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Corona: Viren nutzen mehrere Türöffner

Damit ein Virus in die Zellen von Organen eindringen kann, bedarf es bestimmter Andockstellen auf der Oberfläche der Zellen – sogenannter Rezeptoren. SARS-CoV und SARS-CoV-2 nutzen beide den Rezeptor ACE2, lösen aber unterschiedliche Krankheiten aus. Um zu verstehen, warum die beiden verwandten Viren unterschiedliche Zelltypen infizieren, warfen Forscher einen Blick auf sogenannte virale „Spike-Proteine“, mithilfe derer das Virus an die ACE2-Rezeptoren der Zellen bindet und in sie eindringen kann.

Sie fanden heraus, dass das SARS-CoV-2-Spike-Protein sich von seinem älteren Verwandten durch die Einfügung einer Furin-Spaltstelle unterscheidet. Solche furingespaltenen Substrate weisen ein charakteristisches Muster auf, von dem bekannt ist, dass es an Rezeptoren bindet, die an der Zelloberfläche vorkommen – sogenannte Neuropiline. Da Neuropilin-1 in den Schleimhäuten der Atemwege und der Nase zu finden ist, könnte diese Erkenntnis für das Verständnis der Ausbreitung von SARS-CoV-2 wichtig sein.

Durch eine spezifische Blockierung von Neuropilin-1 mit Antikörpern, konnte die Infektion nämlich unterdrückt werden. „Wenn man sich ACE2 als Eintrittstür in die Zelle vorstellt, dann könnte Neuropilin-1 einer der Faktoren sein, der das Virus zur Tür lenkt. ACE2 wird in den meisten Zellen in sehr geringen Mengen exprimiert. Daher ist es für das Virus nicht leicht, Türen zum Eindringen zu finden. Andere Faktoren wie Neuropilin-1 scheinen notwendig zu sein, um dem Virus zu helfen“, erklärt Michael Simons von der Technischen Universität München. Nichtsdestotrotz könnte die Blockierung von Neuropilin-1 einen neuen therapeutischen Ansatz in der Behandlung von Covid-19 darstellen.

Referenzen:
TUM Technische Universität München, Deutsches Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen – DZNE, Universitätsmedizin Göttingen – UMG, Universität Helsinki
Neuropilin-1 facilitates SARS-CoV-2 cell entry and infectivity, L.; Science (20. 10. 2020), https://science.sciencemag.org/content/early/2020/10/19/science.abd2985

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Immunologie Virologie Wissenschaft

COVID-19: niedrige Zinkspiegel, erhöhtes Todesrisiko

Neue Forschungsergebnisse, die auf der diesjährigen Konferenz der ESCMID (European Society of Clinical Microbiology and Infectious Diseases) zu Corona vorgestellt wurden (ECCVID), zeigen, dass ein niedrigerer Zinkspiegel im Blut bei Patienten mit COVID-19 mit einem höheren Todesrisiko verbunden ist. Die Studie wurde im Krankenhaus Del Mar in Barcelona durchgeführt.

Bisher ist bekannt, dass erhöhte intrazelluläre Zinkkonzentrationen die Vermehrung einer Reihe von Viren wirksam beeinträchtigen. Über die Wirkung des Plasma-Zinkspiegels auf SARS-COV-2 lagen bis jetzt jedoch keine Daten vor.  

Aus diesem Grund wurde für den Zeitraum vom 15. März 2020 bis 30. April 2020 eine retrospektive Analyse symptomatisch aufgenommener Patienten durchgeführt. Die Studie umfasste 249 Personen, von denen 21 verstarben. Während der mediane Zink-Ausgangswert bei den Überlebenden bei  61 mcg/dl lag, betrug er bei den Verstorbenen im Schnitt 43 mcg/dl. Die statistische Auswertung belegte, dass jeder Anstieg des Plasmaspiegels das Sterberisiko verringerte. Ein Plasma-Zinkspiegel von weniger als 50 mcg/dl bei Aufnahme in das Spital war mit einem 2,3-fach erhöhten Mortalitätsrisiko verbunden. Höhere Plasmaspiegel waren auch mit niedrigeren maximalen Interleukin-6-Spiegeln (die auf eine systemische Entzündung hinweisen) während des Zeitraums der aktiven Infektion verbunden.

