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Wie Impfstoffe Covid-Varianten fördern

Wie Impfstoffe Covid-Varianten fördern

Varianten sind eines der Markenzeichen dieser Pandemie, wobei immer infektiösere Formen des Virus in regelmäßigen Abständen zu existieren scheinen. Es ist jedoch leicht zu vergessen, dass vor 2021 Varianten eine Seltenheit waren, und das einzige Anzeichen für unsere variantenreiche Zukunft war das Auftauchen der erschreckend benannten Kent-Variante (später in Alpha umbenannt) Ende 2020. Der UKHSA-Impfüberwachungsbericht erwähnte Varianten erstmals im Mai 2021, allerdings nur am Rande. Im Laufe des Jahres 2021 tauchten jedoch immer häufiger neue Varianten auf, und in den jüngsten Berichten finden sich zehnmal mehr Verweise auf „Varianten“ als bei ihrem ersten Erscheinen. (Fairerweise muss man sagen, dass es früher einen ganz anderen Impfstoffbericht gab, der sich mit „besorgniserregenden Varianten“ befasste, nämlich die Technical Unterrichtung).

Aber „Varianten“ waren nicht einfach ein natürlicher Prozess der viralen Evolution – nicht, wenn es Menschen gab, die dafür verantwortlich waren. Im Sommer 2022 wurden mehrere Artikel veröffentlicht, in denen erklärt wurde, dass es die Ungeimpften waren, die diese Varianten hervorgebracht hatten, was den Ruf nach einer (vorgeschriebenen) allgemeinen Impfung verstärkte. Ich glaube, dass die Vorstellung, die Ungeimpften seien die Verursacher des Problems, auf einem Missverständnis der Rolle der Mechanismen beruht, die die virale Evolution vorantreiben. Es stimmt zwar, dass bei vielen Impfstoffen die Hauptquelle für Impfstoff-Escape-Varianten die Ungeimpften sind, doch gilt dies nur für sterilisierende Impfstoffe (die jede Viruslast bei der Infektion stoppen) und nicht für nicht-sterilisierende Impfstoffe wie die COVID-19-Impfstoffe. Um diesen Effekt weiter zu erklären, müssen wir uns mit dem Evolutionsprozess befassen. 

Die Evolution ist ein natürlicher Prozess, der erklärt, wie Organismen in einer bestimmten Umgebung immer besser überleben können. Sie tritt ein, wenn bestimmte Unterschiede zwischen ansonsten ähnlichen Organismen aus einem Grund begünstigt werden, was dazu führt, dass dieser spezielle Unterschied in der Population des Organismus häufiger vorkommt. Für die Evolution sind zwei Dinge erforderlich: eine Population des Organismus mit vererbbarer Vielfalt und ein selektiver Druck. Der Teil „Population“ bezieht sich darauf, wie viele der fraglichen Organismen existieren; der Selektionsdruck bezieht sich auf die „Stärke“ des Antriebs des Evolutionsprozesses, der als „Überleben des Stärkeren“ beschrieben werden könnte, d. h., dass diejenigen spezifischen Organismen, die besser überleben und sich fortpflanzen können, ihre Gene mit größerer Wahrscheinlichkeit an künftige Generationen weitergeben, wodurch die künftige Art im Durchschnitt besser überleben und sich fortpflanzen kann.

Auf den ersten Blick scheint der Teil „Population“ offensichtlich zu sein, denn ohne etwas, das sich entwickelt, kann es keine Evolution geben. Die Sache ist jedoch etwas komplexer als das. Wenn es um kuschelige Säugetiere geht, ist es im Allgemeinen recht einfach zu erkennen, was „Population“ bedeutet (man kann sie zählen). Bei Viren gibt es jedoch zwei Faktoren: die Viruslast in einem bestimmten infizierten Wirt und die Häufigkeit der Infektion in einer Population. Die Evolution „kümmert“ sich um beide Faktoren, und es ist wichtig, diese beiden „Populationen“ bei der folgenden Diskussion zu berücksichtigen. 

