Ihr wollt keine langweilige Weihnachtsdeko mehr? Sondern was Naturwissenschaftliches? Schon im Jahr 2021 haben wir uns den Winter-Lockdown verkürzt und unsere Fenster mit viralen Schneeflocken dekoriert.
Dieses Jahr haben wir die Bastelvorlage von Dr. Hutchinson für euch ins Deutsche übersetzt. Viel Spaß beim Ausschneiden!

Wir wünschen euch allen frohe, besinnliche Weihnachten und ein gesundes Jahr 2023.

Eine Seite der Bastelanleitung
Das Coronavirus ist nur eine der vielen Virus-Schneeflocken im PDF

Hier gibt es die Datei mit den Anleitungen:

Schneeflocken-PDF herunterladen

Mit freundlicher Genehmigung von Dr. Edward Hutchinson, MRC University of Glasgow Centre for Virus Research.

Fertige Papier-Schneeflocke mit Schere
Fertig! Eine ausgeschnittene Coronavirus-Schneeflocke

Die 3D Struktur eines Proteins zu kennen, erlaubt es Wissenschaftlern deren Form, Stabilität und mögliche Funktion zu untersuchen. Außerdem kann die Struktur, sofern sie von einem Krankheitserreger stammt, helfen mögliche Medikamente zu entwickeln. Jedoch ist das Lösen solcher Strukturen keine einfache Aufgabe, da Proteine zu klein sind, um mit optischen Mikroskopen untersucht zu werden. Zudem dauert die Vorbereitung der Proteinproben und die Datenverarbeitung auf dem Weg zur fertigen Struktur mehrere Wochen bis hin zu Monaten, was auch zu hohen Kosten führt. Doch 2021 änderte sich alles, als AlphaFold2 veröffentlich wurde – eine neue Software zur Vorhersage von Proteinstrukturen, welche nicht nur unglaublich akkurat, sondern auch einfach in der Handhabung ist. Sofort dominierte ein Hype rund um AlphaFold die Nachrichten, doch kann dieses Programm wirklich die Strukturbiologie verändern und wird es die gängigen Methoden obsolet machen?

Proteinstrukturen sichtbar machen

Doch bevor wir uns um die Lösung eines alten Problems der Biologie kümmern, frischen wir noch einmal die Grundkenntnisse auf. Also was waren Proteine noch mal? Kurzgesagt, sind Proteine kleine Nano-Maschinen, welche alle möglichen Aufgaben in unserem Körper erledigen. Während manche Proteine die Replikation von Zellen organisieren, verdauen andere unsere Mahlzeiten. Weitere Proteine sind der Hauptbestandteil unserer Haare und zahlreiche andere Dinge funktionieren nur mit Proteinen.
Was genau ein Protein macht und kann, wird durch seine Form bestimmt, weshalb wir überhaupt erst an der exakten 3D Struktur interessiert sind. Aber leider sind Proteine kleiner als sichtbares Licht und lassen sich daher nicht mit optischen Mikroskopen beobachten. Moment, kleiner als Licht? Geht das überhaupt? Nun, dieses Bild sollte bei der Erklärung helfen:

AlphaFold – ein Game Changer in der Strukturbiologie? 1
Abbildung 1: Wellenlängen im Vergleich zu Objekten verschiedenster Größenordnungen. Protein und Atome sind kleiner als die kleinste Wellenlänge von sichtbarem Licht und daher wortwörtlich unsichtbar. Die exakte Wellenlänge von Licht bestimmt übrigens auch die Farbe, die wir wahrnehmen.

Während sichtbares Licht ohne Weiteres mit Objekten interagiert, die größer sind als die Wellenlänge des Lichts, interagiert es praktisch nicht mit Objekten die kleiner sind, wie z.B. einzelne Atome oder Proteine. Glücklicherweise können wir auch “Licht” im Spektrum dieser Größenordnung erzeugen, wobei wir anstelle unserer Augen einen passenden Detektor nutzen. Eine gängige Methode zur Lösung von Proteinstrukturen ist die Röntgen-Kristallographie. Die Details sind kompliziert und würden den Rahmen dieses Beitrags sprengen, doch die wichtigsten Schritte sind die Herstellung des gewünschten Proteins durch Bakterien und dessen Aufreinigung, die Zucht von Proteinkristallen (ja, man auch daraus Kristalle züchten!) und die Bestrahlung besagter Kristalle mit Röntgenstrahlen. Als Ergebnis erhalten wir Daten vom Detektor, mit denen wir ein 3D-Model des Proteins konstruieren können, welches zwar nicht exakt die Realität widerspiegelt, aber genau genug ist, um uns neue Erkenntnisse zu bringen. Mehr zu diesen 3D-Modellen haben wir bereits in diesem Blogpost erläutert.

Doch leider kann jede Menge schiefgehen: Das Protein könnte das Bakterium, welches es für uns herstellen soll, töten. Kristalle bilden sich nicht unter allen Bedingungen und auch die Datenverarbeitung ist kein Kinderspiel. Insgesamt kann uns diese Methode die gewünschten Ergebnisse bringen, doch sie kostet viel Zeit und Geld.

Das Proteinfaltungsproblem

Proteine bestehen aus langen Ketten von Aminosäuren, wobei nahezu alle Lebewesen, uns mit eingeschlossen, zwanzig verschiedene Aminosäuren nutzen. Jede von ihnen besitzt andere Eigenschaften und auch in der Größe können sie sich unterscheiden. Positiv geladene Aminosäuren zum Beispiel streben es an, von negativen Molekülen oder Wasser umgeben zu sein. Andere Aminosäuren besitzen gar keine Ladung und finden sich meist im Inneren des Proteins wieder, fern vom Wasser, welches das Protein umgibt.
Die Aminosäuren sind immer an denselben Stellen aneinander gekettet und ergeben so eine Sequenz, wobei die Eigenschaften der einzelnen Kettenglieder die Form und somit die Faltung des Proteins bestimmt. Würde man also eine Aminosäure der Kette durch eine andere mit deutlich anderen Eigenschaften ersetzen, so würde dies die Faltung des Proteins beeinflussen. Tatsächlich haben einzelne Änderungen meist keine große Auswirkung auf die gesamte Form, doch ändert man gleich mehrere Aminosäuren in der Sequenz, so erhält man schon wesentlich stärkere Unterschiede. Da die Form und Faltung eines Proteins auch dessen Funktion bestimmt, könnten solch veränderte Proteine auch ihre eigentliche Funktion verlieren oder neue Funktionen dazugewinnen. Die Kernaussage hierbei ist: Die Information über die 3D-Struktur eines Proteins liegt in der Sequenz der Aminosäuren versteckt. Doch wie genau die Aminosäurenkette sich zum fertigen Protein faltet, bleibt seit je her ein Mysterium und konnte bisher nicht in Simulationen repliziert werden. Dieses Mysterium ist heute bekannt als das Proteinfaltungsproblem.

Die versteckte Information in der Aminosäurensequenz motivierte Wissenschaftlerinnen weltweit an der Entschlüsselung der Proteinfaltung und an Programmen zur Vorhersage von Proteinstrukturen zu arbeiten. Schon bald traten die Wissenschaftlerinnen in der CASP Competition gegeneinander an – in der "Critical Assessment of Techniques for Protein Structure Prediction"-Competition. Seit 1994 wurden alle 2 Jahre die neusten Vorhersagetechniken miteinander verglichen, doch für Jahrzehnte blieben selbst die besten Ansätze zu fehlerhaft und unzuverlässig. Erst vor kurzem während der CASP13 im Jahr 2018 schaffte es Deepminds AlphaFold einen Großteil der gesuchten Strukturen nur anhand der gegebenen Eingabesequenzen mit hoher Qualität vorherzusagen. Und dennoch gab es viel Raum zur Verbesserung. Im Jahr 2020 folgte schließlich AlphaFold2, welches erstmalig in der Geschichte Strukturvorhersagen lieferte, die kaum von den Strukturen aus konventionellen Methoden zu unterscheiden sind. Das Proteinfaltungsproblem ist nun für mehr als 50 Jahre bekannt, aber erst mit der heuten Technik und neuen Methoden wie dem Einsatz von Deep Learning konnte die Strukturvorhersage endlich realisiert werden.

Wie genau ist AlphaFold?

Wenn von AlphaFold gesprochen wird, wird normalerweise AlphaFold2 gemeint. Während Wissenschaftlerinnen Formeln und Berechnungen nutzen, um die Ähnlichkeit der Vorhersagen und der experimentell gelösten Strukturen zu bestimmen, ist ein Bild wohl der beste Weg AlphaFolds Leistungen zu demonstrieren:

AlphaFold – ein Game Changer in der Strukturbiologie? 2
Abbildung 2: AlphaFold2 Vorhersage (blau) im Vergleich zur einer experimentell gelösten Struktur (grün). Links ist die NAB Domäne vom SARS-CoV-2 Protein nsp3 (PDB code 7LGO), rechts ist die Mac1 Domäne vom selben Protein (PDB code 6WEY).

Die grünen Strukturen sind das Ergebnis experimenteller Methoden, die blauen hingegen sind die Vorhersagen von AlphaFold2. Allein vorherzusagen, welche Regionen der Aminosäurenkette sich in Helices und Faltblätter anordnen (die Spiralen und flachen Pfeile) ist schon eine herausfordernde Aufgabe. Doch AlphaFold2 sagt sogar deren relative Anordnung zueinander korrekt vorher und auch die Bereiche zwischen solcher Elemente stimmen häufig mit denen aus konventionell gelösten Strukturen überein. Die größten Unterschiede zwischen den Strukturen liegen gewöhnlich in den Enden der Kette. Obwohl AlphaFold2 keine exzellenten Resultate für alle Proteine erzeugt, so arbeitet es dennoch zuverlässig und gibt zudem einen Indikator über die Sicherheit der Vorhersage, was das Erkennen von potenziell fehlerhaften Regionen deutlich vereinfacht.

AlphaFold – ein Game Changer in der Strukturbiologie? 3
Abbildung 3: AlphaFold2 Vorhersage der Ubl1 Domäne des Proteins nsp3 von SARS-CoV. Die Farbe zeigt die Sicherheit der Vorhersage für die bestimmte Region an, wobei rot für unsicher und dunkelblau für höchste Sicherheit steht.

Und um den Durchbruch von AlphaFold2 in Relation zu setzen: Eine gängige Methode um die Ähnlichkeit zweier Strukturen zu messen ist der GDT, der Global Distance Test, welcher auch bei CASP zum Einsatz kommt. Dieser gibt einen Wert von 0% (absolut keine Ähnlichkeit) bis hin zu 100% (identische Strukturen) wieder. Während es zuvor keine Methoden bei der CASP Competition gab, welche die 60% Marke überschritten, schaffte es AlphaFold2 konsistent Vorhersagen mit einem GDT von über 90% zu erzeugen.

Wird AlphaFold konventionelle Methoden ersetzen?

Wie wir gesehen haben, sind die Vorhersagen von AlphaFold2 kaum von den Strukturen aus der Röntgenkristallographie zu unterscheiden. Heißt das also, dass wir die zeit- und kostenintensiven experimentellen Methoden nicht mehr benötigen? Nun, aus mehreren Gründen ist das nicht der Fall.

Der erste und wohl wichtigste Punkt: Vorhersagen sind nicht die Realität. Sie können einige Arbeitsschritte vereinfachen und uns näher ans Ziel bringen, aber sie können nicht alle Details realer Biologie mit berücksichtigen. AlphaFold2 betrachtet lediglich die Eingabesequenz, doch in der Realität sind Proteine umgeben von Wasser, weiteren Kleinmolekülen und auch anderen Proteinen, wobei alles miteinander interagiert und auch die Faltung beeinflussen kann. Abhängig von der Umgebung und diesen Interaktionen können Proteine sogar zwischen mehreren stabilen Faltungen wechseln. Daher bilden die Vorhersagen nur einen kleinen Teil vom Gesamtbild ab.

Ein weiteres Problem stellen die sogenannten Membranproteine dar. Proteine dieser Klasse verankern sich selbst in Membranen, wie z.B. die Wand einer Zelle und obwohl AlphaFold2 einzelne Teile solcher Proteine vorhersagen kann, scheitert es an der korrekten Zusammensetzung der Einzelteile. Dieses Problem taucht auch bei sehr großen Proteinen auf, die aus mehreren kleineren gefalteten Einheiten bestehen.

Zu guter Letzt gibt es auch Proteinstrukturen, die generell nicht korrekt vorhergesagt werden und somit auch grundsätzlich noch Verbesserungen übrig lassen.

Erwähnenswert ist auch die Tatsache, dass AlphaFold anhand der PDB, einer Datenbank für experimentell gelöste Strukturen, trainiert wurde. Ohne weitere experimentellen Daten könnte eine Vorhersage-Software wie AlphaFold gar nicht weiter verbessert werden.
Zusammenfassend lässt sich daher sagen, dass AlphaFold2 wirklich gut ist, aber noch lange nicht perfekt.

In jedem Fall sind die neuen Vorhersagen nicht nur gut um einen ersten Eindruck der Struktur zu erhalten, sondern unterstützen auch die konventionellen Methoden.
Erinnert ihr euch daran, dass die Zucht von Proteinkristallen einige Probleme bereiten kann? Nun, manchmal sind bestimmte Regionen daran schuld, welche sich nicht stabil falten lassen. AlphaFold2 kann solche Regionen vorhersagen und kann somit helfen, erfolgreichere Experimente zu planen.

Im Großen und Ganzen ist es ein unglaubliches Werkzeug, welches nicht nur neues Wissen innerhalb von Stunden statt von Tagen schafft, sondern auch noch von jedem genutzt werden kann und keinen Laborzugang erfordert. Ebenso wenig muss man ein Experte in der  Strukturbiologie sein und lernt die Auswertung der Ergebnisse schon in wenigen Tagen. Und das ist nur der Anfang. Wir können neugierig auf die Zukunft der Strukturvorhersage blicken, da AlphaFold2 bereits heute Wissenschaftlern rund um die Welt die strukturellen Mysterien zahlreicher Proteine offenbart.

Um ein eigenes 3D-Modell des Coronavirus zu besitzen, braucht man nur etwas Zeit und einen 3D-Drucker. Mit den Dateien und der Anleitung, die wir hier zur Verfügung stellen, kann sich jeder ein eigenes Modell basteln. Außerdem kann man die STL-Dateien natürlich von jedem externen Dienstleister (3D Workshop/Copyshop) drucken lassen und dann selbst bemalen und zusammenbauen.
Das Modell ist nicht nur als private Bastelarbeit zu gebrauchen, sondern kann und soll auch in Bildungseinrichtungen und für Öffentlichkeitsarbeit verwendet werden.

Anfang 2022 haben wir eine neue, aktualisierte Variante unseres 3D-Modells von SARS-CoV-2 veröffentlicht. Diese Anleitung und die Druckdateien hier beziehen sich auf die neue Version, die auf den neuesten wissenschaftlichen Erkenntnissen fußt und das Original an einigen Stellen verbessern.
Details über die Änderungen und die Gründe dafür, findet man hier.

Die Designentscheidungen für das neue Modell wurden auf Grund der besten verfügbaren wissenschaftlichen Erkenntnisse getroffen – so entspricht nicht nur die Form der verschiedenen Proteine den gemessenen molekularen Strukturen so gut wie möglich, auch ihre Anzahl sowie die Gesamtgröße des Virions stimmen mit experimentellen Ergebnissen im Maßstab 1:1.000.000 überein.

Daher entspricht 1 mm auf dem Modell 1 nm (10 Å). (In diesem Maßstab wäre übrigens die RNA, die sich in der Virushülle befindet, 10 Meter lang und 1 mm dick.) Außerdem haben wir ein auch ein maßstabsgetreues Modell des menschlichen Antikörpers entworfen, der an das Spike-Protein bindet.

