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SARS-CoV-2 liebt´s cool

SARS-CoV-2, das Virus, das COVID-19 verursacht, hat weltweit zu über 125 Millionen Ansteckungen und 2.7 Millionen Todesfällen geführt. Es ist ein enger Verwandter von SARS-CoV, einem anderen Coronavirus, das in den Jahren 2002-2003 zu 8’400 Ansteckungen und 800 Todesfällen führte.

Die Viren ähneln sich in ihrem genetischen Aufbau und benutzen auch denselben Rezeptor, um menschliche Zellen zu infizieren. Trotzdem gibt wichtige Unterschiede zwischen den beiden: SARS-CoV führt zu einer schweren Erkrankung und Entzündung der unteren Atemwege – und infizierte Personen sind erst nach dem Auftreten von Symptomen ansteckend. SARS-CoV-2 bevorzugt die oberen Atemwege (Nasenhöhle, Rachen, Luftröhre) und kann leicht von einer Person zur anderen übertragen werden, bevor Krankheitssymptome auftreten.

Um die Unterschiede zwischen beiden Virusstämmen herauszuarbeiten, haben Forschende Kulturen von menschlichen Atemwegszellen verwendet, um so einen künstlichen Atemtrakt nachzubauen. In diesem offenbarte sich, dass die Umgebungstemperatur eine wichtige Rolle spielt. SARS-CoV-2 vermehrte sich auch rege bei 33°C, das entspricht etwa der Temperatur des oberen Atemwegstrakts. SARS-CoV hingegen bevorzugt höhere Inkubationstemperaturen.

Dies könnte erklären, warum sich SARS-CoV-2 bei niedrigeren Temperaturen effizienter ausbreitet. Bei 37°C, wie sie in den unteren Atemwegen herrschen, wird hingegen die angeborene Immunantwort der Epithelzellen stärker stimuliert und das Virus effizienter bekämpft, so dass es zu einer überschießenden Immunreaktion kommen kann. Hohe Entzündungswerte wiederum lösen Gewebeschäden aus und beschleunigen das Fortschreiten der Krankheit. Ein Phänomen, das bei schweren COVID-19-Fällen zu beobachten ist.

Referenz:
Universität Bern
Disparate temperature-dependent virus – host dynamics for SARS-CoV-2 and SARS-CoV in the human respiratory epithelium. PLOS Biology 2021, https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3001158

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Borreliose-Erreger sind offenbar sehr mobil

Zecken sind gefährliche Plagegeister – unter den Krankheiten, die sie übertragen können, befindet sich auch Borreliose. Rund 70.000 ÖsterreicherInnen erkranken jedes Jahr daran (die Zeckenimpfung schützt nicht dagegen). Wie es den Erregern gelingt, das Immunsystem zu überwinden, hat ein Team um Forscherin Yoo Jin Oh vom Institut für Biophysik der Universität Linz herausgefunden. Der Trick: Mobilität.

Fast jede dritte Zecke trägt Borreliose-Bakterien in sich. Diese können sich effizient im Gewebe einnisten und verbreiten. Dabei überlassen die Krankheitserreger (Pathogene) es nicht dem Zufall, wohin sie gelangen. „Im Gegensatz zu vielen anderen Bakterien oder Viren zirkulieren sie nicht passiv in den Körperflüssigkeiten des Wirts“, erklärt Oh. „Borreliose-Bakterien sind Spirochäten. Das sind Mikroorganismen, die mit einzigartigen Korkenzieher-Rotationsbewegungen durch Geißeln, die unter der äußeren Membran verborgen sind, in gel-artigen Medien wie unserem Blutkreislauf schwimmen können.“

Die einzelnen Bakterien können sich nicht nur aktiv bewegen, sondern auch gezielt festsetzen. Dazu ist die Oberfläche der Borreliose-Bakterien ideal an den Blutkreislauf angepasst. Durch verschiedene Mechanismen binden sich die Oberflächen-Proteine der Erreger und reagieren so mit dem Bindegewebe des Menschen. Auch dabei setzen die Bakterien auf Flexibilität: Manche Bindungen werden im Blutstrom schnell wieder beendet, andere Bindungen werden sogar verstärkt. Kurzlebige Verbindungen werden dabei als eine Art „Wegweiser“ benutzt.

Aufgedeckt wurden die bakteriellen Aktivitäten mit Hilfe der Einzelmolekül-Kraftspektroskopie mit der nun auch geprüft werden soll, ob die Fortbewegungsweise auch auf andere Erreger zutrifft und ob sich hier Ansätze für neue Behandlungsmethoden finden lassen.