Um endgültige Rückschlüsse zu ziehen oder verbindliche Richtlinien für den therapeutischen Einsatz von Zink herauszugeben, ist es aber noch zu früh, betonen die Autoren, deren Fortführung der Studie nun durch die zweite Coronawelle in Spanien unterbrochen wurde. 

Referenzen:
Hospital del Mar, Barcelona https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-09/esoc-lzl092220.php; Güerri-Fernandez R et al.: Abstract 00177. Lower baseline zinc levels are associated with poorer outcome in COVID-19; ECCVID 2020

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Immunologie Infektiologie Virologie Wissenschaft

Wie Coronaviren Zellen kapern

Schweizer Wissenschaftler haben einen Mechanismus entdeckt, wie das Coronavirus menschliche Zellen manipuliert, um seine eigene Vermehrung sicherzustellen. Wie ein Pirat, der ein Schiff kapert, übernimmt ein Virus die Kontrolle über eine infizierte Zelle, denn jedes Virus ist für seine Vermehrung auf die Ressourcen und molekularen Maschinen der Zelle angewiesen. 

Nachdem bei einer Sars-CoV-2 Infektion das Virus in eine menschliche Zelle eingeschleust wird, wird das Protein NSP1 als eines der ersten Virusproteine hergestellt. Von anderen Coronaviren wusste man bereits, dass NSP1 die Produktion von zelleigenen Proteinen hemmt. Nicht bekannt war, wie dies geschieht. 

Offenbar bindet NSP1 innerhalb eines Ribosomen-Kanals und blockiert so diese zellulären Maschinen, die zur Proteinherstellung nötig sind. Mittels Kryo-Elektronenmikroskopie konnte die Bindungsstelle von NSP1 mit atomarer Auflösung dargestellt werden. Dieses detaillierte Abbild liefert wichtige Informationen zum Design eines möglichen künftigen Medikaments. Basierend darauf konnten die Forscher bereits abgeänderte NSP1 Varianten herstellen, die ihre hemmende Wirkung verloren haben. Solche abgeschwächten, inaktiven Viren könnten als Impfstoff verwendet werden.

Die Wissenschaftler interessierte auch die Frage, warum trotz der Hemmung der Ribosomenfunktion durch NSP1, Virenproteine unvermindert in grossen Mengen hergestellt werden. Und stellten fest, dass durch die Blockierung durch NSP1 funktionsfähige Ribosomen zwar knapp werden, gleichzeitig die virale RNA aber fast die Hälfte der gesamten RNA in der Zelle ausmacht. Unter diesen Bedingungen wird die virale RNA von den noch funktionsfähigen Ribosomen gegenüber den zelleigenen Boten-RNAs also bevorzugt abgelesen, so die Forscher. 

Referenzen:

ETH Zürich, Universität Bern https://ethz.ch/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2020/09/mechanismus-wie-das-coronavirus-zellen-kapert.html

SARS-CoV-2 Nsp1 binds the ribosomal mRNA channel to inhibit translation; Nature Structural & Molecular Biology, 9/9/2020; https://www.nature.com/articles/s41594-020-0511-8

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Infektiologie Pädiatrie Virologie Wissenschaft

COVID-19: Neue, gefährliche Folgeerkrankung bei Kindern

Während eine Covid-19-Infektion für die meisten Kinder komplikationslos verläuft, kann es bei einigen zum Multisystem Inflammatory Syndrome in Children (MIS-C) führen. Die Erkrankung ähnelt anderen Erkrankungen im Zusammenhang mit SARS-CoV-2, wie dem Kawasaki-Syndrom. Im Gegensatz zu diesem führt MIS-C zu noch häufigeren Entzündungen in vielen Organsystemen. Diese betreffen das Herz, die Lungen, das Verdauungs- und/oder das Nervensystem. In seltenen Fällen (1,7%) kann die Erkrankung auch tödlich verlaufen.

Eine Metaanalyse untersuchte 662 Fälle von an MIS-C erkrankten Kindern, von denen 71% aufgrund ihrer Symptome, zu denen am häufigsten Fieber, Bauchschmerzen und Diarrhö zählten, in einer Intensivstation behandelt wurden. Bei vielen geheilten Patienten zeigten sich Anomalien in den Blutgefäßen rund um das Herz, die in späteren Jahren  eventuell zu einem erhöhten Herzinfarktrisiko führen könnten. 