3D-Vorschau des Modells

Benötigte Teile

Um den Druck und das Zusammenbauen zu erleichtern, haben wir die Virusstruktur in Einzelkomponenten zerlegt:

Für das Modell mit festen Spikes:

https://www.thingiverse.com/thing:5326932/files

- Virion (Eine obere und eine untere Hälfte)

Die beiden Virion-Komponenten sind komplett gefüllte, unregelmäßige Halbkugeln. Der Viruskörper wurde in zweigeteilt, um flache Oberflächen zu erzeugen. Dadurch wird der Bedarf an Stützen minimiert und die Menge an überschüssigem Material beim Drucken verringert. Die Außenflächen enthalten Einbuchtungen für die Spike-Proteine. Dieses Modell enthält 26 solcher Löcher. Die Oberfläche des Virions ist strukturiert, um die E- und M-Proteine von SARS-CoV-2 darzustellen.

- 26 Spike-Proteine

Das Spike-Protein ist der schwierigste Teil des Druckprozesses. Jeder Stachel besteht aus einer komplexen kronenartigen Oberfläche am Kopf und einem stützenden Stamm, der ihn mit dem zentralen Virion verbindet. Die einzelnen Spike-STL-Dateien zeigen den Spike in verschiedenen Ausprägungen und Winkeln.

Für das Modell mit gefederten Spikes:

https://www.thingiverse.com/thing:5666273/files

- Virion (Eine obere und eine untere Hälfte)

Die beiden Virion-Komponenten sind komplett gefüllte, unregelmäßige Halbkugeln. Der Viruskörper wurde in zweigeteilt, um flache Oberflächen zu erzeugen. Dadurch wird der Bedarf an Stützen minimiert und die Menge an überschüssigem Material beim Drucken verringert. . Die Außenflächen enthalten Einbuchtungen für die Spike-Proteine. Dieses Modell enthält 26 solcher Löcher. Die Oberfläche des Virions ist strukturiert, um die E- und M-Proteine von SARS-CoV-2 darzustellen.

- 26 Spike-Proteine (11 ausgefahrene, 15 eingefahrene)

Das Spike-Protein ist der schwierigste Teil des Druckprozesses. Jeder Stachel besteht aus einem kronenartigen Kopf, der auf eine Spiralfeder montiert wird.

- Spiralfedern

Hier gibt es passende Federn kaufen: https://www.mcmaster.com/compression-spring-stock/od~1-8/id~0-085/
Diese Feder ist 20 Zoll oder 508 mm lang und kann in 26 19-mm-Stücke (oder 28 18-mm-Stücke mit zwei Ersatzstücken) zerteilt werden.
Der Außendurchmesser der Feder muss ca. 0,125 Zoll oder 3,2 mm betragen, damit die Federn in die Löcher der Modellteile passen.

Die Druckdateien wurde erfolgreich auf unterschiedlichen FDM-Druckern (Rostok MAX v2 & Prusa I3 MK3), getestet und wir gehen davon aus, dass sie mittels z.B. Stereolithografie sogar in noch besserer Qualität gedruckt werden können Alle Daten sind im STL-Format verfügbar und können über jede geeignete Slicer-Software gedruckt werden. Bei den Einstellungen ist ein bisschen Fingerspitzengefühl nötig, da die genauen Details je nach Bedingungen und Ausstattung abweichen können.
Das unten beschriebene Vorgehen dient als Anhaltspunkt.
Wir freuen uns über persönliche Erfahrungen in den Kommentaren!

Drucken der Einzelteile

Im ersten Schritt druckt man natürlich alle Komponenten.
Für die großen Teile des Virions ist das ziemlich einfach, da die Oberfläche keine zusätzlichen Stützen braucht. Diese Teile können mit der minimalen Supportfüllung gedruckt werden, wir empfehlen aber 10%.

Components of the SARS-CoV-2 model, with three different variants of spike proteins
Abb. 1. Komponenten des SARS-CoV-2-Modells mit drei verschiedenen Varianten von Spike-Proteinen: mit Löchern für Federn (links, grau), mit starren Stängeln (Mitte, rot) und mit flexiblen Stängeln aus einem weicheren Material (rechts, grün).

Der Druck der anderen Teile (Spike-Protein und Antikörper) ist etwas anspruchsvoller.
Das Spike-Protein muss für das Modell 26mal gedruckt werden.
Das Modell stellt eine Momentaufnahme dar – um das deutlicher zu veranschaulichen haben wir Druckdateien des Spike-Proteins mit unterschiedlichen Neigungswinkeln, sowohl im ausgefahrenen wie im eingefahrenen Zustand.
Für eine möglichst wirklichkeitsgetreue Darstellung des Virions eehre mpfehlen wir die folgende Verteilung:

Für das Modell mit festen Spikes:

  • 3x 30° ausgefahren
  • 4x 30° eingefahren
  • 5x 40° ausgefahren
  • 7x 40° eingefahren
  • 3x 50° ausgefahren
  • 4x 50° eingefahren

Für das Modell mit Feder-Spikes:

  • 11x ausgefahren
  • 15x eingefahren

Die Spiralfedern zum Befestigen der Spikes müssen einen Außendurchmesser von ca. 3,2 mm und eine Länge von 18-19 mm haben. Wir empfehlen die Verwendung von Edelstahlfedern.
Um die Federn in den gewünschten Winkel zu biegen, kann man die Spiralen auf mehrere Massivdrähte ziehen, sie in den richtigen Winkel biegen und dann für etwa 30 Minuten auf eine 250° heiße Herdplatte legen. Mit diesem Verfahren kann man beliebige, unterschiedliche Winkel in die Spiralfedern biegen und die Federn biegen sich nicht in ihre ursprüngliche Position zurück.

Wir empfehlen außerdem die Spike-Proteine seitlich liegend zu drucken, dadurch werden die „Stiele“ stabiler und es ist dadurch einfacher die Stützen von den Stielen zu entfernen, ohne sie zu zerbrechen.
Wir haben FDM Druck und PLA verwendet. Auch das erleichtert die Nachbearbeitung.

Ideal für den Druck der Spikes ist ein Dual-Extruder-Drucker, da er das Drucken von Stützen mit wasserlöslichem Kunststoff ermöglichen und die Nachbearbeitung extrem beschleunigen würde.
In jedem Fall führt das Drucken einzelner oder zumindest weniger Spikes mit größerem Abstand im Allgemeinen zu schöneren Objekten, die einfacher zu bearbeiten sind. Das dauert nur eben etwas länger.

Nachbearbeitung

Egal mit welcher Herangehensweise beim Drucken – hinterher ist immer noch etwas Feintuning nötig, bevor man das Virion zusammenbauen kann.
Man kann eine Zange verwenden, um die Stützen zu entfernen, aber die kleineren Artefakte und Unebenheiten müssen abgebürstet oder geschliffen werden. Ein Zahnstocher hat sich hier als überaus nützlich erwiesen.

 

Update: Anleitung für ein 3D-gedrucktes Modell des Coronavirus – 2.0 16
Abb. 2. Vollständig gedruckte, bemalte und zusammengebaute SARS-CoV-2-Modelle mit festen Spike-Proteinen und Federn.

Wir glauben, dass die einfachste Möglichkeit PLA zu reinigen und zu glätten – natürlich erst nachdem man die Supportstützen entfernt hat – die Verwendung von Ethylacetat ist.
Ethylacetat ist in vielen Chemielaboren und Apotheken leicht erhältlich – aber eine Alternative, die es im freien Handel gibt, ist acetonfreier Nagellackentferner.

Beim Umgang mit Ethylacetat sollten Sie eine Schutzbrille und passgenaue (!) Handschuhe tragen, den Raum gut lüften und bei Hautkontakt nach gründlichem Abwaschen eine Hautcreme verwenden.

Ethylacetat löst den Kunststoff auf, zersetzt die kleinen Extrusionsartefakte auf den Oberflächen und lässt sich einfach. auftragen.

Wir waren am erfolgreichsten damit, die Teile in einer versiegelten Ethylacetat-Dampfumgebung zu belassen.
Das kann man im Wasserbad machen, also z.B. indem Sie das Ethylacetat und die zu reinigenden Drucksachen in einem kleineren offenen Gefäß in einen Edelstahltopf geben (die Gefäße sollten im Anschluss sorgfältig gereinigt werden)
Diese Technik führt zu gleichmäßigen und sauberen Ergebnissen - obwohl es einige Tage dauern kann, bis jedes Objekt vollständig geglättet ist.
Die schnellere Methode besteht darin, die kleinen Objekte einfach 10 bis 30 Sekunden lang in Ethylacetat zu tauchen und dann jedes störende Objekt zu entfernen und sie auf einer Oberfläche trocknen zu lassen.
Bei den größeren Virionteilen kann die Oberfläche geglättet werden, indem man sie mit einem mit Ethylacetat befeuchteten Tuch abreibt,

Genauso „verschweißen“ wir auch die beiden Hälften des Virion-Körpers:

Eine kleine Menge Ethylacetat auf die flachen Oberflächen jedes Abschnitts tropfen, die beiden Hälften zusammenpressen, bis der Kunststoff zu einem einzigen Objekt verschmilzt. Die Naht dann nach dem gleichen Verfahren wie zuvor glätten.

Bei der Verwendung von Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) kann Aceton zu denselben Ergebnissen führen.

Zusammenbauen des Modells

Jetzt kann das 3D-Modell endlich zusammengebaut werden.
Zur Montage werden die Federn zuerst mit Sekundenkleber in den Löchern des Virionkörpers fixiert. Für die abschließende Fixierung verwendet man UV-Harz.

Das UV-Harz dient auch als Füllmaterial, um die Löcher vollständig zu verschließen. Die Spikes werden genauso an den Federn befestigt, wie die Federn zuvor am Körper.

Wenn Sie das Modell bemalt werden soll, empfehlen wir, es zusammenzubauen, bevor mit dem Bemalen angefangen wird. Auf diese Weise kann das zum Füllen der Löcher verwendete UV-Harz auch mit lackiert und ein optisch ansprechenderes Ergebnis erzielt werden.

Wir hoffen, dass unser Ausflug in den 3D-Druck des Coronavirus Sie dazu inspiriert, es selbst auszuprobieren!
Der von uns beschriebene Prozess hat etwas mehr als eine Woche gedauert. Die Druckarbeiten waren in etwas mehr als zwei Tagen erledigt, die Reinigung und Nachbearbeitung dauerte weitere zwei Tage, die Lackierung erfolgte an einem Wochenende.
Dieser Artikel enthält eine Beschreibung unserer Technik und sollte genügend Details darüber liefern, wie Sie ein ähnliches Ergebnis erzielen können.
Die Dateien sind downloadbar bei Thingiverse und unter einer Creative Commons BY-NC-Lizenz veröffentlich:
Sie dürfen dieses Werk nicht kommerziell anpassen oder darauf aufbauen und die „Coronavirus Structural Task Force“ muss als ursprünglicher Autor genannte werden.

https://www.thingiverse.com/thing:5326932

Bei 3D-Durck führen viele verschiedene Wege ans Zeil und unserer ist sicher nicht der einzige und wir freuen uns darauf, die vielen kreativen Wege zu sehen, die man gehen kann.
Bitte teilen Sie Ihre Erfahrungen und Ergebnisse mit uns, entweder über die Kommentare in Thingiverse oder auf Twitter (Sie können uns mit @thornlab taggen).

Complete printed, painted and assembled SARS-CoV-2 spring model, with human antibody and rhinovirus at the same scale.
Abb. 3. Vollständig gedrucktes, bemaltes und zusammengebautes SARS-CoV-2-Modell mit Federn neben einem humanem Antikörper (orange) und einem Rhinovirus (blau) im gleichen Maßstab.

In den Druckdaten auf Thingiverse haben wir übrigens auch ein Modell eines menschlichen Antikörpers im gleichen Maßstab angehängt, das an das Spike-Protein andocken kann.

Für einen besseren Größenvergleich haben wir außerdem ein Modell des Rhinovirus ‒ also eines gewöhnlichen Erkältungsvirus. Es ist hier im STL-Format verfügbar:

https://www.thingiverse.com/thing:4556845

Autoren

Wir möchten betonen, dass die Erstellung dieses Blogeintrags eine Zusammenarbeit mehrerer Personen war:

Dale Tronrud und Thomas Splettstößer haben zusammen die STL-Dateien für das 3D-Modell zu erstellt. Dale war derjenige, der den Vorschlag zuerst machte (Andrea Thorn griff die Idee auf). Thomas wählte dann die experimentellen Modelle aus und platzierte alle Teile, um eine realistische Darstellung zu erhalten. Dale vermittelte das Wissen über die Grenzen des 3D-Drucks und zerlegte das Modell von Thomas in druckbare Teile, die sich ohne große Schwierigkeiten zusammensetzen lassen. Er druckte und montierte das erste Virion aus diesem Entwurf. Das aktualisierte Modell wurde in den Einrichtungen des Fachbereichs Physik der Universität Hamburg mit großzügiger Unterstützung von PhysNET und Martin Stieben gedruckt. Yunyun Gao und Philip Wehling verfeinerten das Modell, und Matthias Stäb bemalte das auf den Bildern gezeigte Modell.


Am aussagekräftigsten ist ein Modell immer dann, wenn es der Wahrheit so nahe wie irgend möglich kommt. Genau das wollen wir mit dem 3D-Druck-Modell von SARS-CoV-2 erreichen. Allerdings gibt es in der Literatur zu dem Virus sehr viele, teils verwirrende und widersprüchliche Beschreibungen.
Diese Literatur durch zuarbeiten und auszuwerten, auf der Suche nach vollständigem Verständnis und einem klaren Bild, ist beinahe so etwas wie eine Lebensaufgabe. Und natürlich – jedes Mal, wenn neue wissenschaftliche Studien und Beobachtungen veröffentlicht werden, fängt man ein Stück weit wieder von vorne an, weil Anpassungen nötig werden oder feste Vorstellungen in Frage gestellt werden müssen.

Zu Beginn der Pandemie, als es noch keine oder nur wenige Daten des neuartigen Virus gab, hat man die Annahmen über das Aussehen von SARS-CoV-2 hauptsächlich aus dem Wissen über andere Coronaviren getroffen. Insbesondere SARS-CoV-1, das die vorherige SARS-Pandemie ausgelöst hatte, und eng verwandt mit SARS-CoV-2 ist, wurde als Grundlage für Annahmen herangezogen. [1]
Auf der Grundlage dieser ersten Annahmen und Bilder hat die Coronavirus Structural Task Force ein erstes 3D-Druck-Modell entworfen.
Doch seither sind viele neue Bilddaten und Aufnahmen von SARS-CoV-2 veröffentlicht worden und diese Bilder zeigen, dass viele Dinge eben doch anders sind, als zuvor angenommen.
Wir haben die Literatur durchgearbeitet und analysiert, dabei sehr viel gelernt und dieses Gelernte jetzt verwendet, um ein aktuelleres Modell zu entwerfen.

Das Erscheinungsbild des Virus

Viren sind winzig klein. So klein, dass es sogar mit modernen bildgebenden Verfahren sehr schwierig ist, sie direkt zu beobachten. (vgl hier )
Früher hat man, um Viren zu untersuchen, die Proben mit Metall beschichtet und dann ein elektronenmikroskopisches Bild (vgl. Abbildung) aufgenommen. Auf diesem Bild konnte man die Oberfläche deutlich sehen.
Aus diesem Bildgebungsverfahren stammt übrigens auch der Name „Coronavirus“. Auf den so aufgenommenen Bildern sahen die Viruspartikel ein bisschen aus, wie kleine Sonnen, die umgeben waren von einer Korona aus Lichtstrahlen.