Referenz:
Johannes Kepler Universität Linz
Nanomechanical mechanisms of Lyme disease spirochete motility enhancement in extracellular matrix, Communications Biology; https://www.nature.com/articles/s42003-021-01783-1

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Covid-19-Reinfektion: Senioren haben höheres Risiko

Ältere Menschen sterben nicht nur öfter an Covid-19, sie haben auch ein höheres Risiko für eine Reinfektion. Während die meisten Menschen in den Folgemonaten nach einer Erkrankung weitgehend davor geschützt sind, ist das bei Menschen über 65 Jahren nicht der Fall. Zu diesem Ergebnis kommt eine großangelegte Studie aus Dänemark, in der umfangreiche Daten aus einem nationalen Corona-Register in Dänemark analysiert wurden.

Grundlage der Untersuchung bildeten die Ergebnisse von PCR-Tests, die an vier Millionen Menschen 2020 vorgenommen wurden. Sie zeigen, dass die PCR-Tests bei 0,65 Prozent (72 Personen) der Patienten, während der ersten und zweiten Corona-Welle zweimal positiv ausfielen. Die Schutzwirkung vor einer wiederholten Infektion wurde von den Forschenden für jüngere Personen mit 80 Prozent angegeben. Die Schutzwirkung bei Menschen über 65 lag hingegen bei nur 47 Prozent.

Glücklicherweise zeigten sich keine Anzeichen dafür, dass der Schutz nach einer einmal durchgemachten Infektion innerhalb einer sechsmonatigen Periode abnimmt. Ältere Menschen sollten aber, so der Rat der Forscher, weiterhin alle Schutzmaßnahmen befolgen, selbst wenn sie bereits einmal an Covid-19 erkrankt waren. Die Ergebnisse legen auch nahe, dass Personen, die sich bereits einmal angesteckt hatten, geimpft werden sollten. Auf eine natürliche Herdenimmunität aufgrund von durchgemachten Infektionen kann aufgrund der neuen Ergebnisse, nicht gebaut werden. Speziell auch deshalb nicht, weil die Infektionen der ersten Wellen nicht von den inzwischen veränderten (mutierten) Viren ausgelöst wurden.

Referenz:
Statens Serum Institut, Kopenhagen
Assessment of protection against reinfection with SARS-CoV-2 among 4 million PCR-tested individuals in Denmark in 2020: a population-level observational study, Lancet 2021; https://www.thelancet.com/journals/lancet/article/PIIS0140-6736(21)00575-4/fulltext

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Covid-19-Infektion: OP erst nach sieben Wochen

Bereits im Mai 2020 belegten erste Daten des Forschungsnetzwerks COVIDSurg, dass Patientinnen mit einer Coronavirus-Infektion bei chirurgischen Eingriffen eine erhöhte Sterblichkeit aufweisen. In einer internationalen Beobachtungsstudien konnte das Forschungsteam nun aktuell herausfinden, dass planbare Operationen von auf SARS-CoV-2 positiv getesteten Personen um mindestens sieben Wochen aufgeschoben werden sollten, um das postoperative Sterblichkeitsrisiko zu senken.

Für die Studie wurden Daten von 140.727 Personen aus 1.674 Kliniken in insgesamt 116 Ländern erhoben und ausgewertet. Von den in der Studie eingeschlossenen Personen waren 2,2 Prozent zu verschiedenen Zeitpunkten positiv auf COVID-19 getestet worden, die restlichen 97,8 Prozent waren nicht mit dem Virus infiziert und bildeten die Vergleichsgruppe. Die Mortalität innerhalb von 30 Tagen nach einem chirurgischen Eingriff lag bei den negativ getesteten Personen bei 1,5 Prozent. Die entsprechende Sterblichkeit bei den Personen, die während der ersten vier Wochen nach einer Coronavirus-Infektion operiert wurden, betrug dagegen vier Prozent und nach fünf bis sechs Wochen immer noch 3,6 Prozent. Die Mortalität sank erst sieben Wochen nach dem Infektionsnachweis wieder auf das Ausgangsniveau von 1,5 Prozent ab.
Jedoch wiesen PatientInnen mit anhaltenden COVID-19-Symptomen auch noch nach sieben Wochen eine mit sechs Prozent stark erhöhte Mortalität auf, im Gegensatz zu Personen, bei denen die Symptome bereits abgeklungen waren (2,4 Prozent) bzw. die trotz Infektion ohne Erkrankungssymptome blieben (1,3 Prozent).

