Eine Flut neuer Studien an Labortieren und menschlichem Gewebe liefert erste Hinweise darauf, warum die Omicron-Variante mildere Erkrankungen verursacht als frühere Versionen des Coronavirus.
In Studien an Mäusen und Hamstern verursachte Omicron weniger schädliche Infektionen, die oft hauptsächlich auf die oberen Atemwege beschränkt waren: Nase, Rachen und Luftröhre. Die Variante schadete der Lunge viel weniger, wo frühere Varianten oft zu Narbenbildung und ernsthaften Atembeschwerden führten.
„Man kann mit Recht sagen, dass die Idee einer Krankheit, die sich vor allem in den oberen Atemwegen manifestiert, aufkommt“, sagt Roland Eils, Computerbiologe am Berliner Institut für Gesundheitsforschung, der untersucht hat, wie Coronaviren die Atemwege infizieren.
Als im November der erste Bericht über die Omicron-Variante aus Südafrika kam, konnten Wissenschaftler nur vermuten, wie sie sich von früheren Formen des Virus unterscheiden könnte. Sie wussten nur, dass es eine charakteristische und alarmierende Kombination von mehr als 50 genetischen Mutationen hatte.
Frühere Forschungen hatten gezeigt, dass einige dieser Mutationen es Coronaviren ermöglichen, Zellen fester zu greifen. Andere ermöglichten es dem Virus, Antikörper zu umgehen, die als frühe Verteidigungslinie gegen Infektionen dienen. Doch wie sich die neue Variante im Körper verhalten könnte, war ein Rätsel.
“Man kann das Verhalten von Viren nicht allein anhand der Mutationen vorhersagen”, sagte Ravindra Gupta, Virologe an der University of Cambridge.
Im vergangenen Monat haben mehr als ein Dutzend Forschungsgruppen, darunter die von Dr. Gupta, den neuen Erreger im Labor beobachtet, Zellen in Petrischalen mit Omicron infiziert und das Virus in die Nase von Tieren gesprüht.
Während ihrer Arbeit verbreitete sich Omicron auf der ganzen Welt und infizierte leicht sogar Menschen, die geimpft waren oder sich von Infektionen erholt hatten.
Aber als die Fälle in die Höhe schossen, nahmen die Krankenhauseinweisungen nur bescheiden zu. Frühe Studien mit Patienten deuteten darauf hin, dass Omicron weniger wahrscheinlich schwere Krankheiten verursachte als andere Varianten, insbesondere bei geimpften Personen. Dennoch waren diese Ergebnisse mit vielen Vorbehalten verbunden.
Zum einen trat der Großteil der frühen Omicron-Infektionen bei jungen Menschen auf, die mit geringerer Wahrscheinlichkeit an allen Versionen des Virus ernsthaft erkranken. Und viele dieser frühen Fälle traten bei Menschen mit einer gewissen Immunität gegenüber früheren Infektionen oder Impfstoffen auf. Es war unklar, ob sich Omicron beispielsweise auch bei einer ungeimpften älteren Person weniger schwer erweisen würde.
Tierversuche können helfen, diese Unklarheiten zu klären, denn Wissenschaftler können Omicron an identischen Tieren testen, die unter identischen Bedingungen leben. Mehr als ein halbes Dutzend Experimente, die in den letzten Tagen veröffentlicht wurden, wiesen alle auf den gleichen Schluss hin: Omicron ist milder als Delta und andere frühere Versionen des Virus.
Am Mittwoch veröffentlichte ein großes Konsortium japanischer und amerikanischer Wissenschaftler einen Bericht über Hamster und Mäuse, die entweder mit Omicron oder einer von mehreren früheren Varianten infiziert waren. Die mit Omicron infizierten Personen hatten weniger Lungenschäden, verloren weniger Gewicht und starben weniger wahrscheinlich, wie die Studie ergab.
Obwohl die mit Omicron infizierten Tiere im Durchschnitt deutlich mildere Symptome zeigten, waren die Wissenschaftler besonders beeindruckt von den Ergebnissen bei Syrischen Hamstern, einer Spezies, von der bekannt ist, dass sie an allen früheren Versionen des Virus schwer erkrankt.
„Das war überraschend, da jede andere Variante diese Hamster robust infiziert hat“, sagte Dr. Michael Diamond, Virologe an der Washington University und Mitautor der Studie.
Mehrere andere Studien an Mäusen und Hamstern kamen zu demselben Ergebnis. (Wie die meisten dringendsten Omicron-Forschungen wurden diese Studien online gestellt, aber noch nicht in wissenschaftlichen Zeitschriften veröffentlicht.)
Der Grund dafür, dass Omicron milder ist, kann eine Frage der Anatomie sein. Dr. Diamond und seine Kollegen fanden heraus, dass der Omicron-Spiegel in der Nase der Hamster der gleiche war wie bei Tieren, die mit einer früheren Form des Coronavirus infiziert waren. Aber die Omicron-Werte in der Lunge waren ein Zehntel oder weniger der Werte anderer Varianten.
Ein ähnliches Ergebnis kam von Forschern der Universität von Hongkong, die Gewebestücke untersuchten, die während einer Operation aus menschlichen Atemwegen entnommen wurden. In 12 Lungenproben fanden die Forscher heraus, dass Omicron langsamer wuchs als Delta und andere Varianten.