Das Coronavirus als 3D-Modell 2.0 17
Abb. 1. a-c Schnitte von Tomogrammen, die extrazelluläre Virionen zeigen, die von A549-ACE2-, VeroE6- bzw. Calu3-Zellen freigesetzt werden. d-f vergrößerte Ansichten von (a-c), zur besseren Visualisierung wurden 10 Schnitte gemittelt. Unverändertes Bild von Klein et al., veröffentlicht unter CC 4.0 BY (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) on https://doi.org/10.1038/s41467-020-19619-7.

Die erfolgversprechendste Methode, um etwas über das Aussehen von Viren herauszufinden, ist es übrigens nicht, sich nur ein einzelnes Virion anzusehen, sondern im Gegenteil. Man mittelt hunderte davon und erhält so eine Vorstellung davon, wie der Durchschnittswert aussieht.
In der Realität und ganz besonders bei Coronaviren gilt: jedes einzelne Viruspartikel sieht anders aus als die anderen. Zum Beispiel sind einige größer und andere kleiner und nur wenn keine äußeren Kräfte wirken, oder innere Strukturen stören, ist das Virus wirklich rund.
Es braucht keine große Krafteinwirkung, damit die „wobbelige“ und dünne Doppelmembranhülle von SARS-CoV-2 sich verformt.
Es wird beispielsweise vermutet, dass das Coronavirus-Partikel eigentlich in einer nahezu perfekten Kugelform entsteht, sich aber dann, wenn es einer leicht sauren Umgebung ausgesetzt wird, etwas deformiert und dass diese Veränderung wichtig für die Infektiosität sein könnte. Außerdem wird vermutet, dass die Konformation der M-Proteine die Membrankrümmung und somit die äußere Form des Virus beeinflusst.
Unser 3-D-Modell ist von daher nicht exakt rund, sondern eher geformt wie eine Kartoffel. Allerdings behaupten wir ausdrücklich nicht, dass das „die Form“ des Virus ist – es ist nur eine von vielen möglichen.

Beim Sichten und Vergleichen der neuen Daten zu SARS-CoV-2 ist uns eine weitere Neuerung sofort aufgefallen. Im Vergleich zu anderen Coronaviren, die vor der Pandemie untersucht wurden, scheint SARS-CoV-2 kleiner zu sein.
Um diese neue Erkenntnis widerzuspiegeln, haben wir den Durchmesser unseres Modells um 12% von 100 mm auf 88 mm reduziert. (Das Modell ist so skaliert, dass 1 mm 1 nm entspricht.)
Wie bei der Kartoffel-Form ist es so, dass einzelne Viren eine Vielzahl von unterschiedlichen Größen haben können und 88mm ist nur ein Durchschnittswert, der mit gemessenen Daten übereinstimmt.


Durch die Verkleinerung des Virions ergibt sich eine ca. 23% kleinere Oberfläche im Vergleich zum alten Modell. Messdaten legen nahe, dass die Verteilung der M-Proteine auf der Virionoberfläche sich in etwa konstant ist, weshalb wir die Anzahl der M-Proteine entsprechend um 23% verringert haben.
Für die E-Proteine zeigen die Daten allerdings, dass Anzahl in jedem Virion in etwa gleich ist, deshalb haben wir die Anzahl bei 20 belassen.
Im verwendetem Maßstab wäre die im Virion enthaltene RNA übrigens etwa 10m lang und 1mm dick.
Eines unserer Modelle haben wir mit einem Loch im Boden designt, damit man es flach aufstellen und zum Beispiel als Briefbeschwerer verwenden kann. Natürlich kann man aber auch 10m Schnur darin verstecken. Zu Demonstrationszwecken kann man diese dann herausziehen und veranschaulichen, wie erstaunlich lang das Molekül der RNA von SARS-CoV-2 ist.

Die Stacheln – nachgezählt

Die experimentellen Daten, die aus tatsächlichen Untersuchungen von SARS-CoV-2 stammen, zeigen, wie oben schon erwähnt, dass das Virion kleiner ist als angenommen und die Anzahl der Spikeproteine ist weitaus geringer als ältere Studien das angenommen hatten.
Die aktuelle Literatur legt nahe, dass die tatsächliche Anzahl der Spikeproteine auf der Virusoberfläche durchschnittlich zwischen 26 und 48 liegt.


Unser erstes Modell von SARS-CoV-2, dessen Daten vor allem auf den Bildern anderen Coronaviren basieren, hatte etwa 100 Spikes. Bei unserem neuen Modell haben wir diese Anzahl auf 26 reduziert.

Während es durchaus im Bereich des Möglichen ist, dass SARS-CoV-2 einfach weniger Stacheln hat als andere Coronaviren ist es genauso möglich, dass dieser Unterschied darauf zurückzuführen ist, dass die heutigen Mikroskope und bildgebenden Verfahren viel leistungsfähiger sind als sie es noch vor 10 Jahren waren.

Obwohl das Coronavirus unvorstellbar klein ist, war es in der Vergangenheit doch so, dass ein einzelnes Virion zu groß war, um alle Teile davon gleichzeitig in einem Bild „scharf“ abzulichten.
Nachdem man somit aber die Stacheln in einer begrenzten Region des Virions sehe konnte, wurden sehr ausgefeilte Methoden verwendet, um die Gesamtanzahl der Stacheln abzuschätzen.
Eine dieser Methoden ist das Tammes-Problem: Ein mathematisches Rätsel, bei dem es darum geht, die maximale Anzahl nicht überlappender, gleich großer Kreise auf der Oberfläche einer Kugel zu verteilen.
Sogar aus der 2D-Bildgebung kann man den minimalen Abstand zweier Spikeproteine auf der Virusoberfläche leicht abschätzen und wenn man davon ausgeht, dass die gesamte Oberfläche des Virions möglichst dich mit Spikes bedeckt ist, kommt man mit der Tammes-Methode auf etwa 50 Spikes pro Virion

Das Coronavirus als 3D-Modell 2.0 18
Abb. 2. Webcomic von Randall Munroe, https://xkcd.com/2446.

Viele Bilder von SARS-CoV-2 zeigen aber Lücken zwischen den Stacheln und es ist sehr wahrscheinlich, dass sehr viel weniger sind als angenommen.
Mit neuen Techniken kann man mittlerweile ein scharfes Bild eines kompletten Virions erzeugen, so dass man die Stachelproteine einfach zählen kann. Diese neuartigen Bilder zeigen durchschnittlich 26 Stacheln pro Virion und somit ist das die vernünftigste verfügbare Zahl, bis vielleicht anderweitige Beweise aus Studien auftauchen. 26 ist nur ein Durchschnittswert – die exakte Anzahl von Spikeproteinen auf einem Virion ist variabel.
Die selbe Studie, aus de die oben genannten Daten stammen, spricht auch davon, dass die Stacheln sich auf der Virusoberfläche frei drehen können und nicht ganz aufrecht stehen, sondern im Durchschnitt  um 40° geneigt sind. Dieser Neigungswinkel ist von Stachel zu Stachel unterschiedlich.

Alle diese neuen Erkenntnisse haben wir in der aktuellen Version unseres Modells berücksichtigt. Es hat 26 Spikeproteine, deren Stiele in Winkeln von 30°, 40° und 50° gebogen sind. Um die Flexibilität und die Robustheit des Modells zu verbessern, haben wir auch eine Version entworfen, bei der die Spitzen der Spikeproteine mit Spiralfedern mit dem Viruskörper verbunden sind. Allem Enthusiasmus zum Trotz kann man aber natürlich nicht alles mit einem 3D-Modell darstellen. So zum Beispiel, dass die Spikeproteine (ebenso wie die M- und E-Proteine) in der Bilipidmembran, die die äußere Hülle des Virions dient, „schwimmen“. Wir haben keine Möglichkeit gefunden, das darzustellen.

Das Coronavirus als 3D-Modell 2.0 19
Abb. 3. Vollständig gedrucktes, bemaltes und zusammengebautes SARS-CoV-2-Modell mit Federn neben einem humanem Antikörper (orange) und einem Rhinovirus (blau) im gleichen Maßstab.

Also – wo ist denn jetzt das Modell?

Wir haben die aktualisierten Daten für das 3D-Druck-Modell des Virus bei thingiverse hochgeladen.

In unserm Blog finden Sie eine detaillierte Anleitung um das neue Modell zu drucken und zusammenzubauen.

Und hier ist noch eine 3D-Vorschau des neuen Modells auf Sketchfab:

Verweise

[1] "Coronavirus never before seen in humans is the cause of SARS". United Nations World Health Organization. 2003-04-16. Archived from the original on 2004-08-12. Retrieved 2022-02-17.

[2] Neuman, B., Kiss, G., Kunding, A. H. et al. A structural analysis of M protein in coronavirus assembly and morphology. J. Struct. Biol. 174, 1 (2011), 11–22. https://dx.doi.org/10.1016%2Fj.jsb.2010.11.021.

[3] Yao, H., Song, Y., Chen, Y. et al. Molecular Architecture of the SARS-CoV-2 Virus. Cell 183, 3 (2020), 730-738. https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.09.018.

[4] Klein, S., Cortese, M., Winter, S.L. et al. SARS-CoV-2 structure and replication characterized by in situ cryo-electron tomography. Nat Commun 11, 5885 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-19619-7.


Warum werden Impfstoffe so schnell und Medikamente so langsam entwickelt?

Im März 2020 erklärte die WHO die Krankheit COVID-19, ausgelöst durch das neuartige Coronavirus SARS-CoV-2, zur Pandemie. Seitdem haben es 14 Impfstoffe auf den Weltmarkt geschafft [1] und die Zahl der geimpften Menschen wächst jeden Tag. Noch nie war die Entwicklung eines Impfstoffes so schnell. Und obwohl viele Leben dadurch gerettet werden, gibt es immer noch viele Infizierte. Um Patienten mit schwerem COVID-19 zu helfen und die Gesundheitssysteme vor dem Kollaps zu bewahren, sind wirksame Medikamtente der nächste Schritt. Aber sollte es nicht bereits welche geben?

Was ist der Unterschied zwischen Impfstoffen und Medikamenten?

Während Impfstoffe nicht-infizierte Menschen vor einer möglichen Infektion schützen, helfen Medikamente erkrankten Menschen. Sie lindern die Symptome und verkürzen die Zeit bis zur Genesung. Um eine Pandemie nachhaltig zu bekämpfen, sind Impfstoffe unerlässlich. Der Erreger hat bei genug geimpften Menschen keine Chance mehr, jemanden zu infizieren. Die Herdenimmunität schützt außerdem diejenigen, die beispielsweise wegen eines angeschlagenen Immunsystems nicht geimpft werden können. Risikogruppen, die eine Infektion eventuell nicht überleben würden, werden besser vor einer Infektion geschützt. Medikamente sind jedoch ebenso wichtig für akute Infektionen, deren Verlauf man nicht immer vorhersagen kann.

Wie funktioniert die Entwicklung eines Impfstoffs?

Am Anfang erforschen Wissenschaftler den Virus und die Art, wie er eine Krankheit auslöst. Hierbei ist es wichtig, die Wirkung der Virusbestanteile im Detail zu verstehen. Auf dieser Basis schlagen die Forscher dann einen Teil des Virus vor, gegen den sich ein Impfstoff richten kann. Diese erste Laborphase wird als Research & Discovery-Phase bezeichnet. Was folgt, sind präklinische Versuche, die an Zellen oder Tieren durchgeführt werden. Hier prüfen die Wissenschaftler, ob ihr Impfstoffkandidat eine Immunantwort hervorrufen kann und ungiftig ist. Wenn alle bis zu diesem Zeitpunkt gesammelten Daten vielversprechend aussehen, folgt eine klinische Studie, in deren Verlauf der Impfstoff am Menschen getestet wird.

  • In Phase I werden die Sicherheit und die korrekte Dosierung für den Impfstoff sowie die Immunreaktion untersucht.
  • Während Phase II werden Sicherheit, Wirksamkeit, Dosierung und Immunreaktion an einer größeren und vielfältigeren Gruppe von Menschen getestet.
  • In Phase III wird der Impfstoff an Tausenden von Probanden getestet, um Wirksamkeit und Nebenwirkungen zu bestimmen.
  • Nur wenn der Impfstoff alle Phasen erfolgreich besteht, wird er von der FDA in den USA oder der EMA in der EU zugelassen. Nach der Zulassung wird der Impfstoff in der realen Welt überwacht und weitere Daten werden gesammelt.
Phasen einer klinischen Studie. Quelle: https://www.verbraucherzentrale.de/wissen/gesundheit-pflege/aerzte-und-kliniken/klinische-studien-sollten-sie-teilnehmen-31742
Abbildung 1: Phasen einer klinischen Studie. Quelle: https://www.verbraucherzentrale.de/wissen/gesundheit-pflege/aerzte-und-kliniken/klinische-studien-sollten-sie-teilnehmen-31742

Warum ging die Entwicklung so schnell? Wurde die Zulassung übereilt?

Am 10. Januar 2020 wurde das Genom von SARS-CoV-2 von chinesischen und australischen Wissenschaftlern veröffentlicht[2]. Sofort begann die weltweite Entwicklung von Impfstoffen. Zum ersten Mal arbeiteten Unternehmen, Regierungen und Wissenschaftler aus dem akademischen Bereich in diesem Umfang zusammen, um die Pandemie zu beenden. In den USA und in der EU wurde im Dezember 2020 als erster Impfstoff Comirnaty von Pfizer/BioNTech zugelassen. Seine Entwicklung dauerte nur elf Monate – eine Rekordzeit, die vorher für keinen anderen Impfstoff erreicht wurde.

Der am schnellsten entwickelte Impfstoff vor Corona war jener gegen Mumps in den 1960er Jahren[3]. Seine Entwicklung dauerte nur vier Jahre, was im Vergleich zu den durchschnittlich 10 Jahren, die ein Impfstoff von der Grundlagenforschung bis zur Zulassung braucht[4], erstaunlich schnell ist. Wie ist es also möglich, dass die Corona-Impfstoffe in unter einem Jahr auf den Markt kamen?

SARS-CoV-2 kam für die Virusforschung nicht aus dem Nichts. Seit Jahren studieren Wissenschaftler seine Verwandten SARS und MERS ‒ ihre Art, Zellen zu infizieren, ihre Proteine und ihre Genetik[5]. Aus diesem Grund mussten die Wissenschaftler bei der Erforschung des neuen Coronavirus nicht bei Null anfangen. Natürlich gibt es Unterschiede, aber das Grundgerüst der Viren weist viele Ähnlichkeiten auf.

Die Kosten für die Entwicklung eines Impfstoffs übersteigen im Durchschnitt die 1-Milliarden-Dollar-Marke[6]. Ein Großteil dieses Geldes wird für Kandidaten ausgegeben, die sich später als Fehlschläge erweisen. Bei vielen Impfstoffen kann die Finanzierung nicht während der gesamten Entwicklung aufrechterhalten werden, vor allem wenn Infektionen selten sind oder nur lokal auftreten. Bei der Entwicklung von SARS-CoV-2-Impfstoffen war Geld kein Problem. Dank der massiven Finanzierung durch Regierungen und Unternehmen hatten die Wissenschaftler ausreichend Ressourcen, um ihre Impfstoffkandidaten zu testen. Außerdem konnten die Entwickler so mehrere Testphasen parallel laufen lassen[7].

Der wahrscheinlich interessanteste Grund für die schnelle Impfstoffentwicklung sind die neuen Impfstofftechnologien, deren Entwicklung seit der Jahrtausendwende vorangetrieben wird: mRNA- und Vektorimpfstoffe. Wissenschaftler bezeichnen sie oft als Impfstoffplattformen, weil es sich um Technologien handelt, in die man nur den Teil einfügen muss, der spezifisch für ein Virus ist. Dazu braucht man die genetische Information des Virus, die schon früh in dieser Pandemie veröffentlicht wurde. Die Impfstoffentwickler passten also ihre Systeme an SARS-CoV-2 an und konnten so schnellstmöglich mit den präklinischen und klinischen Versuchen starten.