Entsprechend rät das Forschungsteam bei positivem Coronavirus-Nachweis, planbare Operationen um mindestens sieben Wochen zu verschieben und abzuwarten, bis entsprechende COVID-19-Symptome abgeklungen sind.

Referenz:
Universität Tübingen, Birmingham University
Timing of surgery following SARS-CoV-2 infection: an international prospective cohort study; Anaesthesia 2021; https://associationofanaesthetists-publications.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/anae.15458

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Erst Corona, dann Diabetes?

Bei Patienten mit COVID-19-Erkrankung, gibt es immer wieder Verläufe, bei denen auch die Regulation des Blutzuckerspiegels gestört ist. So treten häufiger Symptome auf, wie sie typischerweise bei Diabetes mellitus vom Typ1 zu finden sind. Die Symptome reichen von Hyperglykämie bis hin zu einer Ketoazidose (Übersäuerung des Blutes). Studien berichten über Verschlechterungen bekannter Diabetes mellitus Erkrankungen, aber auch über Fälle von neu aufgetretenem Diabetes nach durchgemachter COVID-19 Erkrankung.

Eine deutsche Arbeitsgruppe untersuchte, wie es bei COVID-19-Patienten zu diesen Diabetes-typischen Symptomen kommen könnte. Dafür haben die Forschenden Gewebe aus der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) mit SARS-CoV-2 in Kontakt gebracht und herausgefunden, dass sich die sogenannten Langerhans‘schen Inseln mit dem Coronavirus infizieren lassen.

Die Viren dringen in die Zellen ein und setzen neue infektiöse Viruspartikel frei. Daraufhin verändert sich infiziertes insulinproduzierendes Gewebe in Form und Funktion entscheidend. So reduziert sich etwa die Anzahl der Insulin-Granula, in denen Beta-Zellen das Insulin speichern. Das wiederum stört die Ausschüttung dieses lebenswichtigen Hormons.

Bei Autopsien an verstorbenen COVID-19-Patienten zeigte sich, dass selbst nachdem in der Lunge keine Virusproteine mehr zu finden waren, diese im Pankreas noch nachgewiesen werden konnten. Dies wiederum deutet darauf hin, dass das neuartige Coronavirus nicht nur außerhalb der Lunge aktiv ist und andere Organe infiziert, sondern dass diese Infektionen auch häufiger und andauernder sind als bisher angenommen. Ob die auftretenden Beeinträchtigungen der Insulinproduktion langfristig zu einer Diabetes-Erkrankung führen, müssen nun weitere Studien klären.

Referenz:
Universität Ulm
SARS-CoV-2 infects and replicates in cells of the human endocrine and exocrine pancreas; Nature Metabolism 2021; https://www.nature.com/articles/s42255-021-00347-1

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Gehirn-Immunzellen können Depressionen verursachen

„Es gibt eine Gruppe von depressiven Menschen, die ein klinisch auffälliges Entzündungsprofil zeigt, ohne dass es dafür eine Erklärung gibt, wie etwa eine akute Infektion“, berichtet der österreichische Psychologe Michael Fritz. Bisher war nicht zu klären, ob die Entzündungsreaktionen als Ursache des depressiven Verhaltens in Frage kommen oder die Mikroglia (Immunzellen des Gehirns) als Folge der Depressionen aktiviert werden.

Seine Untersuchungen am Tiermodell, durchgeführt an der Linköping Universität in Schweden, ergaben nun, dass aktivierte Mikrogliazellen eine große Menge an Entzündungsbotenstoffen aussenden. Einer dieser Botenstoffe ist Interleukin-6. Dieser steigt laut Studien bei depressiven Patienten umso höher an, je stärker die Suizid-Intention ist. Neben Interleukin-6 schütten die aktivierten Mikrogliazellen auch das Hormon Prostaglandin E2 aus und reduzieren damit die Erregbarkeit der umliegenden Nervenzellen im Gehirn. Die Tiere zeigten daraufhin depressives Verhalten. Wenn die Forscher die Mikrogliazellen jedoch wieder hemmten, war dies nicht mehr der Fall.

