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Coronaviren
Humane Coronaviren wurden 1965 entdeckt. Elektronenmikroskopische Aufnahmen zeigten Viruspartikel mit einer Membranhülle, in die deutlich erkennbare Virusproteine eingelagert waren (Spikeproteine, auch als Peplomere bezeichnet), welche insgesamt ein kranz- oder kronenartiges Aussehen ergaben (lateinisch corona), was zur Namensgebung führte.
Corona-Viren sind beim Menschen und bei anderen Säugetieren weit verbreitet. Beim Menschen sind vor allem die humanen Coronaviren E229, OC43, NL63 und HKU1 als Erreger respiratorischer Infekte bedeutsam. Das SARS-Coronavirus (2002) und das MERS-Coronavirus (2012) sowie das im Dezember 2019 erstmals beim Menschen in der chinesischen Provinz Hubei, in der Stadt Wuhan nachgewiesene SARS-CoV-2 wurden als Zoonosen übertragen und induzieren beim Menschen zum Teil schwere Erkrankungen der unteren Atemwege (COVID-19 = coronavirus disease 2019).
Taxonomie
Taxonomisch gehört die Familie Coronaviridae zur Ordnung Nidovirales. Coronaviridae sind in zwei Unterfamilien unterteilt, die Corona- und die Torovirinae. Die Unterfamilie Coronavirinae enthält die Gattungen Alpha-, Beta-, Gamma- und Deltacoronavirus. Die Coronaviren des Menschen und der Säugetiere gehören den Gattungen Alpha- und Betacoronavirus an. Die human pathogenen Coronaviren NL63 und 228E sind Alphacoronavirinae, während HKU1, OC43 sowie das MERS, SARS-CoV-1 und das 2019 entstandene SARS-CoV-2 zum Genus Beta gehören. Betacoronaviren sind weiterhin in 4 Linien A–D eingeteilt. SARS-CoV und SARS-CoV-2 gehören zur Linie B und MERS-CoV zur Linie C.
Aufbau, Virusvermehrung
Toroviren besitzen ein wulstförmiges Nucleocapsid, daher ihr Name (lateinisch torus = Wulst). Der Gattung Toruvirus gehören verschiedene Virusarten an, die bei Pferden (Bernvirus), Rindern (Bredavirus), Schweinen und beim Menschen nachgewiesen wurden. Sie werden mit Durchfallerkrankungen, besonders bei Jungtieren bzw. Kindern, in Verbindung gebracht.
Coronaviren sind sphärische Partikel von etwa 120–160 nm Größe. Die Virus-Nucleinsäure (Genom) ist eine positivsträngige RNA, 25–32 kB groß (die größten bekannten RNA-Moleküle). Das Genom fungiert als mRNA (messenger-RNA) und wird nach der Freisetzung in der befallenen Zelle im Cytoplasma translatiert. Hierbei wird eine RNA-abhängige RNA-Polymerase synthetisiert, die den positiven RNA-Strang in einen Negativstrang umschreibt. Von diesem werden charakteristische, kurze („subgenomische“) virale mRNA-Moleküle mit einem identischen 3′-Ende synthetisiert (auch als „nested set“ bezeichnet), die dann in die jeweiligen Virus-Strukturproteine translatiert werden. Weiterhin dient der Negativstrang als Matrize für die Bildung neuer genomischer, positiver RNA-Moleküle. Der Zusammenbau der Viruspartikel erfolgt am endoplasmatischen Retikulum. Hier findet auch der Budding-Prozess (Abschnürung) statt, bei dem die Partikel ihre Hülle erlangen. Die Viren werden dann über den Golgi-Apparat zur Zelloberfläche gebracht, wo sie in die Umgebung freigesetzt werden.
Coronaviren zeigen eine hohe genetische Plastizität. Neben Punktmutationen trägt hierzu insbesondere der Austausch von Genabschnitten durch RNA-Rekombination bei. Da die RNA der Coronaviren sehr groß ist, aber im Verlauf der Vermehrung Punktmutationen unweigerlich akkumulieren, könnten Rekombinationen es möglicherweise den Viren erlauben, „schädliche“ Genabschnitte zu entfernen. Weiterhin dürften Mutation und Rekombination es den Viren erleichtern, sich schnell an einen neuen Wirt anzupassen, wie es das Beispiel der SARS-Coronaviren (und eventuell auch MERS-Coronavirus) gezeigt hat.