In der Vergangenheit wurden inaktivierte Viren oder isolierte virale Proteine in Impfstoffen verwendet. Diese sind aber sehr spezifisch für das Virus, das man bekämpfen will. Das bedeutet, dass man jedes Mal, wenn ein neuer Impfstoff entwickelt wurde, wieder bei den Grundlagen anfangen musste. Für die Zukunft hoffen Forscher, dass durch die neuen Impfstoffplattformen die Zeit für die Impfstoffentwicklung viel kürzer sein wird.

Wo liegt der Unterschied zur Medikamenten-Entwicklung? Und warum dauert sie so lang?

Auch die Entwicklung eines neuen Medikaments dauert Jahre. Generell zeigen die Zeitleisten für die Entwicklung von Medikamenten und Impfstoffen ähnliche Schritte: Research & Discovery, präklinische und klinische Studien, Zulassung und Überwachung gelten auch für die Medikamentenentwicklung.

Bis zur Zulassung kostet die Entwicklung eines neuen Medikamentes ca. 1,3 Milliarden US-Dollar[8], und Misserfolge sind auf jeder Stufe des Weges möglich – wie z. B. vielversprechende Kandidaten aus der Präklinik, die am Menschen keine Wirkung zeigen, etc.

Wenn man die moderne Medikamentenentwicklung mit den neuen Impfstoffplattformen vergleicht, wird klar, wie viel komplizierter erstere ist. Antivirale Medikamente sind Moleküle, die mit Teilen des Virus interagieren und es daran hindern, in eine Zelle einzudringen oder sich zu vermehren. Es gibt auch Medikamente, die mit Teilen unseres eigenen Immunsystems interagieren, um eine Eskalation der Krankheit zu verhindern.

Strukturell muss ein Wirkstoff genau zu seinem Angriffspunkt passen, der oft ein Virusprotein ist. Daraus ergeben sich zwei Probleme: Welches Protein soll gewählt werden und wie muss der Wirkstoff auf molekularer Ebene aussehen.

Heutzutage werden Millionen von Molekülen auf ihre Interaktion mit viralen Zielproteinen untersucht. Dies geschieht zwar durch computergestützte Modelle, nimmt aber dennoch viel Zeit in Anspruch. Sobald eine Leitstruktur – ein potenziell wirksames Molekül – gefunden ist, wird es in präklinischen Studien getestet und strukturell optimiert. Während der Optimierung werden Hunderte von ähnlichen Molekülen verglichen, um zu sehen, ob sich ihre Eigenschaften verbessern.

Verschiedene Ansätze zur Entwicklung eines Medikaments nehmen unterschiedlich viel Zeit in Anspruch. Eine Abkürzung zur Entwicklung einer wirksamen Behandlung ist das Repurposing, also Umfunktionieren, eines bereits zugelassenen Medikaments oder eines auf Eis gelegten Kandidaten. Der zweitschnellste Weg ist die Entwicklung eines therapeutischen Antikörpers, gefolgt von einem klassischen Screening nach einem neuen Wirkstoff.

Umfunktionieren von Medikamenten für neue Krankheiten

Die Wiederverwendung von Medikamenten oder Medikamentenkandidaten, die bereits auf ihre Sicherheit geprüft wurden, verkürzt die Entwicklungszeit erheblich. Noch besser ist es, wenn ein bereits zugelassenes Medikament oder ein Medikament, das bereits durch viele Daten aus Humanstudien gestützt wird, eine Wirkung auf die neue Krankheit zeigt.

Ein Beispiel dafür ist das erste HIV-Medikament AZT. Es wurde 1964 als Krebsmedikament entwickelt, erwies sich aber später als unwirksam. In den 1980er Jahren wurde es in ein Screening zur AIDS-Behandlung aufgenommen und konnte die Replikation von HIV stören. Später wurde gezeigt, dass es die Sterberate bei Menschen mit AIDS senkt, und es konnte zur Behandlung zugelassen werden[9].

Remdesivir – eine Sackgasse?

Remdesivir ist ein antivirales Medikament, das entwickelt wurde, um die Replikation von RNA-Viren zu stoppen. Zunächst entwickelte man es für die Behandlung von Hepatitis C und das HRS-Virus, es wurde später aber auch gegen Ebola[10] getestet, was aber keine überzeugenden Ergebnisse lieferte[11].

Doch was sagen COVID-19-Studien mit Remdesivir?

Die EU und die USA haben dieses Medikament im Jahr 2020 zugelassen, basierend auf Studien mit Patienten, die mittelschwere oder schwere Verläufe der Erkrankung hatten. Eine Studie ergab, dass Krankenhauspatienten mit moderatem COVID-19 von einer 5-tägigen Behandlung mit Remdesivir profitierten[12].  Für schwere Fälle gibt es Hinweise, dass Remdesivir die Zeit bis zur Genesung besser verkürzen konnte als ein Placebo[13].

Doch die WHO rät inzwischen vom Einsatz des Medikaments ab, da sie in einer eigenen Meta-Analyse keinen positiven Effekt belegen konnten. Dies hat die EMA dazu bewogen, Remdesivir neu zu bewerten und möglicherweise sogar die Zulassung in der EU zurückzunehmen[14]. In der WHO-Studie wurde die Wirkung von vier umfunktionierten COVID-19-Behandlungen – darunter Remdesivir – an 11.330 Erwachsenen untersucht[15]. In dieser Analyse zeigte Remdesivir wenig oder keinen Effekt auf Patienten mit COVID-19, gemessen an der Gesamtsterblichkeit, der Notwendigkeit der Beatmung und der Dauer des Krankenhausaufenthalts.

Die anderen geprüften Medikamente aus der WHO-Analyse waren Hydroxychloroquin (ein Mittel gegen Malaria), Lopinavir (ein Proteaseinhibitor, der gegen HIV eingesetzt wird) und Interferon beta-1a (ein immunmodulierendes Medikament zur Behandlung von MS). Keines davon zeigte eine ausreichende Wirkung gegen akutes COVID-19.

Dexamethason ‒ eine vielversprechende Behandlung

Der gefährlichste Aspekt einer COVID-19-Infektion ist, dass das Immunsystem überreagiert und den Körper zusätzlich zum Virus angreift. Steroide werden oft eingesetzt, um eine Reaktion des Immunsystems zu dämpfen, daher wurde das allgemein verfügbare Medikament Dexamethason als Behandlung ausprobiert. Dieses hat sich bisher als wirksam erwiesen und gehört mittlerweile zur Standardbehandlung von COVID-19-Patienten in den USA[16].

Andere Medikamente, die gerade untersucht werden

Die Behandlung mit monoklonalen Antikörpern wird derzeit in der EU und den USA geprüft[17].  Ihre Wirkung: Wenn sich der Antikörper an das Spike-Protein anlagert, kann das Virus nicht in die Körperzellen eindringen. Einige dieser Behandlungen sind Kombinationen aus zwei verschiedenen Antikörpern, die sich an unterschiedliche Teile des Spike-Proteins anlagern können und es so theoretisch besser binden.

Die drei Behandlungen, die sich derzeit in der EMA-Prüfungspipeline befinden, sind: Bamlanivimab und Etesevimab, REGN-COV2[18], und Regdanvimab[19]. Die FDA[20] hat mehrere monoklonale Antikörper für den Notfalleinsatz zugelassen und es hat sich gezeigt, dass sie die Symptome von COVID-19 wirksam reduzieren, wenn sie früh im Krankheitsverlauf gegeben werden[21].

Wo sind die Corona-Medikamente? 20
Abbildung 2: Wie Antikörper eine SARS-CoV-2 Infektion verhindern können. Sind spezifische Antikörper gegen das Stachelprotein gerichtet, kann dieses nicht mehr an den Rezeptor ACE2 binden und das Virus gelangt nicht in unsere Körperzellen. Eine Infektion wird abgewendet. Verändert auf Basis von Whittaker and Daniel (Nature, 2020).

Laufende Forschung

Da es immer mehr Strukturdaten über die Proteine von SARS-CoV-2 gibt, gibt es auch immer mehr Interaktionsstudien mit potenziellen Wirkstoffen und -kombinationen.

Doch die Medikamentenentwicklung braucht Zeit. Im Vergleich zu Impfstoffen, die gerade eine technologische Revolution erlebt haben, brauchen Medikamente länger von der Grundlagenforschung bis zum Einsatz. Aber es sind bereits viele verschiedene Medikamente in der Entwicklung, da die Finanzierung für COVID-19-Behandlungen kein Problem darstellt und auch die internationale Zusammenarbeit den Prozess beschleunigt.

Ob einer der aktuellen Kandidaten bei der Behandlung von COVID-19 wirksam sein wird, muss sich erst noch zeigen. Vielleicht könnte sogar eine Kombinationstherapie mit mehreren Medikamenten die gewünschte Wirkung erzielen.


[1] https://www.unicef.org/supply/covid-19-vaccine-market-dashboard

[2] https://virological.org/t/novel-2019-coronavirus-genome/319

[3] Tulchinsky, Theodore H.. “Maurice Hilleman: Creator of Vaccines That Changed the World.” Case Studies in Public Health (2018): 443–470. doi:10.1016/B978-0-12-804571-8.00003-2

[4] COVID-19 vaccine development pipeline gears up. Mullard, Asher. The Lancet, Volume 395, Issue 10239, 1751 - 1752

[5] Abdelrahman Zeinab, Li Mengyuan, Wang Xiaosheng. Comparative Review of SARS-CoV-2, SARS-CoV, MERS-CoV, and Influenza A Respiratory Viruses. Frontiers in Immunology 11 (2020). doi:10.3389/fimmu.2020.552909   

[6] Estimating the cost of vaccine development against epidemic infectious diseases: a cost minimisation study, Gouglas, Dimitrios et al. The Lancet Global Health, Volume 6, Issue 12, e1386 - e1396

[7] https://www.nature.com/articles/d41586-020-03626-1

[8] Wouters OJ, McKee M, Luyten J. Estimated Research and Development Investment Needed to Bring a New Medicine to Market, 2009-2018. JAMA. 2020;323(9):844–853. doi:10.1001/jama.2020.1166

[9] https://www.niaid.nih.gov/diseases-conditions/antiretroviral-drug-development

[10] https://www.gilead.com/-/media/gilead-corporate/files/pdfs/covid-19/gilead_rdv-development-fact-sheet-2020.pdf

[11] Pardo, Joe et al. “The journey of remdesivir: from Ebola to COVID-19.” Drugs in context vol. 9 2020-4-14. 22 May. 2020, doi:10.7573/dic.2020-4-14

[12] https://jamanetwork.com/journals/jama/fullarticle/2769871

[13] https://www.nejm.org/doi/10.1056/NEJMoa2007764

[14] https://www.ema.europa.eu/en/news/update-remdesivir-ema-will-evaluate-new-data-solidarity-trial

[15] Repurposed Antiviral Drugs for Covid-19 — Interim WHO Solidarity Trial Results.  384, 497-511 (2020).

[16] https://www.covid19treatmentguidelines.nih.gov/immunomodulators/corticosteroids/

[17] https://www.ema.europa.eu/en/human-regulatory/overview/public-health-threats/coronavirus-disease-covid-19/treatments-vaccines/treatments-covid-19/covid-19-treatments-under-evaluation

[18] https://www.ema.europa.eu/en/news/ema-starts-rolling-review-regn-cov2-antibody-combination-casirivimab-imdevimab

[19] https://www.ema.europa.eu/en/news/ema-starts-rolling-review-celltrion-antibody-regdanvimab-covid-19

[20] https://www.fda.gov/consumers/consumer-updates/know-your-treatment-options-covid-19

[21] https://www.fda.gov/news-events/press-announcements/coronavirus-covid-19-update-fda-authorizes-monoclonal-antibodies-treatment-covid-19-0

Für diesen Beitrag exisitiert leider keine deutsche Übersetzung.

Since the outbreak of SARS-CoV-2, infection has continued to spread. At the same time, governmental agencies around the world have adjusted the rules to prevent its spread. Information sources as basis for these rules have been obtained from scientific studies, public health research and simulation tests to understand the efficiency of mask types in preventing spread of infection by SARS-CoV-2. In this article, we will look at the mask types in use today, how much they can impede viral droplets and aerosols and how the construction of different masks helps to protect us from infection by SARS-CoV-2.

SARS-CoV-2 droplet sizes and viral transmission

The SARS-CoV-2 virus can be transmitted via droplets and aerosols. 

Droplets are particles of sizes varying from 0.05 to 500 μm. They are directly emitted while breathing or talking. After being released into the air, larger droplets fall to the ground and others rapidly evaporate to form droplet nuclei less than 5 µm of size, also called aerosols, containing viruses in the range of 0.02 to 0.3 μm. Droplet nuclei can remain suspended in air for a longer time compared to large droplets and potentially contribute to airborne transmission1,2,3.

SARS-CoV-2 has been observed to be transmitted via 3 modes:4,5,6

  •   Contact transmission (usually via direct contact with infected persons, surfaces, or air)
  •   Droplet transmission over short distances when a person is close to an infected person
  •   Aerosol transmission over longer distances via inhalation of aerosols that remain airborne and travel with the air

Although maintaining a safe distance from an infected or possibly infected person will prevent viral spread via direct contact and droplet transmission, maintaining a safe distance may not be able to prevent spread of infection through airborne aerosols. This is why it becomes even more important to wear a mask.

Mask types and structure

Surgical masks, also called medical face masks or mouth-nose protection (MNS), are disposable products that are normally used in clinics or in doctor's offices on a daily basis. They are made of special plastics with multiple layers. They have a rectangular shape with wrinkles so that the mask can adapt to the face. The front (outside) is often coloured, the back (inside) is not. The masks have ear loops and a wire noseband (see Figure 1).

Due to the shape and fit of most medical face masks, some of the breathing air can flow past the edges. Especially during inhalation, unfiltered breathing air can be sucked in. Therefore, medical face masks usually offer the wearer less protection against pathogenic aerosols than particle-filtering half-masks (FFP). Medical face masks, however, can protect the mouth and nose of the wearer from pathogen transmission via direct contact, for example with contaminated hands.

Since they are medical devices, their manufacturing and distribution must be carried out in accordance with medical device law. They must therefore comply with the legal requirements and the European standard EN 14683:2019-10. Only then can manufacturers mark the medical masks with the CE mark and distribute them freely in Europe. This is subject to supervision by competent authorities7.

Surgical mask, picture taken by CSTF.
Figure 1: A surgical mask.

Particle filtering half masks / filtering facepieces (FFP) are objects of personal protective equipment (PPE) within the framework of occupational health and safety. They protect the wearer of the mask from particles, droplets, and aerosols. When worn correctly, FFP masks are tightly attached and offer external and self-protection. Since the masks are disposable products as intended by the manufacturer, they should be changed regularly and disposed of after use.

FFP masks are produced either with or without an exhalation valve. Masks without exhalation valve filter both the inhaled air and the exhaled air over the mask surface and therefore offer both self-protection and external protection. Masks with valves offer less external protection because exhaled aerosols are not intercepted by the filter material but are only slowed down and swirled to a certain extent by the valve.

Like medical face masks, FFP masks must comply with clear requirements of laws and technical standards. In particular, the filter performance of the mask material is tested with aerosols in accordance with the European standard EN 149:2001+A1:2009. FFP2 masks must filter at least 94% of the test aerosols, for FFP3 masks the minimum is even 99% . They are therefore proven to provide effective protection against aerosols. The test standard, together with the CE mark and the four-digit identification number of the notified body, is printed on the surface of the FFP mask7.

FFP2 mask, picture taken by CSTF.
Figure 2: An FFP2 mask.

