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Die Genome von Virusisolaten werden in den meisten Ländern kontinuierlich sequenziert. Die DNA-Sequenzen können für eine stammesgeschichtliche (phylogenetische) Analyse genutzt werden, um die Herkunft der Virusvarianten zu identifizieren und die Entwicklung und Verteilung von neuen Varianten zu überwachen. Forscher der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf haben nun unterschiedliche Muster von SARS-CoV-2-Varianten von Virussequenzen aus den westafrikanischen Ländern Gambia, Ghana, Nigeria und Senegal enthüllt. Prof. Dr. James Adjaye ist der Seniorautor der Studie, die in „Scientific Reports“1 publiziert wurde. Der Bioinformatiker Wasco Wruck ist der Erstautor der Veröffentlichung.
Am Anfang der SARS-CoV-2-Pandemie wurde befürchtet, dass das Virus die schwachen Gesundheitssysteme in vielen afrikanischen Ländern überwältigen könnte. Es stellte sich jedoch heraus, dass Europa und Amerika im Vergleich zu Afrika viel höhere Inzidenzen und Fatalitätsraten zu verzeichnen hatten. Gründe dafür mögen in den relativ jungen Bevölkerungen, vorherigen Virusinfektionen und dem warmen Klima liegen. Nichtsdestotrotz traf SARS-CoV-2 alle afrikanischen Länder und daher wurden Initiativen für eine globale Verteilung von Impfstoffen initiiert.
Obwohl die vier untersuchten Länder ähnliche geografische und klimatische Bedingungen haben, fanden die Forscher unterschiedliche Muster der Virusvarianten. Das kann einen Mechanismus der Gendrift, den sogenannten “Gründereffekt”, widerspiegeln, bei dem die genetische Diversität nur durch einen kleinen Teil einer Population bestimmt wird, die eine neue separate Population bildet. Das können z.B. bestimmte infizierte Personen gewesen sein, die die Virusvarianten von Frankreich nach Senegal übertragen. „Wenn Sie die unterschiedlichen Muster der Virusvarianten betrachten, können Sie direkt die historischen Verbindungen sehen, z.B. war Senegal eine französische Kolonie und hat ähnliche Muster wie Frankreich, weil es noch viel Handel und Verkehr zwischen Senegal und Frankreich gibt. Ghana und Nigeria sind ehemalige britische Kolonien mit ähnlichen Virus-Varianten-Mustern. Beide Länder haben Handels- und Arbeitsbeziehungen mit Europa und China”, sagt James Adjaye, ein ghanaisch-britischer Professor an der Medizinischen Fakultät der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) und der Direktor des Instituts für Stammzellforschung und Regenerative Medizin. Wruck erläutert: “Überraschenderweise haben wir gefunden, dass die späteren Virusvarianten aus Europa vor den früheren Varianten detektiert wurden. Erklärungen dafür könnten sein, dass die früheren Varianten unerkannt im Umlauf waren und die späteren Varianten wegen ihrer höheren Virusübertragbarkeit früher entdeckt wurden.“
In der phylogenetischen Analyse werden ähnliche Muster von SARS-CoV-2-Mutationen, die auf ähnliche Herkunft hinweisen, in Zweige eines Baums “geclustert” (zusammengeführt), die, wenn sie groß genug sind, Varianten entsprechen können. Prof. Adjaye und Bioinformatiker Wruck haben Sequenzen der vier westafrikanischen Länder von der GISAID Datenbank (GISAID (Global Initiative on Sharing All Influenza Data) durch den Einsatz der phylogenetischen Analyse mit Virusvarianten assoziiert und unterschiedliche Muster von Varianten für jedes Land erkannt. In der ersten Phase der Studie im April 2020, fiel am stärksten die Aminosäureersetzung an der Position 614 (D614G) in dem Spike-Protein des Virus auf. Wruck sagt: „Wir sahen im April 2020, dass D614G graduell andere Varianten verdrängte. Im Juni 2021 hatte es sie verdrängt und war in allen neuen Varianten wie Alpha und Delta vorhanden. Im Oktober 2021, dominiert die Delta-Variante und in Zukunft wird die Frage sein - welche Sub-Variante von Delta wird vorherrschen?”. Die Delta-Variante breitet sich mit einem evolutionären Vorteil aus, weil die Aminosäureersetzung zu einer höheren Übertragbarkeit in der Bevölkerung führt.
“Im April 2020 konnten wir nur einige seltene Mutationen entdecken, die aus Westafrika zu kommen schienen, im Juni 2021 gab es die Eta-Variante, die aus Nigeria kam”, berichtet Wruck. Kontinuierliches Monitoring der Virussequenzen werde gebraucht, um die Übertragung neuer Varianten kontrollieren zu können und die Effizienz der Impfstoffe zu überprüfen. Für künftige Therapien ist sei jedoch entscheidend, den Covid-19 zugrundeliegenden Mechanismus besser zu verstehen. „Unsere weiteren Arbeiten sollen Licht auf Gene und potentiell mit Medikamenten behandelbare Signalwege werfen, die mit Zytokinsturm, Zell-Schädigung und Nierenschaden assoziiert sind”, so Wruck.
Prof. Dr. James Adjaye, Institute of stem cell research and regenerative medicine, Medical Faculty, Heinrich-Heine-University Duesseldorf, Germany, Tel: +49 (0) 211 81-08191, james.adjaye@med.uni-duesseldorf.de
1. Wasco Wruck and James Adjaye. Detailed phylogenetic analysis tracks transmission of distinct SARS‑COV‑2 variants from China and Europe to West Africa. Scientific Reports volume 11, Article number: 21108 (2021) https://www.nature.com/articles/s41598-021-00267-w
2. Wasco Wruck and James Adjaye. SARS-CoV-2 receptor ACE2 is co-expressed with genes related to transmembrane serine proteases, viral entry, immunity and cellular stress, Scientific reports 10 (1), 1-14
https://www.nature.com/articles/s41598-020-78402-2
Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars
Medicine
transregional, national
Research results, Scientific Publications
German
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