Vorkommen und Epidemiologie
Mensch
Infektionen durch humane Coronaviren (HCoV) sind bereits seit den 1960er Jahren bekannt (mit den Coronaviren HCoV-229E und HCoV-OC43). Sie betreffen meist den oberen Atmungstrakt. Beim Erwachsenen verlaufen diese Infektionen häufig unbemerkt (inapparent), wenn Symptome auftreten, sind diese relativ harmlos, wie beispielsweise Schnupfen und Hals- und Kopfschmerzen. Geschätzt etwa 10–30 % aller Erkältungskrankheiten werden durch diese Coronaviren verursacht. Insbesondere das HCoV-OC43 soll auch Durchfallerkrankungen hervorrufen können.
In der Ära nach SARS wurden zwei weitere Coronavirusarten beim Menschen entdeckt. HCoV-NL63 wurde 2004 in den Niederlanden von einem Kleinkind mit Bronchiolitis isoliert. HCoV-HKU1 wurde 2005 erstmals bei einem an Lungenentzündung erkrankten älteren Mann in Hongkong nachgewiesen. Beide Erreger zirkulierten jedoch schon lange vor ihrer Entdeckung in der menschlichen Bevölkerung.
Die genannten Coronavirusarten sind weit verbreitete Erreger von weitgehend harmlosen Erkältungskrankheiten. Sie können jedoch bei Kleinkindern und Älteren, immungeschwächten Personen oder Patienten mit gleichzeitiger Infektion mit einem weiteren respiratorischen Erreger oder anderen primären Krankheiten (Diabetes, Krebs etc.) mitunter schwerere klinische Symptome, selten sogar tödliche Erkrankungen auslösen.
Infektionen
Durch SARS-CoV
Von Südchina ausgehend verbreitete sich im November 2002 das SARS assoziierte Coronavirus, das SARS-CoV (severe acute respiratory syndrome coronavirus), das als Erreger des „schweren akuten Atemwegssyndroms“ (SARS) erstmals im Menschen identifiziert wurde. Innerhalb weniger Wochen wurde das Virus auf nahezu alle Kontinente verbreitet. Die SARS-Pandemie 2002/2003 forderte 8096 Erkrankte und 774 Todesopfer, dies entspricht einer Letalitätsrate von 9,6 %. Man vermutet, dass das SARS-CoV erstmals vom Larvenroller, einer Süd- /Ostasiatischen Schleichkatze, der als Zwischenwirt diente, übertragen wurde.
Die Übertragung des Virus auf den Menschen und die rasche Ausbreitung wurde durch die dichte Besiedlung sowie den Genuss von Wild- und exotischen Tieren, deren Zubereitung und Verzehr in unmittelbarer Nähe zum Menschen erfolgt, begünstigt.
Die enge gesellschaftliche und wirtschaftliche Vernetzung, die globale Mobilität sowie das fehlende Wissen über den neuartigen Erreger trugen zur schnellen weltweiten Verbreitung bei. Mit Hilfe präventiver Maßnahmen, wie Reisewarnungen oder -verbote, Zwangsquarantänen und groß angelegten Desinfektionen konnte der Erreger wieder aus der menschlichen Population eliminiert werden; siehe auch SARS-Coronavirus.
Durch MERS-CoV
Das MERS-CoV (Middle East respiratory syndrome coronavirus) wurde im April 2012 erstmals bei Patienten auf der arabischen Halbinsel nachgewiesen. Bei gesunden Menschen verläuft die Erkrankung in der Regel asymptomatisch oder mit milden grippeähnlichen Symptomen. Bei schweren Verläufen kann sich eine Pneumonie entwickeln, die in ein akutes Atemnotsyndrom übergehen kann. Ein häufiges Begleitsymptom ist Durchfall; es kann zu Nierenversagen kommen. Schwere Verläufe treten überwiegend bei Menschen mit chronischen Vorerkrankungen auf, wie z. B. Diabetes, Herzerkrankungen, chronische Nieren- oder Lungenerkrankungen.