Mask standards

The table below shows the currently accepted standards for masks and how they are effective in filtering out bacteria as well as particles.

Table showing Filtration Capacity of Mask Standards
Table 1: Filtration capacity of mask standards, evaluated standards include bacteria filtration efficiency (BFE), particle filtration efficiency (PFE), and penetration of filter material (PFM).

Mechanisms of protection

Masks ensure protection from viral spread in three main ways1,5:

Flow resistance inhibits the momentum of exhaled droplets and the velocity of incoming airborne aerosols. This significantly reduces the risk of infection in the vicinity of an infected person, protecting third parties as well. This is afforded by surgical masks, FFP2/N95/KN95, or better particle filtering respirator masks.

Droplet filtration blocks out large droplets via gravity sedimentation, inertial impaction, and minimizing contact of hand to mouth, nose, or other facial canals with access to the respiratory tract. It is afforded by most kinds of masks.

Aerosol filtration reduces the spread of aerosols via interception, diffusion, and electrostatic attraction. Electrostatic effects likely result in charge transfer with nanoscale aerosol particles. It is afforded by FFP2/N95/KN95 or better particle filtering respirator masks.

At small aerosol droplet sizes in the range of 0.1 to 1 μm, the mask layers prevent particles from passing mainly by blocking movement of particles with the fibers in the filter layer and, hence, not allowing diffusion. For nanometer-sized particles, which can easily slip between the openings in the network of filter fibers, electrostatic attraction is the main way by which mask layers remove low mass particles, which are attracted to and bind to the fibers. This filtering of particles by electrostatic attraction is generally most efficient at low speed of the particles such as the speed of aerosols released by breathing through a face mask.

It is important to note that openings and gaps (such as those between the mask edge and the face) can compromise the performance. Findings indicate that leakages around the mask area can reduce efficiencies by ∼50% or more, pointing out the importance of a proper “fit”8.

Although a home-made fabric mask will at least offer some degree of protection against larger droplets and prevent access to facial features, it will not be very effective in protecting against respirable particles and droplets with a diameter of 0.3 to 2 μm, as these pass through the materials largely unfiltered5.

Thus, the inhalation of droplets containing viruses can be prevented by using a tight-fitting mask with particle filtering properties (self-protection). The FFP2/FFP3 mask type is very well suited to protect people from an infection by means of aerosol even when the environment is strongly contaminated with infectious droplets5.

How does mask structure affect filter particles?

For high filtration and blocking efficiency, the construction of masks layers is very important. Factors that contribute to this efficiency are these4,8:

Movement of droplets/aerosols is directly affected by interfiber spacing of the mask material and the number of layers. Combining layers of differing fiber arrangement to form hybrid masks uses mechanical filtering and may be an effective approach.

Electrostatic interaction impeding aerosol transmission is influenced by the type of mask material. Electrostatic attraction mainly affects the removal of low mass particles, which are attracted to and bind to the fibers. Leveraging electrostatic filtering may be another effective approach8.

The SEM pictures below show the structure and construction of mask fibers and give an insight into the factors that contribute to their high filtering and blocking efficiency.

An FFP2 mask combines layers featuring different spacing and fiber network types to form hybrid masks, employing both mechanical and electrostatic filtering.

Microscopic image of FFP2 mask layers, showing different droplet sizes in comparison
Figure 3: SEM image of FFP2 filter layer fibers showing an incoming pseudo droplet and aerosol. A pseudo aerosol, shown here as a yellow dot, is bound to the mask fiber due to electrostatic attraction and, hence, cannot pass through the mask due to electrostatic filtering. A pseudo droplet shown here in blue is larger than the interfiber spacing of the mask fiber and, thus, cannot pass through the mask due to mechanical filtering. Picture: Carl Zeiss GmbH | Coronavirus Structural Task Force.

Why are FFP masks superior? 

Surgical and respiratory masks are compliant to regulations that guarantee to fulfill certain standards (cf. Table 1). The superior protection of FFP masks stems partially from its filtering layer (cf. Figure 3), using electrostatic filtration to block smaller particles (~0.1 µm).

Conclusion

While maintaining a safe distance from an infected or possibly infected person will prevent spread of infection through direct contact and droplet transmission, maintaining a safe distance may not effectively prevent the spread of infection through airborne aerosols. This is where it becomes very important to wear a mask.

Masks offer self-protection and minimize transmission of potentially infectious exhaled droplets to the surrounding atmosphere. However, in some situations like closed rooms or highly contaminated places, only masks with high blocking and filtration efficiencies will offer this kind of protection, provided they are closely fitted to prevent air from flowing around the mask edges.


The authors would like to explicitly thank Carl Zeiss GmbH, who provided the microscopic images.


References

1.        Anand, S. & Mayya, Y. S. Size distribution of virus laden droplets from expiratory ejecta of infected subjects. Sci. Rep. 10, 1–9 (2020).

2.        Chirizzi, D. et al. SARS-CoV-2 concentrations and virus-laden aerosol size distributions in outdoor air in north and south of Italy. Environ. Int. 146, 106255 (2021).

3.        Lee, B. U. Minimum sizes of respiratory particles carrying SARS-CoV-2 and the possibility of aerosol generation. Int. J. Environ. Res. Public Health 17, 1–8 (2020).

4.        Sanchez, A. L., Hubbard, J. A., Dellinger, J. G. & Servantes, B. L. Experimental study of electrostatic aerosol filtration at moderate filter face velocity. Aerosol Sci. Technol. 47, 606–615 (2013).

5.        Kähler, C. J. & Hain, R. Fundamental protective mechanisms of face masks against droplet infections. J. Aerosol Sci. 148, (2020).

6.        Oct, U. COVID-19 Scienti c Brief : SARS-CoV-2 and Potential Airborne Transmission small particles that can move through the air The term “ airborne transmission ” has a specialized meaning in public health practice respiratory microbes The epidemiology of SARS-Co. 2019–2022 (2021).

7.        https://www.bfarm.de/SharedDocs/Risikoinformationen/Medizinprodukte/DE/schutzmasken.html                       Accessed 21 April 2021.

8.        Konda, A. et al. Aerosol Filtration Efficiency of Common Fabrics Used in Respiratory Cloth Masks. ACS Nano 14, 6339–6347 (2020).


Die COVID-19-Impfstoffe wurden in Rekordzeit entwickelt, und die Impfkampagne ist selbstverständlich in den meisten Ländern im Gange. Alle warten sehnsüchtig auf das Ende der Pandemie, damit sich die Lage wieder normalisiert. Bis zum 23. April 2021 wurden weltweit mehr als 966 Millionen Impfdosen verabreicht [1]. Es muss jedoch bedacht werden, dass wir nicht in einer Welt leben, in der jeder geimpft werden kann. Wichtig sind dabei zwei Fragen: Reichen die aktuellen Strategien aus, um das Virus schnell genug einzudämmen? Und: Welche Maßnahmen könnten diesen Prozess schneller und nachhaltiger machen? Folgende Fragestellungen sind hier wesentlich:

Gibt es andere wirksame Strategien für die COVID-19-Impfkampagne? Wenn ja, kann man diese für eine bessere Durchimpfungsrate anwenden?

Impfstoffe gegen COVID-19 zeigen eine Wirksamkeit von bis zu 95 %. Für eine gut geplante Kampagne zur Beendigung der Pandemie ist jedoch mehr als das erforderlich. Gute Planung und Durchführung sind für ein erfolgreiches Ergebnis wesentlich. Die folgenden Ansätze wurden während der Pandemie noch nicht ausreichend angewendet. Für die Verantwortlichen des Impfprogramms wäre es sicher vorteilhaft, diese zu übernehmen.

Barrierenanalyse

Hierbei handelt es sich um eine Methode der Schnellbewertung, mit der in kurzer Zeit festgestellt werden kann, warum ein gewünschtes Verhalten angenommen oder abgelehnt wird. Der Ansatz wurde 1990 von Tom Davis zur Untersuchung von Verhaltensänderungen entwickelt [2] und ist vor allem interessant, wenn man den Kontext verschiedener Länder berücksichtigen will. Bis heute nutzen einige Gesundheitsorganisationen diesen Ansatz, um erfolgreiche und wirkungsvolle Kampagnen durchzuführen [3,4]. Dabei wird ein strukturiertes Werkzeug verwendet, um zu verstehen, warum sich ein bestimmtes Verhalten trotz großen Aufwands nicht geändert hat. Es kann erklären, warum ein bestimmtes Verhalten auftritt, und gibt Hinweise, was für ein besseres Ergebnis getan werden muss. So kann die Akzeptanz des Impfstoffs für eine bessere Durchimpfung gefördert werden.

Bedarfsanalyse

Eine Bedarfsanalyse ist die Sammlung und Analyse von Informationen über die Bedürfnisse der betroffenen Bevölkerung. Sie hilft, Unterschiede zwischen dem vereinbarten Standard und der aktuellen Situation zu ermitteln. Daraus lassen sich dann notwendige Maßnahmen ableiten. Nach der Auswertung von Fragebögen ist der tatsächliche Schwerpunkt bereits vor Beginn der Kampagne klarer erkennbar. So kann die Leistung für den Patienten verbessert werden, um die Akzeptanz für das Projekt zu erhöhen. 2016 wurde ein Impfprogramm für Mitarbeiter des Gesundheitswesens durchgeführt, das dank einer Bedarfsanalyse sehr erfolgreich und wirkungsvoll war [5]. Dabei konnten schon vor der Umsetzung bestimmte Verhaltensweisen, Aktivitäten und tatsächliche Hochrisikobereiche ermittelt werden.

Theorien zum gesundheitsrelevanten Verhalten, die auch bei der Umsetzung übernommen werden können

Das Health-Belief-Modell („Modell gesundheitlicher Überzeugungen“) wurde in den 1950er Jahren von einer Gruppe von Sozialpsychologen des U.S. Public Health Service entwickelt. Sie versuchten herauszufinden, warum einige Programme zur Erkennung und Prävention von Krankheiten nur wenige Teilnehmer hatten [6,7]. Es basiert auf der Annahme, dass Menschen bereit sind, ihr Verhalten zu ändern, wenn sie:

  • glauben, dass sie für eine bestimmte Erkrankung anfällig sind (wahrgenommene Anfälligkeit),
  • glauben, dass die Erkrankung ernsthafte Auswirkungen haben kann (wahrgenommener Schweregrad),
  • glauben, dass es notwendig ist, Maßnahmen zu ergreifen, um eine negative Auswirkung oder deren Schweregrad zu verringern (wahrgenommener Nutzen),
  • glauben, dass nichts sie daran hindert (wahrgenommene Barrieren),
  • an das Verhalten erinnert werden, z. B. durch Plakate, Fernsehwerbung oder Einstellen einer Erinnerung (Handlungsaufforderung), oder
  • an ihre Fähigkeit glauben, das Verhalten umsetzen zu können (Selbstwirksamkeit).

Die Theorie des Geplanten Verhaltens (auch „Theory of planned behaviour“) geht davon aus, dass die Verhaltensabsicht die wichtigste Determinante eines jeden Verhaltens ist. Sie besagt, dass die Verhaltensabsicht davon beeinflusst wird, was eine Person und ihr nahestehende Menschen über die Ausführung eines Verhaltens denken (subjektive Norm) [7].

Ich ermutige daher die Leiter von Impfprojekten, eines dieser Modelle zu verwenden. So können schneller bessere Ergebnisse erzielt werden, da Nachweise die Effektivität der Impfstoffakzeptanz belegen [8].

Wie wurden die Impfstoffe verteilt?

Bis zum 23. April 2021, 01:25 MESZ, wurden mehr als 966 Millionen Impfdosen in 172 Ländern der Welt verabreicht, also etwa 16,4 Millionen Dosen täglich. Dies entspricht einer Impfung von nur 6,3 % der Weltbevölkerung [1]. Mehr als 20 Länder haben noch gar nicht mit der Impfung begonnen, und sie haben auch keinen Impfstoff. Die Impfstoffverteilung ist äußerst ungleich, wenn man Länder mit hohem Einkommen und Länder mit niedrigem Einkommen vergleicht. Eine beträchtliche Menge an Impfstoff wurde in den Ländern mit hohem Einkommen verabreicht. Sie haben auch eine größere Menge an Impfstoff bestellt. Bis zum 19. März 2021 haben sich die Länder mit hohem und oberem mittlerem Einkommen mehr als 6 Milliarden von den 8,6 Milliarden Impfdosen gesichert, die voraussichtlich produziert werden. Länder mit hohem Einkommen impfen 25-mal schneller als Länder mit niedrigem Einkommen, die nur wenig Impfstoff beschaffen konnten. In Afrika hat die Mehrheit der Länder eine Menge an Dosen, die nur für <1% der Gesamtbevölkerung ausreicht. Nigeria zum Beispiel plant, in den nächsten zwei Jahren in vier Phasen mindestens 70 % der berechtigten Personen ab 18 Jahren zu impfen, doch das ist bei dem Tempo, das sie derzeit vorlegen, unmöglich [9]. Indien (der weltweit größte Hersteller von Impfstoffen) liefert normalerweise Impfstoffe an Länder, die sich die sehr teuren Impfstoffe nicht leisten können [10]. Seit April 2021 erlebt Indien einen starken Anstieg an COVID-19-Fällen. Es wird daher seine Lieferungen ins Ausland wegen Eigenbedarfs reduzieren müssen, was zu einer weiteren Verknappung in all den Ländern mit niedrigem Einkommen führen wird. Das macht es noch schwieriger, den Ausbruch global einzudämmen. Es ist verständlich, dem eigenen Land Priorität einzuräumen. Jedoch darf nicht vergessen werden, dass dies für die Ausrottung einer Krankheit nicht ausreicht. Die Erreger sind  nur „einen Flug entfernt“, und das Virus wird in das eigene Land zurückkehren – wenn nicht sogar in Form einer neuen Variante. Außerdem: Je weniger Coronavirus-Fälle es weltweit gibt, desto geringer ist auch die Wahrscheinlichkeit, dass neue Varianten entstehen.

Wie können wir den Schutz aufrechterhalten?

Alle zugelassenen COVID-19-Impfstoffe schützen vor schweren Infektionen, Krankenhausaufenthalten und Tod, unabhängig von der Wirksamkeitsrate. Aus Untersuchungen geht hervor, dass jemand, der sich mit COVID-19 infiziert hat, nach der Erholung ungefähr sechs Monate lang eine gewisse Immunität aufweist. Das variiert jedoch von Mensch zu Mensch [11-13].

Immer wieder werden neue Varianten auftauchen, doch wenn die Impfung weiter voranschreitet, werden neue Mutationen irgendwann nicht mehr sehr gefährlich sein. Deshalb ist ein laufendes Impfprogramm in regelmäßigen Abständen notwendig. Es ist sinnvoll, dass Länder ergänzende Impfmaßnahmen („Supplementary Immunization Activities“, SIAs) einführen, insbesondere für COVID-19. Denn noch ist nicht klar, wie lange die Immunität nach der Impfung tatsächlich anhält, und es treten weiterhin immer neue Varianten auf.

SIAs ist ein Programm, das als Ergänzung zur Impfung eingeführt wurde, damit mehr Menschen einen Impfschutz erhalten. Es ersetzt nicht die Routineimpfung, sondern unterstützt sie, um die Immunität zu stärken und die Ausbreitung neuer Varianten zu behindern. Im Fall von COVID-19 halte ich eine Impfung im Jahresrhythmus oder sogar in noch kürzeren Zeitabständen für sinnvoll.

Wie können wir mehr Menschen mit COVID-19-Impfstoffen impfen?