Erschwerend kommt dazu, dass auch eine unauffällige COVID-19-Infektion zum Auftreten von MIS-C führen kann. Typischerweise treten die ersten Symptome nach drei bis vier Wochen auf. In diesem Fall sollte sofort ein Spital aufgesucht werde, so der Ratschlag der Behandler. Es empfiehlt sich auch eine länderdauernde Überwachung des Gesundheitszustands der Kinder, da die Langzeitschäden zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht abgeschätzt werden können. 

Referenzen:
Children’s Hospital Houston, Texas; Georgetown University, Washington DC

Multisystem inflammatory syndrome in children: A systematic review, 4.9.2020; https://www.thelancet.com/journals/eclinm/article/PIIS2589-5370(20)30271-6/fulltext#%20

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Infektiologie Virologie Wissenschaft

Corona-Hotspots im menschlichen Körper

Eine Infektion mit dem Coronavirus SARS-CoV-2 kann verschiedene Organe beeinträchtigen. Vor diesem Hintergrund haben Forscher des Deutschen Zentrums für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) und der US-amerikanischen Cornell University zelluläre Faktoren untersucht, die für eine Infektion von Bedeutung sein könnten. Sie analysierten dazu die Aktivität von 28 spezifischen Genen in einer Vielzahl menschlicher Gewebe.

Dabei handelt es sich neben Rezeptoren auf der Zelloberfläche auch um Enzyme, die das Eindringen von Krankheitserregern in die Zelle blockieren – sogenannte Restriktionsfaktoren. Anhand von Informationen aus wissenschaftlichen Datenbanken analysierten die Forscher die Genaktivität in rund 400.000 menschlichen Zellen aus verschiedenen Gewebetypen.

Im Einklang mit der bekannten Tatsache, dass SARS-CoV-2 insbesondere die Atemwege attackiert, weisen die Expessionsmuster die Nasenschleimhaut als ein „Schlachtfeld“ aus. Demnach enthalten die Zellen der Nasenschleimhaut sowohl Faktoren, die eine Infektion begünstigen, wie den ACE2-Rezeptor, als auch Faktoren, die den Eintritt des Virus hemmen, wie IFITM3 und LY6E. „Es scheint daher, dass der Kontakt des Virus mit der Nasenschleimhaut zu einem Tauziehen führt. Es geht also um die Frage, wer daraus als Sieger hervorgeht,“ so die Autoren.

Als weitere potentielle Hotspots erwiesen sich der Darm, Nieren, Hoden und Plazenta. Das Virus wurde bisher nicht in Neuronen nachgewiesen, das Nervensystem umfasst jedoch andere Zellen wie Astrozyten und Perizyten, die zum Beispiel an der Regulation der sogenannten Blut-Hirn-Schranke beteiligt sind. Gemäss der Studie könnten diese Zellen durchaus auch anfällig für eine Infektion sein.

Referenzen:

Deutsches Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen – DZNE; Cornell University https://www.dzne.de/aktuelles/pressemitteilungen/presse/hotspots-einer-corona-infektion-im-menschlichen-koerper

A single-cell RNA expression map of human coronavirus entry factors; Cell Reports (2020); https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(20)31164-5

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Infektiologie Kardiologie Virologie Wissenschaft

Sars-Cov-2 im Herzen nachgewiesen

Kardiologen des Deutschen Zentrums für Herz-Kreislauf-Forschung (DZHK) haben einen weiteren wichtigen Puzzlestein zum Verständnis von COVID-19 geliefert. Sie konnten bei Patienten, die mit dem Verdacht auf eine akute Herzmuskelentzündung eingeliefert wurden, im Herzmuskel SARS-CoV-2 finden. „Die Patienten in Mainz waren unter 40 Jahre alt, körperlich aktiv, waren im Nasen-Rachenabstrich negativ für SARS-CoV-2 und hatten etwa vier Wochen vor der Aufnahme einen schweren grippeähnlichen Infekt gehabt“, berichtet Prof. Philip Wenzel.