Bislang (Januar 2020) wurden der Weltgesundheitsorganisation (WHO) mehr als 2500 laborbestätigte Fälle (davon mehr als 860 Todesfälle) aus 27 Ländern gemeldet (für die Zeit von 2012 bis 2020)[1]. Alle bisherigen Fälle waren direkt oder über einen anderen Patienten mit der Saudi-Arabischen Halbinsel oder benachbarten Ländern assoziiert. Als Virusreservoir bzw. Zwischenwirte für MERS-CoV gelten Dromedare. Eine Übertragung von Mensch zu Mensch ist möglich. Die Erkrankungs- bzw. Infektionsrate bei Haushaltskontakten von Primärfällen wird als niedrig beschrieben. In Krankenhäusern haben sich jedoch schon mehrere, zum Teil große Ausbrüche ereignet; siehe auch MERS-Coronavirus.
Durch SARS-CoV-2
Im Dezember 2019 traten gehäuft Fälle von Erkrankungen mit Anzeichen einer viralen Lungenentzündung unbekannter Ursache in der chinesischen Provinz Hubei auf. Aus den Patienten konnte ein bisher nicht bekanntes Coronavirus, das SARS-CoV-2 genannt wurde, isoliert werden. Ursprünglich schienen alle Infektionen von einem Markt der Stadt Wuhan auszugehen. Wahrscheinlich hatten sich mehrere Menschen bei derselben Quelle angesteckt, vermutlich einem Tier[2]. Der nächste genetische Verwandte zu SARS-CoV-2 stammte aus einer Probe Fledermauskot[3]. Das Virus ist wahrscheinlich auf ein anderes Säugetier übergesprungen, ehe es Menschen infizierte. Auch die SARS-CoV und MERS-CoV kursierten zunächst in Fledermäusen und sprangen nach Infektion von Zwischenwirten auf den Menschen über.
Übertragung von SARS-CoV-2
Es wird angenommen, dass SARS-CoV-2 durch Tröpfcheninfektion übertragen wird, ähnlich wie SARS- und MARS-CoV, aber auch Schmierinfektionen sind möglich. Wie das SARS-CoV infiziert SARS-CoV-2 ACE2-Rezeptor-tragende Zellen (ACE2 = angiotensin-converting enzyme 2) der tiefen Atemwege[4]. Im Gegensatz zu SARS-CoV kann das neue SARS-CoV-2 offenbar aber auch im Rachen und oberen Respirationstrakt replizieren. Entsprechend ist SARS-CoV-2 auch in Abstrichen des Rachenbereichs nachweisbar. Dies begründet die effiziente Mensch-zu-Mensch-Übertragbarkeit von SARS-CoV-2, was zur schnellen Ausbreitung beiträgt, verglichen mit SARS-CoV, das zunächst in die tiefen Atemwege gelangen muss. Anschließend dauert es auch längere Zeit, bis Patienten das SARS-CoV wieder ausscheiden. Ein weiterer Unterschied ist, dass sich Patienten in der Frühphase einer Infektion mit SARS-CoV-2 nicht schwerkrank fühlen, aber bereits Überträger sind. Das neue Coronavirus SARS-CoV-2 könnte zusätzlich fäkal-oral verbreitet werden, da das Virus auch in Stuhlproben nachgewiesen wurde.
Derzeit wird davon ausgegangen, dass die Inkubationszeit 2–14 Tage (durchschnittlich 5 Tage) dauern kann. Dokumentierte Einzelfälle belegten, dass mit dem Coronavirus infizierte Menschen schon während der Inkubationszeit ansteckend sein können.
Das neue Virus konnte sich schnell vor allem in China ausbreiten; inzwischen hat sich das Virus auch außerhalb Chinas immer weiter über die gesamte Welt ausgebreitet. Zu aktuellen Zahlen siehe Literatur[5].
Klinische Symptomatik von COVID-19 (SARS-CoV-2 induzierte Erkrankung)
Von dokumentierten Fällen außerhalb Chinas ist bekannt, dass ca. 80 % der Infektionen ohne Symptome bzw. mild verlaufen. Die häufigsten Symptome sind Fieber, Atemnot, Husten und Muskel- und Kopfschmerzen. Durchfall tritt seltener auf[2]. Schwere COVID-19-Verläufe sind charakterisiert durch hohes Fieber mit Atemnot und Anzeichen einer viralen Lungenentzündung mit bilateralen Läsionen. Zu den möglichen Komplikationen zählen akutes progressives Lungenversagen, Anämie, akute Herzprobleme, Sekundärinfektionen. Todesfälle traten vermehrt bei Patienten auf, die bereits zuvor an schweren Grunderkrankungen litten. Bis jetzt gibt es nur eine symptomatische Therapie. Das Virostatika Remdesivir, das ursprünglich als Medikament gegen das Ebola-Virus entwickelt wurde, wird zurzeit in klinischen Studien geprüft. An der Entwicklung von Impfstoffen wird intensiv gearbeitet.