Die meisten Impfstoffe, die dem Menschen verabreicht werden, sind ziemlich sterilisierend, d. h. sie verhindern, dass sich eine nennenswerte Menge des Virus in einem geimpften Individuum entwickelt. Es liegt also auf der Hand, dass durch die Impfung eines sehr großen Anteils der Bevölkerung mit einem sterilisierenden Impfstoff die Entwicklung dieses speziellen Virus auf ein Minimum verlangsamt werden kann. Keiner der Geimpften wird eine nennenswerte Viruslast haben, und es wird nur wenige in der Population geben, bei denen eine Evolution stattfinden könnte (die Ungeimpften). Sobald eine Virusmutation auftaucht, die dem Virus eine bessere Chance bietet, in einem geimpften Individuum zu gedeihen oder andere geimpfte Individuen zu infizieren, wird sie sich selbst in einer weitgehend geimpften Population bald als vorherrschende Virusvariante durchsetzen. Allein die Tatsache, dass viele Menschen geimpft sind, wird zum vorherrschenden Selektionsdruck für das Virus – wenn der Hauptgrund, der das Virus am Gedeihen hindert, die durch den Impfstoff hervorgerufene Immunität ist, dann ist es das, was die Evolution zu überwinden versucht. Bei sterilisierenden Impfstoffen sind jedoch die einzigen Menschen mit einer bedeutenden Viruslast die Ungeimpften, und somit findet die Evolution in Richtung Impfstoffflucht weitgehend innerhalb der ungeimpften Bevölkerung statt. Da bei ungeimpften Personen kein Selektionsdruck in Richtung Impfstoffflucht besteht (bei diesen Personen gibt es keine durch den Impfstoff bedingte Immunität), wird die Entwicklung in Richtung Impfstoffflucht gedämpft.

Die Covid-Impfstoffe sind jedoch nicht sterilisierend: Geimpfte Personen können sich immer noch infizieren und haben in diesem Fall eine hohe Viruslast. Das wussten wir nicht, als wir im Dezember 2020 mit der Impfung begannen. Dies hätte wohl schon vor der Zulassung der Impfstoffe erkannt werden müssen, aber man hielt es für einen öffentlichen Notfall und hielt sich nicht an die normalen Verfahren zur Entwicklung von Impfstoffen. Es wurde jedoch bald klar, dass dies ein Problem sein würde – ich wurde zum ersten Mal im März 2021 durch die Veröffentlichung einer Arbeit aus Israel auf das Potenzial für Probleme aufmerksam. Dieses Team fand bei den geimpften und infizierten Personen eine weitaus höhere Viruslast als erwartet; mit Sicherheit genug Viruslast, um eine virale Evolution in Richtung Impfstoffflucht zu ermöglichen. Leider haben unsere Behörden diese und andere neue Erkenntnisse ignoriert und ihre Bevölkerung weiterhin wahllos geimpft.

Als klar wurde, dass die Impfstoffe nicht sterilisieren, änderte sich die Theorie über die „richtige“ Impfquote völlig. Mit nicht sterilisierenden Impfstoffen wird die „Herdenimmunität“ unmöglich, und dieses Ziel hätte sofort fallen gelassen werden müssen. Schlimmer noch: Die Tatsache, dass die Impfstoffe nicht sterilisieren, bedeutete, dass es einen großen Selektionsdruck für die Evolution und eine ausreichend große Virus-„Population“ bei geimpften Personen gab, was wiederum bedeutete, dass das Virus sich effektiver entwickeln konnte, um dem Impfstoff zu entkommen.

Außerdem ist zu beachten, dass die virale Evolution zur „Umgehung“ des Impfschutzes bei nicht sterilisierenden Impfstoffen nicht so einfach ist, dass die Impfstoffe keinen Schutz mehr bieten. Es gibt Fälle von sogenannten „undichten Impfstoffen“, die eine erhöhte Pathogenität (Schwere) entwickelt haben, weil sie sich evolutionär so entwickelt haben, dass sie dem Impfschutz entkommen. Das vielleicht bekannteste Beispiel für einen Impfstoff, der die Virulenz des Erregers erhöht, ist der Impfstoff gegen die Marek-Krankheit. Die Marek-Krankheit war ein Ärgernis für die Geflügelindustrie, als der Impfstoff in den frühen 1970er-Jahren in die Hühnerfarmen eingeführt wurde. Seitdem hat sich das Virus weiterentwickelt und ist wesentlich pathogener geworden, sodass eine umfassende Impfung zum Schutz vor der Krankheit erforderlich ist. Das Virus, das für die Marek-Krankheit verantwortlich ist, entwickelt sich weiter, und die Gefahr künftiger Probleme ist sehr real. Glücklicherweise gibt es kaum Anzeichen dafür, dass dies bei Covid der Fall ist; hoffentlich wird dies auch so bleiben.