„Von unseren Berliner Kollegen wussten wir, dass sie in Myokardbiopsien einiger Patienten mit schweren Verläufen, gelegentlich auch mit Herzinsuffzienz ohne COVID-19, das Virus nachgewiesen hatten. Das Besondere bei unseren Fällen war, dass das Virus durch Myokardbiopsie im Herzmuskel auffindbar ist, auch wenn die eigentliche COVID-19 Erkrankung bereits durchgemacht wurde oder einen harmlosen Verlauf hatte. Nach einer klinischen unauffälligen Latenzzeit kamen die Patienten mit dem klinischen Verdacht einer Herzmuskelentzündung zu uns. Ob es einen ursächlichen Zusammenhang zwischen dem Entstehen der Herzmuskelentzündung und der SARS-CoV-2 Präsenz im Herzmuskel gibt, ist noch nicht bekannt“, sagt Wenzel.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass die kardiovaskulären Beteiligungen von COVID-19 enorm wichtig sein können und aufmerksam behandelt und nachgesorgt werden müssen“, so Professor Thomas Münzel, Berlin.

Referenzen:
Deutsches Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung (DZHK) e. V.
Evidence of SARS-CoV-2 mRNA in endomyocardial biopsies of patients with clinically suspected myocarditis tested negative for COVID-19 in nasopharyngeal swab; Cardiovascular Research (2020) 116, 1661–1663, https://academic.oup.com/cardiovascres/…/116/10/1661/5860257
Detection of viral SARS-CoV-2 genomes and histopathological changes in endomyocardial biopsies; ESC Heart Failure (2020); https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ehf2.12805

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Geriatrie Wissenschaft

COVID-19: Mehr Wissen, weniger Stress

Der einfachste Weg die Angst vor der Pandemie zu besiegen, besteht darin, sich mit Fakten statt mit fake news zu beschäftigen. Zu diesem Schluss kommen amerikanische Forscher anhand einer Untersuchung an Personen zwischen 20 und 79 Jahren. Der mit der Erkrankung verbundene Stress, so die Wissenschaftler, steigt mit steigendem Lebensalter. Darauf kann man sich aber mittels „proaktivem Coping“ vorbereiten.

Für die Studie wurden 515 Personen zu Ihrem Stress-Level und Ängste während der Pandemie befragt. Die Analyse bestätigte einmal mehr, dass Wissen Macht bedeutet: je mehr Tatsacheninformationen vor allem ältere Menschen über COVID-19 hatten, umso weniger gestresst waren sie. Diese simple Intervention half aber auch jüngeren Altersgruppen.

Referenzen:
Georgia University, North Carolina University
Pearman A et al.: Age Differences in Risk and Resilience Factors in COVID-19-Related Stress; The Journals of Gerontology: Series B, gbaa120, https://doi.org/10.1093/geronb/gbaa120

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Diabetologie Infektiologie Virologie Wissenschaft

Corona: Unerkannter Diabetes führt zu schwerem Krankheitsverlauf

Ein Forscherteam der MedUni Innsbruck hat einen Zusammenhang zwischen chronisch erhöhtem Blutzuckerspiegel und schwerem Krankheitsverlauf bei Covid-19 festgestellt. 85 Prozent aller 47 bis dato in Innsbruck behandelten Intensivpatienten wiesen einen bisher nicht erkannten Diabetes oder Prädiabetes auf, erklärt Prof. Dr. Michael Joannidis, Leiter der internistischen Intensivstation. „Hervorzuheben ist hier vor allem, dass bei nur sieben der insgesamt 47 schwer Erkrankten bereits im Vorfeld Diabetes diagnostiziert wurde“, betont er.

Der Zusammenhang ist durch eine Analyse der Laborwerte, die routinemäßig bei allen Intensivpatienten an der Universitätsklinik Innsbruck erhoben wird, entdeckt worden. Den behandelnden Ärzten fielen die erhöhten HbA1c Werte der Covid-19 Intensivpatienten auf. Dieser Wert zeigt einen chronisch erhöhten Blutzucker an. Nur vier der insgesamt 47 schwer an Covid-19 erkrankten Patienten, wiesen einen normalen Blutzuckerspiegel auf. Vermutet wird, dass eine chronische Blutzuckerentgleisung die Immunabwehr und die Gefäßzellenwände schwächt, die auch durch das Coronavirus befallen werden.