Bei Menschen könnten die Mikroglia etwa durch virale Entzündungen, chronische Erkrankungen oder Krebs aktiviert werden, so Fritz: „Vor allem Infektionen, die eher mild verlaufen sind mit einer Manifestation von Depression im späteren Leben assoziiert.“ Dazu gehören etwa Infektionen mit Herpes-simplex-Viren, die Fieberblasen verursachen, Epstein-Barr-Viren, die Krebs auslösen können, und Feuchtblattern-Viren (Varizella-Zoster-Viren). Warum solche Infektionen bei manchen zu Depressionen führen, in der großen Mehrzahl der Menschen aber nicht, muss wissenschaftlich erst geklärt werden.

Referenz:
Linköping University; Nat Inst Drug Abuse, Baltimore; University of Barcelona
Pressemeldung Science APA 27.1.2021; https://science.apa.at/power-search/2251350191652050077
Microglial activation elicits a negative affective state through prostaglandin-mediated modulation of striatal neurons; Immunity 2021, https://doi.org/10.1016/j.immuni.2020.12.016

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Geriatrie Immunologie Wissenschaft

Gen hält Immunsystem jung

Eine Erbanlage mit dem kryptischen Kürzel CRELD1, die bei der Entwicklung des Herzens im entstehenden Kind eine Rolle spielt, scheint auch im menschlichen Immunsystem eine Schlüsselfunktion zu übernehmen. Wenn das Gen nicht aktiv genug ist, kommt es demnach zu charakteristischen Umstellungen der Immunabwehr, wodurch sie an Schlagkraft einbüßt. Mediziner sprechen von einer Alterung des Immunsystems, da sich in älteren Menschen oft ein ähnlicher Effekt beobachten lässt. Mittelfristig könnten die Ergebnisse eventuell dazu beitragen, diese altersbedingten Einbußen zu verringern.

Bei der Analyse von Transkription-Daten von insgesamt 4.500 Probanden stießen die Forscher auf einen überraschenden Zusammenhang: Unter den analysierten Versuchspersonen waren auch solche, in denen das CRELD1-Gen aus irgendwelchen Gründen deutlich schwächer aktiv war. Interessanterweise fanden sich im Blut dieser Probanden nur sehr wenige der sogenannten T-Zellen. Diese spielen eine wichtige Rolle bei der Bekämpfung von Infektionen.

In Mausexperimenten untersuchten die Forscher diesen Zusammenhang weiter und zeigten, dass Mäuse ohne dem Gen früher starben. Dieses Phänomen, auch Immunoseneszenz genannt, beobachtet man auch bei älteren Menschen. Die Betroffenen sind deutlich anfälliger für Infektionen, aber möglicherweise auch für altersbedingte Erkrankungen wie Krebs oder Alzheimer. Gleichzeitig gibt es Hundertjährige, die immunologisch gesehen einige Jahrzehnte jünger sind.
Langfristiges Ziel ist es nun, die Aktivität des Gens zu erhalten. So ließe sich vielleicht das Erkrankungsrisiko von Seniorinnen und Senioren deutlich senken.

Referenzen: Uni Bonn, Radbound University Nijmegen, Universität Lüttich, Medizinische Hochschule Hannover, Helmholtz-Zentrum Braunschweig
CRELD1 modulates homeostasis of the immune system in mice and humans. Nature Immunology 9.11.2020; https://www.nature.com/articles/s41590-020-00811-2

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Gastroenterologie Infektiologie Wissenschaft

Im Team gegen Magen-Darm-Infektionen

Manche Medikamente, wie etwa Antibiotika oder Immunsuppressiva, können als Nebenwirkung nützlichen Mikroorganismen (kommunale Mikroorganismen), die man typischerweise in einem gesunden Darm vorfindet, stören oder abtöten. In diesem Fall kann es dann zu einer starken Vermehrung von Krankheitserregern kommen – Infektionen oder Krankheiten sind die Folge. In Industrieländern ist das Bakterium Clostridioides difficile der Hauptauslöser von Magen-Darm-Infektionen nach Antibiotika-Behandlungen. Ein internationales Forscherteam suchte daher nach Mikroorganismen, die ein Anwachsen von C. difficile im Darm verhindern.
Mittels eines ausgeklügelten Systems konnten sie 51 unterschiedliche kommensale Mikroben identifizieren, die sich von denselben Zuckern in der Darmschleimhaut ernähren, die auch C. difficile als Energiequelle dienen.