Ein weiterer wichtiger Aspekt der Covid-Evolution ist die Frage, wie Mutationen auf das Spike-Protein wirken. Mutationen in der viralen RNA treten bei jeder Virusreplikation zufällig auf, und es gibt in der RNA des Virus kaum eine Präferenz, wo Mutationen auftreten könnten. Die Proteine, für die sie kodieren, sind jedoch nicht gleichermaßen in der Lage, nach einer Mutation in der RNA, die für sie kodiert, lebensfähig zu bleiben. Das bedeutet, dass eine Mutation in dem Teil der viralen RNA, der für ein bestimmtes Protein kodiert, genauso wahrscheinlich ist wie an einem anderen Ort, während das Virus eine Mutation an einer ungünstigen Stelle nicht überlebt und diese spezielle Mutation somit gar keine Chance hat, zu existieren. Andererseits ist das Covid-Spike-Protein sehr tolerant gegenüber Mutationen in der RNA, die es kodiert, und bleibt selbst bei einer relativ großen Anzahl von Mutationen lebensfähig. Da Mutationen im Spike-Protein seine Form und seinen Aufbau leicht verändern, sieht es für Antikörper, die vom körpereigenen Immunsystem zur Neutralisierung des Proteins gebildet werden, etwas anders aus, was dazu führt, dass das körpereigene Immunsystem weniger in der Lage ist, eine Infektion zu bekämpfen. Es ist wahrscheinlich, dass wir durch die Impfung die Immunsysteme von vielen Millionen Menschen weltweit einem identischen Spike-Protein ausgesetzt haben, und das Virus hat darauf mit einer raschen Weiterentwicklung reagiert, indem es Veränderungen in seinem Spike-Protein eingeführt hat, die es ihm ermöglicht haben, in dieser neuen, stark geimpften Welt zu gedeihen.

Es gibt auch eine Komplikation bei der viralen Evolution, die man bei der Evolution der meisten Pflanzen und Tiere nicht findet, nämlich dass der Selektionsdruck, der die Evolution bei Viren vorantreibt, sowohl zwischen infizierten Individuen als auch innerhalb infizierter Individuen auftritt, und dies ist besonders relevant für die Impfstoffflucht. Bei normalen Impfstoffen gibt es keine nennenswerte Viruspräsenz in geimpften Individuen, sodass Mutationen in ungeimpften Individuen auftreten. Manchmal führen diese Mutationen zu einer teilweisen Aufhebung des Impfschutzes, aber bevor die Evolution nach dieser Mutation selektieren kann, muss sie das ungeimpfte Individuum verlassen und versuchen, eine geimpfte Person zu infizieren – erst dann wird die Mutation „getestet“. Wenn jedoch die Mutation, die dem Impfstoff entgeht, in einem ungeimpften Individuum keinen Selektionsvorteil bietet, wird sie nicht gedeihen, bevor sie die Chance erhält, ihre höhere Infektiosität bei anderen, geimpften Individuen zu testen. Die Tatsache, dass das Virus „nicht weiß“, ob eine bestimmte Mutation, die bei einem ungeimpften Individuum auftritt, tatsächlich zu einer Impfstoffflucht führt, bis das Virus auf ein geimpftes Individuum übertragen wird, verlangsamt die effektive Evolutionsrate des Virus in Richtung Impfstoffflucht erheblich.  

Da das Virus einem so starken Selektionsdruck ausgesetzt war, um die von den Antikörpern gegen das ursprüngliche (Wuhan-)Spike-Protein gebotene Immunität zu überwinden, könnte dies dazu geführt haben, dass es weniger wahrscheinlich mutiert, um das vielfältige Spektrum an Antikörpern (und anderen Immunreaktionen) zu überwinden, das nach einer natürlichen Infektion (d. h. nach der Exposition gegenüber allen Proteinen des gesamten Covid-Virus) entsteht.