Der beste Weg, eine Herdenimmunität zu erreichen, ist die Impfung. Eine Impfkampagne gilt immer dann als effektiv und erfolgreich, wenn die Menschen bereit sind, die Impfstoffe anzunehmen. Man kann den wirksamsten Impfstoff herstellen, wenn sich aber die Menschen – beispielsweise aufgrund von Fehlinformationen – nicht impfen lassen, ist die Mühe vergeblich.

Religiöse und traditionelle Autoritäten sind für eine erfolgreiche Einführung der COVID-19-Impfstoffe vor allem in den Entwicklungsländern unerlässlich. Im Allgemeinen sollten Personen, die viel Vertrauen genießen und Einfluss haben, miteinbezogen werden [4].

Außerdem ist vor allem in den Industrieländern einer der größten Rückschläge bei Impfungen, dass die Menschen nicht wohlwollend auf Vorschriften reagieren. Sie sehen es als eine Form der Verletzung ihrer Freiheitsrechte. Die Anwendung der oben genannten Theorien kann helfen, die Ursachen eines solchen Verhaltens zu bekämpfen.

Es ist wichtig, Anreize für die Impfung zu schaffen, z. B. mit dem Porträt einer respektierten Autorität auf einem hochwertigen T-Shirt. Dieses können die Menschen stolz im Freien tragen, und es kann helfen, das Bewusstsein für die Krankheit zu schärfen. Wenn andere sehen, dass der Träger geimpft wurde und „nicht gestorben ist“, werden auch sie vielleicht darüber nachdenken, sich impfen zu lassen.

Andere Präventionsstrategien, die außer Masken, Händewaschen und Abstand halten gefördert werden müssen:

Bei der Krankheitsvorbeugung ist es immer ratsam, zuerst alle sicheren und wirksamen Maßnahmen in Betracht zu ziehen, bevor man an Medikamente oder schützende Behandlungen denkt. Es ist noch nicht wissenschaftlich getestet oder eindeutig bewiesen, dass die Impfstoffe vor der Verbreitung oder Ansteckung mit dem Virus schützen, vor allem bei den neuen Varianten. Deshalb werden Geimpfte weiterhin dazu angehalten, Masken zu tragen und Abstand zu wahren. Ich will auch zu den folgenden präventiven Maßnahmen ermutigen:

Nasenspülung und Gurgeln: Bei einer Nasenspülung werden Nasenhöhlen ausgespült, um Schleim und Keime zu beseitigen. Für die SARS-CoV-2-Infektion gibt es nur wenige klinische Nachweise der Wirksamkeit. Andere Studien untermauern diese jedoch, und ich stimme ihnen zu [14,15]. Für eine Nasenspülung werden Salz und Backpulver in lauwarmem Wasser gelöst und damit die Nasenlöcher gespült. Alle Geräte, die dabei verwendet werden, sind unbedingt steril und sauber zu halten! Viele Menschen vergessen, dass es wichtig ist, die Nase genauso wie den restlichen Körper zu reinigen, vor allem um Infektionen der Atemwege vorzubeugen. Immer wenn ich dusche, reinige ich meine Nase und spüle sie. Das hat das Risiko allergischer Reaktionen drastisch reduziert.

Kommentar: Kann die Strategie der laufenden Impfkampagne gegen COVID-19 die Pandemie schnell genug beenden? 21

Abbildung 1: Person, die eine Nasenspülung durchführt.

Die 1999 durchgeführte Studie zur Anwendung von isotonischer Kochsalzlösung zur Nasenspülung bei Holzarbeitern, die durch das Einatmen von Staubpartikeln belastet sind, hat gezeigt, dass sie die nasalen Symptome deutlich gelindert hat. Außerdem hat mehr als die Hälfte der Probanden es nach einem Jahr freiwillig weiterpraktiziert [16].

Auch das Gurgeln mit warmem Salzwasser kann helfen, Ansammlungen von Schleim und Keimen in den oberen Atemwegen zu verhindern [17,18].

Essgewohnheiten: Essgewohnheiten spielen eine wichtige Rolle bei der Prävention und Behandlung von Krankheiten. Wer öfter selbst kocht und auf Fastfood oder ungesundes Essen verzichtet, trägt mit dem Verzehr von vitaminreicher Nahrung dazu bei, die Schwere von Krankheiten zu verringern. Gute Ernährung und sorgfältiger Wasserhaushalt führen mit hoher Wahrscheinlichkeit zu einer besseren Abwehrkraft zur Bekämpfung von Infektionen.

Kommentar: Kann die Strategie der laufenden Impfkampagne gegen COVID-19 die Pandemie schnell genug beenden? 22

Abbildung 2: Ungesunde Essgewohnheiten.

Fahrstühle: Die Menschen müssen sich bewusst machen, dass Aufzüge nicht gut belüftet sind. Eine Tröpfcheninfektion kann sich dort schnell verbreiten. Im Fahrstuhl sollte daher immer eine Maske getragen, seine Benutzung nach Möglichkeit vermieden werden.

Fazit

Eine gute Strategie und sorgfältige Planung sind der Schlüssel für eine erfolgreiche Impfkampagne zur Bekämpfung der anhaltenden Pandemie. Einige der oben erwähnten Theorien sind es wert, für eine bessere Akzeptanz des Impfstoffs in Betracht gezogen zu werden. Die Fokussierung auf das eigene Land wird die globale Pandemie nicht beenden. Sie wird sich sogar negativ auf die Länder mit niedrigem Einkommen auswirken, da es für diese schwieriger ist, sich zu erholen – sowohl wirtschaftlich als auch von den unmittelbaren Folgen der Viruserkrankung. Immer wieder können neue Varianten von SARS-CoV-2 auftreten, aber nach einer gewissen Zeit werden die Varianten weniger werden. Auch wird man sie besser bewältigen können, da die Menschen in den nächsten zwei oder drei Jahren jährlich Auffrischungsimpfungen erhalten. In der Geschichte ist nur ein einziges menschliches Virus (die Pocken) durch Impfung ausgerottet worden [19,20]. Vermutlich kann SARS-CoV-2 nur so weit unter Kontrolle gebracht werden, dass es keine größeren Beeinträchtigungen in unserem Leben verursachen wird und wir wieder zur Normalität zurückkehren können. Regierungen und politische Entscheidungsträger auf der ganzen Welt müssen mehr Anstrengungen unternehmen, um eine schnelle Versorgung mit Impfstoffen weltweit sicherzustellen.

Literaturquellen

[1] Bloomberg. More Than 966 Million Shots Given: Covid-19 Tracker. Bloomberg.com [Internet]. [cited 2021 Apr 23]; Available from: https://www.bloomberg.com/graphics/covid-vaccine-tracker-global-distribution/

[2] A Practical Guide to Conducting a Barrier Analysis [Internet]. [cited 2021 Apr 20]. Available from: https://pdf.usaid.gov/pdf_docs/PA00JMZW.pdf

[3] World Vision. BA Tabulation Tables and Results Summaries (by country). [Internet]. [cited 2021 May 25]. Available from: https://drive.google.com/drive/folders/1uUb_IWgw6Kk8wgWHFb3Yxr5kpyEDJaMk?usp=sharing

[4] Harris N. Faith leaders must play key role in COVID-19 vaccine roll-out [Internet]. World Vision. [cited 2021 Apr 20]. Available from: https://www.worldvision.org/about-us/media-center/faith-leaders-must-play-key-role-in-covid-19-vaccine-roll-out

[5] Arogundade L, Akinwumi T, Molemodile S, Nwaononiwu E, Ezika J, Yau I, et al. Lessons from a training needs assessment to strengthen the capacity of routine immunization service providers in Nigeria. BMC Health Serv Res. 2019 Sep 14;19(1):664.

[6] Wong MCS, Wong ELY, Huang J, Cheung AWL, Law K, Chong MKC, et al. Acceptance of the COVID-19 vaccine based on the health belief model: A population-based survey in Hong Kong. Vaccine. 2021 Feb 12;39(7):1148–56.

[7] National Cancer Institute- Theory at a Glance [Internet]. [cited 2021 Apr 26]. Available from: https://cancercontrol.cancer.gov/sites/default/files/2020-06/theory.pdf

[8] Chu H, Liu S. Integrating health behavior theories to predict American’s intention to receive a COVID-19 vaccine. Patient Educ Couns [Internet]. 2021 Feb 17 [cited 2021 May 4]; Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7889032/

[9] Joint press statement by NPHCDA, WHO and UNICEF on the arrival of COVID-19 vaccine in Nigeria [Internet]. [cited 2021 May 26]. Available from: https://www.unicef.org/nigeria/press-releases/joint-press-statement-nphcda-who-and-unicef-arrival-covid-19-vaccine-nigeria

[10] Serum Institute of India. About Serum Institute Of India Pvt. Ltd. [Internet]. [cited 2021 May 8]. Available from: https://www.seruminstitute.com/about_us.php

[11] Hall V, Foulkes S, Charlett A, Atti A, Monk EJM, Simmons R, et al. Do antibody positive healthcare workers have lower SARS-CoV-2 infection rates than antibody negative healthcare workers? Large multi-centre prospective cohort study (the SIREN study), England: June to November 2020. medRxiv. 2021 Jan 15;2021.01.13.21249642.

[12] Dan JM, Mateus J, Kato Y, Hastie KM, Yu ED, Faliti CE, et al. Immunological memory to SARS-CoV-2 assessed for up to 8 months after infection. Science [Internet]. 2021 Feb 5 [cited 2021 Apr 26];371(6529). Available from: https://science.sciencemag.org/content/371/6529/eabf4063

[13] Abu Raddad LJ, Chemaitelly H, Malek JA, Ahmed AA, Mohamoud YA, Younuskunju S, et al. Assessment of the risk of SARS-CoV-2 reinfection in an intense re-exposure setting [Internet]. Epidemiology; 2020 Aug [cited 2021 May 26]. Available from: http://medrxiv.org/lookup/doi/10.1101/2020.08.24.20179457

[14] King D, Mitchell B, Williams CP, Spurling GK. Saline nasal irrigation for acute upper respiratory tract infections. Cochrane Database of Systematic Reviews [Internet]. 2015 [cited 2021 Apr 26];(4). Available from: https://www.cochranelibrary.com/cdsr/doi/10.1002/14651858.CD006821.pub3/full

[15] Panta P, Chatti K, Andhavarapu A. Do saline water gargling and nasal irrigation confer protection against COVID-19? Explore (NY). 2021;17(2):127–9.

[16] Rabone SJ, Saraswati SB. Acceptance and effects of nasal lavage in volunteer woodworkers. Occup Med (Lond). 1999 Aug;49(6):365–9.

[17] Ramalingam S, Graham C, Dove J, Morrice L, Sheikh A. Hypertonic saline nasal irrigation and gargling should be considered as a treatment option for COVID-19. J Glob Health [Internet]. [cited 2021 Apr 26];10(1). Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7193539/

[18] Satomura K, Kitamura T, Kawamura T, Shimbo T, Watanabe M, Kamei M, et al. Prevention of upper respiratory tract infections by gargling: a randomized trial. Am J Prev Med. 2005 Nov;29(4):302–7.

[19] Greenwood B. The contribution of vaccination to global health: past, present and future. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci [Internet]. 2014 Jun 19 [cited 2021 Apr 26];369(1645). Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4024226/

[20] World Health Organization. Smallpox [Internet]. [cited 2021 Apr 26]. Available from: https://www.who.int/health-topics/smallpox#tab=tab_1[

Für diesen Beitrag exisitiert leider keine deutsche Übersetzung.

There is a secret code that virologists use to talk about the new coronavirus. This code is made up of synonymous words and abbreviations for each of the 28 proteins which facilitate the viral life cycle. In this article, we will shed some light on this mythical language.

First of all, SARS-CoV-2 has three classes of proteins:
Structural Proteins, namely the spike protein, the membrane protein and the envelope protein as well as the nucleocapsid, which forms an extra shell around the single-stranded RNA, are also known as the S-, M-, E- and N-Protein.

Non-structural proteins (NSP) ensure the viral life cycle but are not making up the hull or nucleocapsid; These are conveniently numbered 1–16.

And then there are accessory proteins, which seem to be more important in-vivo than in-vitro, and most of them have not yet been structurally determined.

Of course, this nice and clear naming scheme tells you little about the function and properties of the different proteins, which is why virologists invented plenty of other names for them. And this is where the confusion begins.


SARS-CoV-2 Pl2Pro meme
Meme by Andrea Thorn.


NSP3, for example, contains two ubiquitin-like (UBL1 and UBL2) domains, a papain-like protease (PLpro, PL2pro) domain (which includes a zinc finger), a "macro" domain (also known as X domain, Mac1, or ADP ribose phosphatase), a hypervariable region (also called Glu-rich acidic domain or HVR), two transmembrane domains (TM1 and TM2), an ecto (3Ecto) domain (which is also a zinc finger), a conserved domain of unknown function called Y1, and a coronavirus-specific carboxyl-terminal (CoV-Y) domain. The SARS-unique domains, or SUDs—namely SUD-M, SUD-N, and SUD-C—were all renamed after it was found out they are not unique to SARS: SUD-N is now Mac2, SUD-M is Mac3 and SUD-C is called DPUP.

If this was not enough to convince you that all of this is confusing, here are some additional names:

Spike:
S-Protein, surface glycoprotein, E2 glycoprotein

NSP1: leader protein

NSP5: 3CLpro, SARS-CoV-2 3C-like protease, 3C-like proteinase, main protease, NSP5A_3CLpro, NSP5B_3CLpro, Mpro, Non-structural protein 5

NSP9: Non-structural protein 9, ssRNA-binding protein

NSP10: Non-structural protein 10, growth factor-like protein, GFL

NSP12: RNA Polymerase, RNA-dependent RNA Polymerase, NiRAN, RdRp

NSP13: NSP13-pp1ab, non-structural protein 13, helicase, NTpase, Hel

NSP14: NSP14A2_ExoN, SARS-CoV-2 3'-to-5' exonuclease, non-structural protein 14, NSP14B_NMT

NSP15: NSP15-A1, SARS-CoV-2 endoRNAse, NSP15B-NendoU, NendoU, uridylate-specific endoribonuclease NendoU

All these names are certainly hard to remember, but as a scientist you need them in order to save the world! So, we made a handy glossary for you that you can access here.

If you have any more suggestions or corrections for the glossary, please let us know in the comments!

Neben mRNA-Impfstoffen wird auch eine andere Klasse von Impfstoffen gegen COVID-19 eingesetzt: Der Vektorimpfstoff von AstraZeneca enthält ein intaktes Virus. Doch wie wirkt er genau? Wo liegen Stärken und Schwächen? Und vor allem: Ist er sicher?

Die neuartigen mRNA-Impfstoffe gegen SARS-CoV-2 lösen einige Kontroversen aus, und die Bedenken sind vielfältig. Die Impfstoffe seien zu wenig getestet worden, man kenne die Langzeitfolgen nicht, die Impfstoffe könnten das Erbgut verändern.

Der Impfstoff von Oxford–AstraZeneca funktioniert anders als etwa der mRNA-Impfstoff von BioNTech. Statt nur das Erbgut des Stachelproteins in unsere Zellen zu bringen, befindet sich ein Teil des Genoms von SARS-CoV-2 in einem harmloseren, aber funktionsfähigen Virus. Über diesen Ansatz wirken die sogenannten "viralen Vektorimpfstoffe". Als Vektor (Überträger) der DNA des Virusproteins dient ein verändertes Erkältungsvirus.

Die Europäische Arzneimittelagentur EMA empfahl den Impfstoff Ende Januar zur Zulassung. Warum?

Viren sind Transporter für Gene

Viren gelten nicht als Lebewesen, denn sie verfügen nicht über einen eigenen Stoffwechsel. Stattdessen enthalten sie genetisches Material, das die Wirtzelle dazu bringt, neue Viren zu produzieren.

