlich zu sein, ist das neuartige Coronavirus bereits ziemlich fit“, sagt Geoghegan.
Es gibt auch nicht viele dokumentierte Fälle von Viren, deren Virulenz im Laufe der Zeit nachgelassen hat. Das seltene, klassische Beispiel ist das Myxomavirus, das in den 1950er Jahren absichtlich aus Südamerika nach Australien eingeführt wurde, um invasive europäische Kaninchen zu kontrollieren. Innerhalb weniger Jahrzehnte entwickelte sich das Virus, um seine Virulenz zu reduzieren, wenn auch nur auf 70 bis 95 Prozent Letalität von satten 99.8 prozent. (Es hat sich seitdem wieder angekreuzt.)
Aber Myxoma steht fast allein, sagt Parrish. Zum Beispiel gibt es keine Hinweise darauf, dass neuere menschliche Krankheitserreger wie Ebola-, Zika- oder Chikungunya-Viren in der relativ kurzen Zeit seit dem Sprung auf den Menschen Anzeichen dafür gezeigt haben, weniger pathogen zu werden.
Diejenigen, die weggingen
Die verblassten Alpträume unserer Vergangenheit — Pandemien, die terrorisierten und dann zurückgingen, wie SARS in 2003 und Grippe in 1918-20 und erneut in 1957, 1968 und 2009 — verschwanden nicht, weil sich die Viren zu milderen Krankheiten entwickelten, sondern aus anderen Gründen. Im Fall von SARS machte das Virus die Menschen krank genug, dass das Gesundheitspersonal die Krankheit eindämmen konnte, bevor sie außer Kontrolle geriet. „Menschen, die SARS bekamen, wurden sehr schnell sehr krank und konnten leicht identifiziert, leicht verfolgt und leicht unter Quarantäne gestellt werden — und ihre Kontakte wurden auch leicht identifiziert und unter Quarantäne gestellt“, sagt Mark Cameron, Immunologe an der Case Western Reserve University in Cleveland, der auf dem Höhepunkt des SARS-Ausbruchs in einem Krankenhaus in Toronto arbeitete. Das würde für Covid-19 nie so einfach sein, da Menschen, die keine Symptome zeigen, das Virus verbreiten können.
Grippepandemien sind aus einem anderen Grund tendenziell zurückgegangen, der in unserem gegenwärtigen Moment mehr Hoffnung bietet: Genug von der Bevölkerung wird schließlich immun, um das Virus zu verlangsamen. Das H1N1-Influenzavirus, das die Pandemie von 1918 verursachte, blieb bis in die 1950er Jahre das wichtigste Influenzavirus, und seine Nachkommen zirkulieren immer noch in der menschlichen Bevölkerung. Was das Virus 1918-20 zu einer solchen Bedrohung machte, war, dass es neuartig war und die Menschen wenig Immunität hatten. Nachdem ein Großteil der Bevölkerung dem Virus ausgesetzt war und Immunität entwickelt hatte, ließ die Pandemie nach, obwohl das Virus — wie bis heute – auf einem niedrigeren Infektionsniveau anhielt. Es scheint jetzt weniger tödlich zu sein, vor allem, weil ältere Menschen, die das größte Risiko haben, an Influenza zu sterben, normalerweise irgendwann in ihrem Leben auf H1N1-Influenza oder ähnliches gestoßen sind und ein gewisses Maß an Immunität behalten, sagt Read.Mit dem neuen Coronavirus sagt Parrish: „Wir befinden uns in der Zeit von 1918, in der sich das Virus in einer naiven Bevölkerung schnell ausbreitet.“ Aber das wird sich ändern, wenn mehr Menschen entweder Covid-19 bekommen oder geimpft werden (falls und wann dies möglich wird) und ein gewisses Maß an Immunität entwickeln. „Es steht außer Frage, dass das Virus absterben wird, sobald die Bevölkerung weitgehend immun ist“, sagt Parrish.
Die Frage ist, wie lange diese Immunität anhält: ein Leben lang wie Pocken oder nur ein paar Jahre wie Grippe? Dies hängt zum Teil davon ab, ob der Impfstoff eine dauerhafte oder nur eine vorübergehende Antikörperantwort induziert. Es hängt aber auch davon ab, ob sich das Virus ändern kann, um den durch den Impfstoff erzeugten Antikörpern auszuweichen. Obwohl Coronaviren Mutationen nicht so schnell akkumulieren wie Grippeviren, ändern sie sich immer noch. Und mindestens eine, die Bronchitis bei Hühnern verursacht, hat neue Varianten entwickelt, die von früheren Impfstoffen nicht abgedeckt werden. Aber zu diesem Zeitpunkt weiß niemand, was von SARS-CoV-2 zu erwarten ist.
Es gibt mindestens einen ermutigenden Aspekt zu all dem. Auch wenn wir nicht vorhersagen können, wie sich das Virus entwickeln wird oder wie es auf den kommenden Impfstoff reagieren wird, können wir alle etwas tun, um das Risiko zu verringern, dass sich das Virus auf gefährliche Weise entwickelt. Und es beinhaltet keine komplizierten neuen Verhaltensweisen. „Viren können sich nur entwickeln, wenn sie sich replizieren und übertragen“, sagt Streicker. „Alles, was die Replikation eines Virus reduziert, wird folglich die Evolution reduzieren.“ Mit anderen Worten, wir können unseren Teil dazu beitragen, die Entwicklung des Covid-19-Virus zu verlangsamen, indem wir uns genau so verhalten, wie es uns bereits gesagt wurde, um eine Infektion zu vermeiden: Minimieren Sie den Kontakt mit anderen, waschen Sie Ihre Hände und tragen Sie eine Maske.
Dieser Artikel erschien ursprünglich im Knowable Magazine, einem unabhängigen journalistischen Unterfangen aus jährlichen Rezensionen. Melden Sie sich für den Newsletter an.