Danach untersuchten die Forscher in Tests an Mäusen, ob ein Mix aus 5 dieser identifizierten kommensalen Mikroorganismen eine Infektion durch C. difficile verhindern kann, indem sie diesen die Nahrungsquelle streitig machen. Wie sich herausstellte, konnte die Zugabe der identifizierten Mikroben eine Infektion mit C. difficile nicht vollkommen verhindern, wohl aber abschwächen. C. difficile kann Energie offenbar auch aus alternativen Quellen gewinnen und sich so im Darm etablieren. „Der Schlüssel, um eine Infektion endgültig zu verhindern, liegt potentiell in einer komplexeren Mischung aus kommensalen Darmmikroben die zusätzliche Organismen enthält, die mit C. difficile auch um diese alternativen Energiequellen konkurrieren“ meint Erstautorin Fatima Pereira vom Zentrum für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaften der Universität Wien. Weiterführende Experimente sollten dies klären.

Referenzen:
Universität Wien, ETH Zürich, UFZ Leipzig
Rational design of a microbial consortium of mucosal sugar utilizers reduces Clostridiodes difficile colonization; Nature Communications 2020;(11)5104, https://www.nature.com/ articles/s41467-020-18928-1

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Malariaerreger nutzt „molekularen Dietrich“

Um seinen Lebenszyklus vollständig durchlaufen und sich effektiv vermehren und ausbreiten zu können, befällt der Malariaparasit Plasmodium Zellen sowohl im Moskito als auch im Menschen: Er dringt in die Speicheldrüsenzellen der Mücke ein, um dann, wenn diese einen Menschen sticht, mit dem Speichel der Mücke in die Haut zu gelangen. Von dort aus wandert er in Blutgefäße, lässt sich mit dem Blutstrom in die Leber transportieren und infiziert dort wiederum Leberzellen. Wie Plasmodium die richtigen Zelltypen in zwei so verschiedenen Arten wie Mücke und Mensch erkennt und gezielt infiziert, ist bisher noch wenig verstanden.

Wissenschaftler um Professor Dr. Friedrich Frischknecht vom Zentrum für Infektiologie, Universitätsklinikum und Medizinische Fakultät Heidelberg haben nun herausgefunden, dass ein Protein namens TRAP den Parasiten den Zutritt zu verschiedenen Zelltypen ermöglicht. Es funktioniert sogar dann, wenn es von den Forschern verändert zusammengesetzt wurde und erfüllt damit die Funktion eines „molekularen Dietrichs“. Damit kann der Parasit sämtliche Zellen „knacken“ und „infizieren“ während andere Parasiten jeweils nur einen „Schlüssel“ parat haben.

Therapeutisch nutzen lässt sich das neue Wissen derzeit nicht. „Aber ein fundiertes Verständnis der Infektionsmechanismen und Schwachstellen von Plasmodium wird uns in der Bekämpfung der Malaria weiterbringen“, hofft der Parasitologe Frischknecht. Bislang gibt es trotz langjähriger, intensiver Forschung noch keinen zuverlässigen Impfschutz gegen die weit verbreitete Tropenkrankheit.

Referenzen:
UniversitätsKlinikum Heidelberg
Klug D et al.: Evolutionarily distant I domains can functionally replace the essential ligand-binding domain of Plasmodium TRAP, eLife, July 10. 2020; https://doi.org/10.7554/elife.57572

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COVID-19: Milder Verlauf, geringe Immunität

Ein milder Verlauf einer Coronavirus-Infektion ist laut einer chinesischen Studie mit einer deutlich geringeren Immunität verbunden. 

In der in der Zeitschrift „Nature Medicine“ veröffentlichten Studie wurden 74 infizierte Personen mit und ohne Symptome der Erkrankung untersucht. Mit dem Ergebnis, dass nur 62% aus der Gruppe ohne Symptome wenige Wochen nach der Infektion noch IgG-Antikörper im Blut hatten. Im Vergleich zu 81% bei Personen mit ausgeprägter Erkrankung.

Die asymptomatischen Patienten produzierten auch weniger an der Immunabwehr beteiligte Zytokine, was auf eine schwächere Immunantwort auf das neue Coronavirus hindeutet. 

Da die meisten Infizierten nur wenige Symptome aufweisen, stellt sich die Frage, ob diese nun eine dauerhafte Immunität besitzen und einer zweiten Welle standhalten können oder ob die natürliche Immune gegen Coronaviren nur ein kurzlebiger Effekt ist.

Referenz:

Clinical and immunological assessment of asymptomatic SARS-CoV-2 infections, Nature Medicine 2020, https://www.nature.com/articles/s41591-020-0965-6#Sec2

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