In der Evolution der Viren haben sich einige ihrer Fähigkeiten außergewöhnlich verfeinert. Viren können Wirtszellen spezifisch infizieren, der Immunabwehr des Wirtes entkommen und ihr Erbgut in jenes des Wirtes einbauen. Seit Molekularbiolog:innen diese Fähigkeiten erkannten und im Zeitalter von Genetic Engineering auch nutzen können, sind Viren zu Werkzeugen der Wissenschaft geworden.

Viren als Werkzeuge

Um Viren für Forschungszwecke zu verwenden, werden sie modifiziert. Ihre natürlichen Gene müssen verändert oder gelöscht werden. Was am Ende übrig bleibt, ist ein Transporter, mit dem man erwünschte Gene in einen Wirt einschleusen kann. Diese Methodik wird zum Beispiel zur Herstellung von transgenen (also erbgutveränderten) Pflanzen oder Zelllinien verwendet. Einige natürliche Fähigkeiten des Virus behält es dabei für gewöhnlich bei, wie z. B. das Eindringen in die Wirtszelle.

Viren als Impfstoffe

Wie genau sieht nun ein Virus aus, das zum Impfstoff umgewandelt wurde?

Um nicht doch eine Krankheit auszulösen, muss dem Virus die Fähigkeit genommen werden, sich im Körper zu vermehren. Viren ohne die Fähigkeit zur Reproduktion bezeichnet man als "nicht replizierend". Viren, die auf eine Weise modifiziert wurden, die ihre krankmachenden Eigenschaften unterdrückt, die Reproduktionsfähigkeit aber weitestgehend erhält, bezeichnet man als "attenuiert".

Virale Vektoren wurden erstmals 1972 beschrieben [1]. Anfang der 90er Jahre wurde erstmals Gentransfer vermittels eines attenuierten Adenovirus als Vektor zu therapeutischen Zwecken genutzt [2]. Seit den 2000ern ist es durch Gentechnik möglich, gezielt Gene eines Virus zu entfernen oder zu verändern, um die Reproduktion auszusetzen, wofür zuvor langwierige Zellkulturtechniken notwendig waren. Man kann so die Vermehrung des Virus kontrolliert stoppen und eine Rückkehr zur pathogenen (krankheitserregenden) Variante ausschließen [3]. Durch Genmodifikation können außerdem Strukturen wie das Gen für das Stachelprotein von SARS-CoV-2 in ein Virus, das für Menschen harmlos ist, eingeschleust werden.

Ein Beispiel für einen zugelassenen Vektorimpfstoff ist der Ebola-Impfstoff Ervebo [4]. Da es bisher keine Therapie gegen Ebola gibt, waren die Epidemien zwischen 2013 und 2020 verheerend für Zentralafrika. Die Sterblichkeitsraten lagen bei 25-90% [5]. Im August 2018 konnte mit Ervebo erstmals großflächig geimpft werden. Er erwies sich als hochwirksam [6] und wurde 2019 auch in der EU zugelassen [5]. Gegen Hepatitis B gibt es seit 1986 einen wirksamen genetisch veränderten Impfstoff [6].

Verschiedene Formen virus-basierter Impfstoffe, Illustration der WHO
Verschiedene Formen eines Impfstoffes, der Viren enthält. Links: Der Krankheitserreger wurde abgetötet, das Immunsystem erkennt die Oberfläche trotzdem und reagiert. Mitte: Dem Virus wurde die Reproduktionsfähigkeit genommen, es ist daher nicht mehr krankheitserregend. Rechts: Bestimmte Gene eines Krankheitserregers wurden in einen viralen Vektor eingebaut; bei diesem handelt es sich um ein harmloses und attenuiertes Virus. Quelle: WHO, https://www.who.int/news-room/feature-stories/detail/the-race-for-a-covid-19-vaccine-explained

Wie funktioniert der AstraZeneca-Impfstoff?

Der Impfstoff heißt AZD1222 (auch bekannt als ChAdOx1 nCoV-19) [8]. Bei seinem Vektor handelt sich um ein nicht replizierendes Adenovirus ­‒ einen Erkältungserreger ‒ das ursprünglich Schimpansen befällt. AZD1222 wurde so modifiziert, dass es das Gen des Coronavirus-Oberflächenproteins (Stachelprotein) [9] enthält. Man verwendet ein Schimpansenvirus, da die Immunsysteme der meisten Menschen an Adenoviren gewöhnt sind und diese daher ausgeschaltet werden, bevor sie Zellen befallen und dort die Bildung des Stachelproteins anregen können. Das Schimpansenvirus hingegen ist unbekannt für das menschliche Immunsystem und hat somit die Gelegenheit zu einer erfolgreichen Infektion [10]. Bei der Impfung kann es zu Nebenwirkungen kommen, die aber nichts mit dem Virus zu tun haben. Unwohlsein oder Krankheitssymptome werden durch unser Immunsystem ausgelöst, das mit allen Mitteln gegen einen Eindringling kämpft.

AZD1222 dringt genau wie ein herkömmliches Erkältungsvirus in einige menschliche Wirtszellen ein. Der Vektor transportiert dabei das Gen des Stachelproteins. Die DNA wird in unseren Zellen abgelesen und die enthaltenen Informationen zur Bildung des Stachelproteins herangezogen. Das Stachelprotein fungiert anschließend als Antigen, also eine Substanz, die eine Immunantwort auslöst. Das Immunsystem erkennt es als körperfremd und beginnt mit der Immunantwort: Es werden Antikörper produziert und die wenigen „infizierten“ Zellen mit dem AZD1222-Erbgut werden vernichtet. Antikörper binden wie Puzzleteile an das Antigen und fixieren es. Die Antigen-Antikörper-Klumpen werden anschließend abgebaut.

Was von dem ganzen Prozess zurückbleibt, sind Gedächtniszellen, die bei einem Angriff des echten SARS-CoV-2 das Stachelprotein wiedererkennen. Durch das Training mit dem Impfstoff verläuft die Immunreaktion dann schneller und effizienter. So wird eine Krankheit verhindert, bevor sie ausbrechen kann.

Mechanismus einer viralen Vektorimpfung
Entwicklung und Wirkung eines Adenovirus-Vektorimpfstoffes. Infografik: Katharina Hoffmann/Coronavirus Structural Task Force.

Wie wirksam und sicher ist der Impfstoff?

AZD1222 wurde in drei Phasen einer klinischen Studie schon an über 20.000 Probanden getestet [11]. Seit der Zulassung werden aber weiterhin Daten gesammelt und zu Real-World-Studien zusammengefasst. Durch diese kann man noch präzisere Aussagen über mögliche Nebenwirkungen machen, da in der „echten Welt“ Millionen Menschen geimpft und beobachtet werden.

So gab es bereits eine britische Studie zur Wirksamkeit von COVID-19-Impfstoffen – sowohl vektoriell als auch mRNA-basiert – bei Über-70-Jährigen. Das Ergebnis: Eine Einzeldosis schützt zu 60-75 % gegen einen symptomatischen Verlauf. Die Wahrscheinlichkeit für einen Krankenhausaufenthalt wird durch den AstraZeneca-Impfstoff außerdem um 80 % verringert, genau wie beim BioNTech-Impfstoff [12].

Die erste landesweite Studie fand in Schottland statt. Sie wurde von der Universität Edinburgh geleitet und sammelte Daten von 5,4 Millionen Geimpften. Aus den vorläufigen Daten geht hervor, dass der Impfstoff von AstraZeneca als Einzeldosis in 94 % der Fälle einen schweren Verlauf verhindert [13].

Durch die Real-World-Studien weiß man inzwischen, dass der Vektorimpfstoff umso wirksamer ist, je mehr Zeit zwischen erster und zweiter Dosis liegt. Deshalb empfehlen die offiziellen Stellen einen zeitlichen Abstand von 12 Wochen [14].

Was Nebenwirkungen angeht, hat man in Großbritannien durch den früheren Impfstart schon einige Daten über AZD1222 gesammelt [15].

Zu den häufigen Nebenwirkungen, die bei einem von zehn Geimpften auftreten, zählen:

  • Empfindlichkeit, Schmerzen, Wärme, Juckreiz oder Blutergüsse an der Stelle, an der die Injektion verabreicht wurde,
  • allgemeines Unwohlsein oder Müdigkeit,
  • Schüttelfrost oder fiebriges Gefühl,
  • Kopfschmerzen,
  • Übelkeit, sowie
  • Gelenkschmerzen oder Muskelkater.

Diese häufigen Nebenwirkungen sind mit denen des BioNTech-Impfstoffs vergleichbar. Weniger häufig treten Fieber oder grippeähnliche Symptome auf. Diese Art der Reaktion ist ein Zeichen, dass der Impfstoff das Immunsystem aktiviert und somit wirkt. In jedem Fall sind diese Symptome aber nicht mit den Risiken eines schweren COVID-19-Verlaufs vergleichbar. Schwere Nebenwirkungen wurden in den Studien nicht festgestellt, selbst mit geringer Wahrscheinlichkeit nicht.

Die EMA untersucht derzeit Fälle von Blutgerinnseln, die gleichzeitig mit einer Impfung von AstraZeneca aufgetreten sind. Bisher gibt es keine Hinweise darauf, dass der Impfstoff unsicher sei. Die Häufigkeit von Blutgerinnseln bei geimpften Personen ist nicht höher als allgemein in der Bevölkerung. Laut AstraZeneca [15.1] ist das Risiko einer Lungenembolie, einer tiefen Venenthrombose (TVT) oder einer Thrombozytopenie bei Geimpften nicht höher als in der Allgemeinbevölkerung. Unter den 17 Millionen geimpften Menschen in Europa ist es zu erwarten, dass bei einigen diese Krankheiten auftreten. Es ist sehr unwahrscheinlich, dass dies mit dem Impfstoff zusammenhängt.

Was ist im Impfstoff?

Neben dem modifizierten Adenovirus enthält der Impfstoff noch einige weitere Substanzen [16].

Es handelt sich um Zusatzstoffe, die den Impfstoff stabilisieren und das Verabreichen erleichtern. Dazu gehören: Aminosäuren, Stabilisatoren, Alkohol, Zucker, Salz, Bindemittel und Wasser. Außerdem ist der Impfstoff frei von Lebensmittelallergenen (wie Soja oder Lactose) und enthält keine menschlichen oder tierischen Bestandteile. Das klingt erstmal unglaublich bei einem Schimpansenvirus, der einen Wirt zur Vermehrung braucht. Wie kann das sein?

Alle Modifikationen und Vermehrungen des Virus fanden in einer menschlichen Zelllinie statt, die im Labor für solche Zwecke verwendet wird, in sogenannten HEK293-Zellen. Diese Zellen befinden sich jedoch nicht im Impfstoff.

Welche Vorteile bietet diese Art von Impfstoff?

Virale Vektorimpfstoffe können ‒ genau wie andere RNA/DNA-Impfstoffe ‒ sehr schnell entwickelt werden. Der Grund: Sobald die Gene des Erregers bekannt sind, können diese zur Impfstoff-Entwicklung verwendet werden. Somit verkürzt sich die Zeit bis zum Start klinischer Studien. Das macht Vektorimpfstoffe geeignet für plötzliche Ausbrüche von Epidemien [17].

Ein Vorteil des AstraZeneca-Impfstoffs ist seine Dosierung. Oxford-AstraZeneca haben für ihren Vektorimpfstoff zunächst verschiedene Dosierungsansätze getestet. Verglichen wurden Impfungen mit zwei Standard-Dosen in einem Abstand von vier bis zwölf Wochen und eine Impfung mit nur einer Dosis. Eine Standarddosis enthält hierbei 5x1010 Viruspartikel [18].

„Durch die Anwendung eines effektiveren Dosierungsschemas“, so Professor Pollard, der leitende Wissenschaftler in Oxford, „könnten mehr Menschen durch die gleiche Menge Impfstoff versorgt werden“ [19]. Als ideales Schema stellte sich die Verabreichung einer halben Dosis (2,2x1010 Viruspartikel) heraus, gefolgt von einer Standard-Dosis im Abstand von mindestens einem Monat. Die Wirksamkeit betrug hier 90 % [20]. DerBefund muss aber zunächst noch mit zusätzlichen Daten gesichert werden, sodass fürs Erste weiterhin mit zwei Standarddosen geimpft wird.

Fazit

Die Wissenschaft kann sich heutzutage die besonderen Fähigkeiten von Viren zunutze machen. Viren haben es in der Natur perfektioniert, ihr Erbgut in Wirte einzuschleusen. Daher werden sie eingesetzt, um genveränderte Pflanzen oder Zellen zu erzeugen, Erbkrankheiten zu behandeln oder Impfstoffe herzustellen.

Vektorimpfstoffe ‒ wie der von AstraZeneca ‒ enthalten harmlose und nicht replizierende Viren, die ein Merkmal eines krankmachenden Virus enthalten. Durch das künstliche „Infizieren“ mit dem Vektorimpfstoff wird das Immunsystem auf den Krankheitserreger trainiert und reagiert bei einer echten Infektion schneller und effektiver.

[1] Jackson D.A., Symons R.H., Berg P. Biochemical method for inserting new genetic information into DNA of Simian Virus 40: Circular SV40 DNA molecules containing lambda phage genes and the galactose operon of Escherichia coli. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1972;69:2904–2909. doi: 10.1073/pnas.69.10.2904.

[2] Zabner, Joseph et al. 1993 Adenovirus-mediated gene transfer transiently corrects the chloride transport defect in nasal epithelia of patients with cystic fibrosis Cell, Volume 75, Issue 2, 207 – 216.

[3] Using directed attenuation to enhance vaccine immunity, Rustom Antia, Hasan Ahmed, James J Bull, bioRxiv 2020.03.22.002188; doi: https://doi.org/10.1101/2020.03.22.002188

[4] https://www.who.int/vaccine_safety/committee/topics/ebola/Jul_2019/en/

[5] https://www.ema.europa.eu/en/news/first-vaccine-protect-against-ebola

[6] https://www.thelancet.com/journals/lancet/article/PIIS0140-6736(16)32621-6/fulltext#seccestitle160

[7] https://www.nature.com/articles/d42859-020-00016-5

[8] https://www.ema.europa.eu/en/documents/product-information/covid-19-vaccine-astrazeneca-product-information-approved-chmp-29-january-2021-pending-endorsement_en.pdf

[9] https://jvi.asm.org/content/jvi/77/16/8801.full.pdf

[10] https://www.cdc.gov/vaccines/covid-19/hcp/viral-vector-vaccine-basics.html

[11] https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT04516746

[12] https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2021.03.01.21252652v1

[13] https://www.ed.ac.uk/files/atoms/files/scotland_firstvaccinedata_preprint.pdf

[14] https://www.rki.de/DE/Content/Kommissionen/STIKO/Empfehlungen/AstraZeneca-Impfstoff.html

[15] https://www.gov.uk/government/publications/regulatory-approval-of-pfizer-biontech-vaccine-for-covid-19/information-for-uk-recipients-on-pfizerbiontech-covid-19-vaccine#side-effects

[15.1] https://www.astrazeneca.com/media-centre/press-releases/2021/update-on-the-safety-of-covid-19-vaccine-astrazeneca.html

[16] https://www.astrazeneca.at/content/dam/az-at/pdf/2021/Vaccine%20guide%20for%20HCPs%20-%202021-02-02.pdf

[17] https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fimmu.2018.01963/full 

[18] https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=3777268

[19] https://www.astrazeneca.com/media-centre/press-releases/2020/azd1222hlr.html

[20] https://www.thelancet.com/journals/lancet/article/PIIS0140-6736(20)32661-1/fulltext

“Seit mehr als einem Jahr sorgt das Coronavirus für eine weltweite Krise. In einer Studie hat nun der Nanowissenschaftler Prof. Dr. Roland Wiesendanger den Ursprung des Virus beleuchtet. Er kommt zu dem Ergebnis, dass sowohl die Zahl als auch die Qualität der Indizien für einen Laborunfall am virologischen Institut der Stadt Wuhan als Ursache der gegenwärtigen Pandemie sprechen.”