Das Wissenschaftsteam plädiert deshalb dafür, den HbA1c bei Coronapatienten zu messen, um Rückschlüsse auf einen möglicherweise schweren Krankheitsverlauf zu ziehen. Über unterschiedliche Risikofaktoren wie Übergewicht, Bluthochdruck oder auch Gefäßerkrankungen wird im Zuge der Coronakrise viel diskutiert. Dennoch zeigte sich kein Zusammenhang zwischen Übergewicht und chronisch erhöhten Blutzuckerwerten. Von den Intensivpatienten waren nur 36 Prozent fettleibig (BMI>30 kg/m2).

Referenzen:
Medizinische Universität Innsbruck
Science APA
Unrecognized diabetes in critically ill COVID-19 patients; Crit Care 2020; 24: 406, DOI: https://doi.org/10.1186/s13054-020-03139-3

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Überraschende Erkenntnisse zu Sars-Cov-2

Bisher sind Wissenschaftler weltweit davon ausgegangen, dass das Immunsystem von Patienten, die einen schweren Verlauf nach einer Infektion mit dem Coronavirus hatten, schwächer auf die Infektion reagierte. Es ist aber genau umgekehrt, wie ein Team um Prof. Martina Sester, Universitätsklinikum des Saarlandes, nun belegen konnte. Ein schwerer Verlauf ist ein Indiz für eine starke Immunantwort. Die Studie ist vorab auf einem so genannten Preprint-Server erschienen.

In die Studie involviert waren 50 Patienten, von den 14 Patienten einen schweren Krankheitsverlauf aufwiesen, der Rest wies keine oder nur sehr milde Symptome auf. „Es hat sich nun gezeigt, dass mit zunehmender Schwere der Erkrankung auch die Zahl der gegen das Virus gerichteten T-Zellen stark ansteigt, und der Anstieg dieser Zellen mit der Zahl der spezifischen Antikörper gegen Sars-CoV-2 korreliert“, fasst Sester die zentrale Erkenntnis der Studie zusammen.

Das bedeutet, dass ein Patient mit schwerem Verlauf, entgegen der bisherigen Annahme, grundsätzlich sehr gut auf die Infektion reagiert, da sein Immunsystem sehr viel stärker auf das eindringende Virus reagiert und auch die Zahl der Antikörper entsprechend in die Höhe schnellt. „Allerdings hat das Immunsystem dann große Schwierigkeiten, die überschießende Immunantwort wieder zu drosseln, wenn die Viruslast sinkt und die Replikation der Viren zum Beispiel im Lungengewebe gestoppt werden konnte.“ Wie in einer Art Autoimmunreaktion richten sich die T- Zellen und die Antikörper, denen das Virus als Feind abhanden gekommen ist, dann gegen das körpereigene Gewebe, was zu Organschäden führen kann.

Referenzen:
Universität des Saarlandes – Saarland University
Pressemitteilung: https://idw-online.de/de/news752480
High levels of SARS-CoV-2 specific T-cells with restricted functionality in patients with severe course of COVID-19,
https://doi.org/10.1101/2020.07.08.20148718

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Virologie Wissenschaft

Mundspülungen inaktivieren Coronaviren

Deutsche Virologen zeigten in Zellkulturexperimenten, dass Coronaviren sich mit bestimmten handelsüblichen Mundspülungen inaktivieren lassen und durch deren Anwendung kurzzeitig die Viruslast und damit eventuell das Risiko einer Übertragung der Coronaviren gesenkt werden könnte. Nützlich könnte eine Anwendung beispielsweise vor zahnärztlichen Behandlungen sein. Die Forscher warnen allerdings davor, dass sich Mundspülungen jedoch nicht für die Behandlung einer COVID-19-Infektion eignen oder vor einer Ansteckung mit dem Virus schützen.

In der Studie testeten die Forscher acht Mundspülungen mit unterschiedlichen Inhaltsstoffen, die in Apotheken oder Drogeriemärkten in Deutschland erhältlich sind. Alle getesteten Präparate reduzierten den initialen Virustiter. Drei Mundspülungen verringerten ihn sogar so weit, dass nach 30 Sekunden Einwirkung kein Virus mehr zu detektieren war. Ob dieser Effekt sich in der klinischen Praxis bestätigt und wie lange er anhält, muss nun in weiteren Studien untersucht werden.

Referenzen:
Ruhr-Universität Bochum, Pressemitteilung
Originalpublikation: Virucidal efficacy of 1 different oral rinses against SARS-CoV-2, in: Journal of Infectious Diseases, 2020, https://doi.org/10.1093/infdis/jiaa471

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