Die Forscher infizierten auch Gewebe aus den Bronchien, den Röhren im oberen Brustkorb, die Luft von der Luftröhre in die Lunge transportieren. Und innerhalb dieser Bronchialzellen wuchs Omicron in den ersten zwei Tagen nach einer Infektion schneller als Delta oder das ursprüngliche Coronavirus.
Diesen Erkenntnissen müssen weitere Studien folgen, etwa Experimente mit Affen oder Untersuchungen der Atemwege von Omicron-Infizierten. Wenn die Ergebnisse einer Überprüfung standhalten, könnten sie erklären, warum Menschen, die mit Omicron infiziert sind, mit geringerer Wahrscheinlichkeit ins Krankenhaus eingeliefert werden als Menschen mit Delta.
Coronavirus-Infektionen beginnen in der Nase oder möglicherweise im Mund und breiten sich im Rachen aus. Leichte Infektionen kommen nicht viel weiter. Aber wenn das Coronavirus die Lunge erreicht, kann es ernsthafte Schäden anrichten.
Immunzellen in der Lunge können überreagieren und nicht nur infizierte, sondern auch nicht infizierte Zellen abtöten. Sie können eine unkontrollierbare Entzündung hervorrufen, die die empfindlichen Wände der Lunge vernarben. Außerdem können die Viren aus der geschädigten Lunge in den Blutkreislauf gelangen, Blutgerinnsel auslösen und andere Organe verwüsten.
Dr. Gupta vermutet, dass die neuen Daten seines Teams eine molekulare Erklärung dafür liefern, warum es Omicron in der Lunge nicht so gut geht.
Viele Zellen in der Lunge tragen auf ihrer Oberfläche ein Protein namens TMPRSS2, das unbeabsichtigt passierenden Viren dabei helfen kann, in die Zelle einzudringen. Aber das Team von Dr. Gupta fand heraus, dass dieses Protein Omicron nicht sehr gut vertragen kann. Infolgedessen infiziert Omicron Zellen auf diese Weise schlechter als Delta. Ein Team der University of Glasgow kam unabhängig voneinander zu demselben Schluss.
Auf einem alternativen Weg können Coronaviren auch in Zellen eindringen, die kein TMPRSS2 herstellen. Weiter oben in den Atemwegen neigen Zellen dazu, das Protein nicht zu tragen, was den Beweis erklären könnte, dass Omicron dort häufiger vorkommt als in der Lunge.
Dr. Gupta spekulierte, dass sich Omicron zu einem Spezialisten für die oberen Atemwege entwickelt hat, der im Rachen und in der Nase gedeiht. Wenn das stimmt, hat das Virus möglicherweise eine bessere Chance, in winzigen Tröpfchen in die Umgebungsluft ausgeschieden zu werden und auf neue Wirte zu stoßen.
“Es dreht sich alles darum, was in den oberen Atemwegen passiert, damit es übertragen wird, oder?” er sagte. „Es ist nicht wirklich das, was unten in der Lunge passiert, wo die schweren Krankheiten passieren. Sie können also verstehen, warum sich das Virus auf diese Weise entwickelt hat.“
Während diese Studien eindeutig erklären, warum Omicron eine mildere Krankheit verursacht, beantworten sie noch nicht, warum sich die Variante so gut von einer Person auf eine andere ausbreiten kann. Allein am Donnerstag wurden in den Vereinigten Staaten mehr als 580.000 Fälle gemeldet, von denen die Mehrheit Omicron sein soll.
„Diese Studien befassen sich mit der Frage, was in der Lunge passieren kann, aber nicht wirklich mit der Frage der Übertragbarkeit“, sagte Sara Cherry, Virologin an der Perelman School of Medicine der University of Pennsylvania.
Dr. Diamond sagte, er wolle warten, bis weitere Studien durchgeführt werden, insbesondere an Menschen statt an Tieren, bevor er die Hypothese befürwortet, dass TMPRSS2 der Schlüssel zum Verständnis von Omicron ist. “Ich denke, es ist noch zu früh”, sagte er.
Wissenschaftler wissen, dass ein Teil der Ansteckungsfähigkeit von Omicron auf seine Fähigkeit zurückzuführen ist, Antikörper zu umgehen, wodurch es leichter als andere Varianten in die Zellen von geimpften Menschen gelangen kann. Aber sie vermuten, dass Omicron noch einige andere biologische Vorteile hat.
Letzte Woche berichteten Forscher, dass die Variante eine Mutation trägt, die die sogenannte angeborene Immunität schwächen kann, einen molekularen Alarm, der unser Immunsystem beim ersten Anzeichen einer Invasion in die Nase schnell aktiviert. Aber es wird noch mehr Experimente brauchen, um herauszufinden, ob dies tatsächlich eines von Omicrons Erfolgsgeheimnissen ist.
„Es könnte so einfach sein, dass es viel mehr Viren im Speichel und in den Nasengängen der Menschen gibt“, sagte Dr. Cherry. Aber es könnte auch andere Erklärungen für seine effiziente Verbreitung geben: Es könnte stabiler in der Luft sein oder besser neue Wirte infizieren. “Ich denke, es ist wirklich eine wichtige Frage”, sagte sie.