Es gibt noch eine weitere Nuance dieses Effekts. Das Zusammenspiel zwischen Mutationen und viraler Fitness ist komplex, und es ist möglich, dass eine Mutation zu einem Virus führt, das eine gewisse durch Impfung erzeugte Immunität überwindet (positiv für das Virus), das aber auch eine etwas geringere Fähigkeit hat, Zellen der oberen Atemwege zu infizieren (negativ für das Virus), als die dann in der Bevölkerung vorherrschende Variante. In einer Gemeinschaft mit niedrigen Impfquoten würde die Tatsache, dass die Mutation zu einer geringeren Infektiosität führt, wahrscheinlich dazu führen, dass diese Mutation ausstirbt, da die Mutation, die dem Impfstoff entgeht, keinen großen Nutzen bietet, wenn nur wenige Personen geimpft werden. Wenn jedoch in einer Gemeinschaft eine hohe Durchimpfungsrate besteht, verschafft das Entweichen der durch den Impfstoff hervorgerufenen Immunität dem mutierten Virus einen Selektionsvorteil, selbst wenn die Infektiosität bei nicht geimpften Personen geringer ist, und die mutierte Variante könnte sich als dominante Variante in diesem Ausbruch durchsetzen. Wenn sich diese Mutation erst einmal etabliert hat, ist es außerdem möglich, dass eine weitere Mutation auftritt, die die Infektiosität des ursprünglichen Virus wiederherstellt, sodass es sowohl eine hohe Infektiosität als auch eine hohe Impfstoffresistenz aufweist. Aus diesem Grund kann es unter bestimmten Umständen vorteilhaft sein, nur die am stärksten gefährdeten Personen zu impfen, wenn keine sterilisierende Immunität erreicht wird und der Impfstoff auf mutierbare Teile des genetischen Codes des Virus abzielt (insbesondere bei RNA-Viren, die viel schneller mutieren als DNA-Viren). Dafür ist es jetzt allerdings zu spät.

Eine weitere kleine Anmerkung zu den Covid-Varianten. Im Jahr 2021 beschloss die Weltgesundheitsorganisation, dass sie jede neue Variante mit dem griechischen Alphabet benennen sollte. Wahrscheinlich ist diese Entscheidung darauf zurückzuführen, dass die Medien gerne Varianten aus der Region benennen, in der sie zuerst entdeckt wurden. Die WHO hatte schon genug Probleme damit, darauf zu bestehen, dass man Covid nicht als „chinesisches Virus“ bezeichnet, obwohl es etwas seltsam ist, dass sie sich so sehr für diesen relativ irrelevanten Aspekt eines weltweiten Gesundheitsnotfalls einsetzte. (Fairerweise muss man sagen, dass die Vermeidung von „stigmatisierenden“ Namen für neue Krankheiten seit 2015 zur WHO-Politik gehört). Das Seltsame ist, dass die WHO seit dem Auftauchen von Omikron keine weiteren Covid-Varianten benannt hat. Omikron ist im Vergleich zum ursprünglichen Wuhan-Stamm und allen früheren Varianten ziemlich stark mutiert. In der Tat wird argumentiert, dass die Omikron-Variante angesichts des evolutionären Abstands zu COVID-19 und der klinischen Unterschiede zu diesem Stamm eigentlich COVID-21 hätte heißen müssen. Alle wichtigen Untervarianten von Omikron sind mindestens ebenso gültig wie die Varianten, die vor Omikron auftraten, und daher ist es merkwürdig, dass die WHO bei Omikron aufhört. Andererseits hätte die WHO, wenn sie weiterhin neue Varianten benannt hätte, im Sommer 2022 wahrscheinlich keine griechischen Buchstaben mehr zur Verfügung gehabt (es fehlten sogar zwei, da sie aus einem seltsamen Grund beschlossen hatte, Nu oder Xi nicht zu verwenden). Wie dem auch sei, ich kann mir vorstellen, dass die Aufeinanderfolge komplex benannter Varianten (XBB!, BA2.75.2! usw.) vielen suggeriert, dass die Entwicklung von Covid zu einer wissenschaftlichen Kuriosität geworden ist und nicht eine immer höhere Mutationsrate des Virus im Vergleich zu den griechischen Buchstaben von 2021 widerspiegelt. Vielleicht ist dies für einige Parteien von Vorteil.