Maßnahmen zur Kontrolle von SARS-CoV-2
Ziel der WHO und der internationalen Gemeinschaft ist es, eine Pandemie des Virus zu verhindern bzw. zu verzögern und einzudämmen. China hat die Provinz Hubei mit radikalen Präventions- und Quarantänemaßnahmen belegt, um die weitere Verbreitung des Virus zu verhindern.
Um einen Import von weiteren Fällen nach Deutschland sowie Übertragungen zu vermeiden und Infektionsketten schnell zu identifizieren, hat das Robert Koch-Institut (RKI) Kriterien definiert, mit dem Ziel Verdachtsfälle möglichst zu früh zu erkennen und zu isolieren. Das RKI hat für COVID-19 ein Flussschema mit den Kriterien zur Definition und zum Vorgehen zur Verdachtsabklärung erstellt[6]. Dieses wird ständig der aktuellen Ausbruchssituation angepasst.
Ein begründeter Verdachtsfall liegt vor bei einem Patient mit unspezifischen Allgemeinsymptomen oder akuten respiratorischen Symptomen sowie bei Kontakt zu einem bestätigten COVID-19-Fall bis zu 14 Tagen vor Erkrankungsbeginn bzw. bei Aufenthalt in einem Risikogebiet innerhalb der letzten 14 Tage. In diesem Fall wird die stationäre Einweisung veranlasst, der Patient wird isoliert und nur durch medizinisches Personal mit Schutzkleidung versorgt. Auch der Patient sollte einen Mund-Nase-Schutz tragen.
Nachweis von SARS-CoV-2
Der Nachweis des SARS-CoV-2 erfolgt über eine spezifische PCR (polymerase chain reaction). Das Probenmaterial sollte sowohl aus dem oberen (Nasopharynx-Oropharynx-Abstriche) als auch aus den unteren Atemwegen [Sputum, Trachealsekret und bronchoalveoläre Lavage (BAL)] stammen. Sowohl der begründete Verdacht als auch der Nachweis von SARS-CoV-2 sind meldepflichtig beim zuständigen Gesundheitsamt. Reisende aus Endemiegebieten sowie Personen, die Kontakt mit SARS-CoV-2-Infizierten hatten, werden ermittelt und für 14 Tage unter Quarantäne gestellt, um eine unbemerkte Weiterverbreitung des Virus zu unterbinden.
Literatur
[1] World Health Organization (WHO), MERS Situation Update, January 2020; http://www.emro.who.int/health-topics/mers-cov/mers-outbreaks.html [Prüfdatum 09.03.2020]
[2] Chen, N. et al., Epidemiological and Clinical Characteristics of 99 cases of 2019 Novel Coronavirus Pneumonia in Wuhan, China: a Descriptive Study, In Lancet, (2020) 395(10223), 507–513; https://doi.org/10.1016/S0140-6736(20)30211-7 [Prüfdatum 09.03.2020]
[3] Nextstrain, Phylogeny of SARS-like Betacoronaviruses Including Novel Coronavirus SARS-CoV-2; https://nextstrain.org/groups/blab/sars-like-cov [Prüfdatum 09.03.2020]
[4] Zhou, P. et al., A Pneumonia Outbreak Associated with a New Coronavirus of Probable Bat Origin, In Nature, (2020); https://doi.org/10.1038/s41586-020-2012-7 [Prüfdatum 09.03.2020]
[5] Johns Hopkins CSSE (Center for Systems Science and Engineering at Johns Hopkins University); https://gisanddata.maps.arcgis.com/apps/opsdashboard/... [Prüfdatum 24.03.2020]
[6] Robert Koch Institut (RKI), COVID-19: Verdachtsabklärung und Maßnahmen - Orientierungshilfe für Ärzte (Stand: 26.2.2020); https://www.rki.de/DE/Content/InfAZ/N/Neuartiges_... [Prüfdatum 09.03.2020]
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Übersetzungen:
| E | coronaviruses |