So der Beginn einer offiziellen Pressemitteilung der Universität Hamburg. Nur leider ist diese Studie gar keine, sondern eine reichlich verworrene Medienrecherche. Und weil die Coronavirus Structural Task Force an eben dieser Universität Hamburg forscht, möchten wir zu der Pressemitteilung und dieser „Studie“ Stellung beziehen.

Screenshot der "Studie"
Ausschnitte aus der "Studie". (Bilder: R. Wiesendanger / UHH)

Hier die Kernargumente des Autors, Prof. Dr. Dr. h.c. Prof. h.c. Roland Wiesendanger:

1. Unkenntnis des Zwischenwirts belegt, dass es sich nicht um eine Krankheit tierischen Ursprungs handelt

“Im Gegensatz zu früheren Coronaviren-bedingten Epidemien wie SARS und MERS konnte bis heute, d. h. weit über ein Jahr nach Ausbruch der gegenwärtigen Pandemie, kein Zwischenwirtstier identifiziert werden, welches die Übertragung von SARS-CoV-2-Erregern von Fledermäusen auf den Menschen ermöglicht haben könnte. Die Zoonose- Theorie als mögliche Erklärung für die Pandemie besitzt daher keine fundierte wissenschaftliche Grundlage.”

Dass Zwischenwirte einer Zoonose nicht unmittelbar gefunden werden, ist nicht ungewöhnlich. Der Übertragungsweg von SARS-CoV wurde erst mehr als drei Jahre nach der SARS-Pandemie aufgeklärt ​[1]​; für MERS, welches erstmals 2012 beschrieben wurde, dauerte es zwei Jahre ​[2]​ und einige Informationen fehlen immer noch ​[2–4]​. Es gibt viele Hinweise darauf, dass Zwischenwirte für SARS-CoV-2 Schlangen, Schildkröten oder Schuppentiere gewesen sein könnten ​[5–7]​ und Übertragungen zwischen Menschen und verschiedenen Tieren wurden mehrfach nachgewiesen (was ja leider auch zur Tötung von vielen Nerzen geführt hat) ​[8]​. Die Unkenntnis eines Zwischenwirtes widerlegt aber in keinster Weise eine Zoonose als Ursache.

2. SARS-CoV-2 ist so angepasst an den Menschen, dass es nicht natürlich entstanden sein kann

“Die SARS-CoV-2-Viren können erstaunlich gut an menschliche Zellrezeptoren ankoppeln und in menschliche Zellen eindringen. Ermöglicht wird dies durch spezielle Zellrezeptor-Bindungsdomänen verbunden mit einer speziellen (Furin-)Spaltstelle des Coronavirus-Zacken-Proteins. Beide Eigenschaften zusammen waren bislang bei Coronaviren nicht bekannt und weisen auf einen nicht-natürlichen Ursprung des SARS-CoV-2-Erregers hin.”

Mit Coronavirus-Zackenprotein ist hier wohl der Stachel gemeint. Die Fähigkeit des Virus, damit an menschliche Zellen zu binden, ist kein Beweis, dass dieser künstlich hergestellt wurde. Influenza, HIV und Ebola sind auch alle sehr gut darin, an menschliche Zellen zu binden ​[9]​ – die letzteren beiden sind erwiesenermaßen aus Tieren stammende (zoonotische) Krankheitserreger. Alle diese Viren besitzen eine Furin-Spaltstelle. Furine sind Enzyme, die in allen Wirbeltieren vorkommen und es den Viren erlauben, Wirbeltier-Zellen besser zu befallen. Es ist also nicht ungewöhnlich, wenn SARS-CoV-2 durch natürliche Mutation und Selektion eine solche Stelle entwickelt hat. Tatsächlich kommt sie auch in vielen anderen Coronaviren natürlich vor ​[10]​.

Die Rezeptor-Bindungsdomänen S1 und S2 sind sehr variabel, weil genau sie es erlauben, spezifisch an Wirtszellen zu binden – die neuen Mutationen, die uns zurzeit so viel Ärger bereiten, haben genau hier neue Variationen. Mutationen in diesem Bereich entstehen aufgrund des Selektionsdrucks im Menschen (oder anderen Wirten) und sind auch kein Anzeichen für einen nicht-natürlichen Ursprung ​[11,12]​.

Ausschnitt aus Animation, wie das Virus an die Wirtszelle bindet
Ausschnitt aus einer Animation, die zeigt, wie das Virus an die Wirtszelle bindet. Das Virus oben mit den Stacheln (grün). ACE2-Rezeptoren der Wirtszelle in lila. Die ganze Animation gibt es hier. (Janet Iwasa / Universität Utah und Coronavirus Structural Task Force)

Was zusätzlich dagegen spricht, dass das Virus rein von Menschenhand gemacht wurde, ist, dass die Sequenz des Virus nicht zu den bekannten Methoden für die künstliche Herstellung von Erbgut passt ​[13,14]​ und dass das Design eines Coronavirus erheblich kostspieliger wäre als viele andere Viren, da das Genom so groß ist. Dies schließt allerdings "Gain-of-function"-Forschung nicht als Quelle aus.

Zu diesem Argument ist vielleicht noch anzumerken, dass Professor Wiesendanger die Studie allein verfasst hat und selbst fachfremd ist ​[15]​. Er hat nie zuvor zu Corona publiziert, und deswegen ist es nachvollziehbar, dass er sich sowohl mit den Details von Genetic Engineering als auch mit der Fachterminologie nicht auskennt.

3. Fledermäuse fliegen keine 2000 km weit

“Fledermäuse wurden nicht auf dem in Verdacht geratenen Fischmarkt im Zentrum der Stadt Wuhan angeboten. Im virologischen Institut der Stadt Wuhan gibt es jedoch eine der weltweit größten Sammlungen von Fledermauserregern, welche von weit entfernten Höhlen in südchinesischen Provinzen stammen. Es ist extrem unwahrscheinlich, dass sich Fledermäuse aus dieser Entfernung von nahezu 2.000 km auf natürliche Weise auf den Weg nach Wuhan begeben haben, um dann in unmittelbarer Nähe dieses virologischen Instituts eine weltweite Pandemie auszulösen.”

Gegeben, dass die von der WHO gestützte These ​[16]​ ist, dass es für eine Zoonose einen Zwischenwirt geben muss, wie in der Studie und der Pressemitteilung ja auch bestätigt wird (siehe 1.), ist die Anwesenheit von Fledermäusen in der Nähe der ersten menschlichen Überträger nicht notwendig. Viele der möglichen Zwischenwirte wurden auf dem fraglichen Markt gehandelt. Bisher gibt es keine Sicherheit, dass die Pandemie dort ihren Ausgang nahm – es wird immer noch nachgeforscht – aber die Abwesenheit von Fledermäusen spricht nicht gegen eine Zoonose. Die Sammlung von Fledermausviren im Center for Emerging Infectious Diseases in Wuhan gibt es aber in der Tat. Eine Forscherin an diesem Institut – Shi Zhengli – entdeckte, dass SARS aus Fledermäusen stammt und sie hat zum Beispiel 2013 eine systematische Studie an Fledermausviren aus Kotproben durchgeführt ​[17]​. Die Proben stammen zwar aus einer Höhle 2000 km von Wuhan weg, aber die Fledermausspezies (Rhinolophus affinis) ist weit verbreitet, auch in der Provinz Hunan (das Verbreitungebiet endet 250 km von Wuhan). Fledermäuse gelten schon lange als die größte Quelle unterschiedlicher Coronaviren und damit als größte Gefahr für deren Übertragung auf den Menschen ​[18]​.

4. In Wuhan wurde an Viren als Biowaffen geforscht

“Eine Forschungsgruppe am virologischen Institut der Stadt Wuhan hat über viele Jahre hinweg gentechnische Manipulationen an Coronaviren vorgenommen mit dem Ziel, diese für Menschen ansteckender, gefährlicher und tödlicher zu machen. Dies ist in der wissenschaftlichen Fachliteratur durch zahlreiche Publikationen belegt.”

Die hier genannten Publikationen, zum Beispiel diese ​[19]​, beschäftigen sich in der Tat mit der Rekombination von Fledermaus-Coronaviren mit Stacheln, die an menschliche Zellen binden können. Diese dienen dazu, nachzuvollziehen, wie es zur SARS-Pandemie 2002/3 kam – nicht dazu, das Virus gefährlicher zu machen. Solche Forschung fand – unter vielen Sicherheitsmaßnahmen – auch anderswo statt, zum Beispiel in North Carolina ​[20]​.

5. Das virologische Institut in Wuhan war unsicher

“Es existierten erhebliche Sicherheitsmängel im virologischen Institut der Stadt Wuhan bereits vor Ausbruch der Coronavirus-Pandemie, welche dokumentiert sind.”

Das Labor in Wuhan ist ein Biosafety-Level-4 Labor ​[21]​, die höchste Stufe – weltweit gibt es nur eine Handvoll solcher Laboratorien und in China nur zwei. Solche Labore haben strenge Zugangskontrollen, man muss sie hermetisch abriegeln können und sie stehen unter Unterdruck, damit keine Erreger entweichen können; der Zugang erfolgt ausschließlich über eine Luftschleuse; alle Abwässer werden chemisch und thermisch behandelt; es ist ein Vollschutzanzug zu tragen und beim Verlassen muss der ganze Körper mit Seife gereinigt werden. Natürlich ist kein Labor perfekt, aber Sicherheit ist in solchen Laboratorien eine vorrangige Frage​[21]​. Nature hat zu diesem Labor im Speziellen einen Bericht geschrieben, der das illustriert.

Im Text argumentiert Herr Wiesendanger mit einem seriösen Artikel der Washington Post, welche auf Missstände im Labor in Wuhan hinweist, dessen Quellen aber geheim bleiben; die anderen Quellen - ein Youtubevideo, welches die unsachgemäße Entsorgung von Laborequipment beweisen soll – und während klar Müll zu erkennen ist, so fehlen Abfälle, welche in Laboren typischerweise anfallen, wie Pipettenspitzen, Verbrauchsmaterialien und Handschuhe; der chinesische Text des Videos erwähnt diesen auch in keiner Weise, es geht darum, ob und wie man in das Gebäude gelangen könnte. Eine zweite Quelle ​[22]​ zeigt eine Fledermaus, der angeblich Proben ohne Schutzausrüstung entnommen werden. Teile des Videos zeigen den Nicht-BSL-4-Bereich des Labors, und es geht um ein neues Coronavirus in Schweinen, welcher aus der gezeigten Fledermausspezies kommen sollen – nichts in diesem Video deutet auf Probleme mit der Biosicherheit in dem Labor hin.

Bilder eines CCTV Videos zu Wuhan, Fledermäusen und Corona bei Schweinen
Ausschnitte aus dem Labor-Video von CCTV. Links: Photo einer Fledermaus, die als Zwischenwirt für Corona in Schweinen gilt. Rechts: Aufnahme aus dem Fledermaus-Labor in Wuhan (Bilder: CCTV)

6. Die Behörden haben im Oktober einen Laborunfall vertuscht

“Es gibt zahlreiche direkte Hinweise auf einen Laborursprung des SARS-CoV-2 Erregers. So soll sich eine junge Wissenschaftlerin des virologischen Instituts in Wuhan als erste infiziert haben. Es gibt ferner zahlreiche Hinweise darauf, dass sich bereits im Oktober 2019 der SARS-CoV-2 Erreger ausgehend von dem virologischen Institut in der Stadt Wuhan und darüber hinaus verbreitet hat. Ferner gibt es Hinweise auf eine entsprechende Untersuchung des virologischen Instituts durch die chinesischen Behörden in der ersten Oktoberhälfte 2019.”

Die "Hinweise auf eine behördliche Untersuchung in der ersten Oktoberhälfte" stützen sich auf eine Analyse von Mobilfunk-Standortdaten, die eine Fremdfirma für das Pentagon angefertigt haben soll und die eine Unterbrechung des Laborbetriebs und Straßensperrungen belegen soll. Der Bericht liefert aber keine konkreten Beweise und wurde von den Nachrichtendiensten deshalb als ungenügend eingestuft. Zumal einige der Behauptungen direkt widerlegt werden konnten ​[23]​. Zu der jungen Wissenschaftlerin, Yan Ling Huan, ist im Internet wenig zu finden – ein spezieller Twitteraccount, Videos und eine Gegendarstellung des Labors. Die Hypothese, dass sie sich als erste angesteckt hat, kann deshalb weder bewiesen noch widerlegt werden.

Alles in Allem kann man das Labor als den Ursprungsort nicht ausschließen – es wird dort an Coronaviren geforscht – aber die in dieser „Studie“ genannten Quellen sind keine Beweise dafür. Auch eine Zirkulation des Virus vor Dezember ist nicht auszuschließen, aber die Publikation legt keine belastbaren Beweise vor.

Sonstiges

Das Hauptproblem dieser Studie ist, dass sie anscheinend vom Autor alleine verfasst und nicht beugutachtet wurde. Das ist besonders traurig, da der Autor die Bedeutung des „Peer Review“ auf Seite 3 besonders hervorhebt. Augenscheinlich sind eine Diskussion und vor allem Medienaufmerksamkeit sehr erwünscht, eine Begutachtung aber nicht, weswegen die „Veröffentlichung“ auf der Plattform Researchgate erfolgte, bei der man ein PDF einfach hochladen kann.

BILD Schlagzeile zu Pressemitteilung
So sieht das Ergebnis einer erfolgreichen Pressemitteilung aus: Das Titelblatt der Bild am Tag (19.2.2021) nach der Pressemitteilung. (Bild: Springer-Verlag)

Weitere Probleme mit der „Studie“ sind die extrem schlechte Lesbarkeit und Mängel bei den Belegen – dieses Dokument ist nicht nur sehr unübersichtlich, sondern entspricht auch nicht der guten wissenschaftlichen Praxis. Als Quellen werden nicht nur private Kommunikation und Twitter herangezogen, sondern auch Inhalte der Alt-Right Bewegung, wie zum Beispiel eine unbegutachtete Studie ​[24,25]​ aus dem Umfeld von Steve Bannon, Artikel aus der Epoch Times ​[26]​ oder von Summit News ​[22]​. Das Dokument ist zudem voll von Widersprüchen – zum Beispiel soll der erste Patient am ersten Oktober 2019 erkrankt sein, aber an anderer Stelle wird gesagt, dass die Pandemie auf einen Laborunfall zwischen dem 6. Und 11. Oktober 2019 zurückgeht. Die Verwendung von bunten Markierungen im Text trägt auch nicht notwendigerweise zur Lesbarkeit bei und ist in Veröffentlichungen völlig unüblich.

Es ist nicht klar, wie ein so hoch dekorierter und bekannter Wissenschaftler wie Herr Prof. Wiesendanger ein solches Schriftstück als veröffentlichbar oder gar als Studie ansehen kann; zumal er im Gegensatz zu vielen seiner Kollegen nicht an Corona forscht.

Fazit

Was als Einladung zur Debatte daherkommt, ist eine ziemlich chaotische und tendenziöse Internetrecherche, die in keiner Weise der guten wissenschaftlichen Praxis entspricht. Tausende von Menschen, die gegen China sind oder einfach nur einen Schuldigen für Corona suchen, fühlen sich bestätigt und die Universität Hamburg steht dafür ein.

Es ist gut und richtig, dass Professoren an deutschen Unis veröffentlichen und erforschen können, was sie wollen. Aber dass dieser Artikel in enger Absprache mit dem Präsidenten ​[15]​, aber ohne Peer Review im Namen der Uni veröffentlicht wird, wirft kein gutes Licht auf die Universität Hamburg, die ja auch unsere eigene wissenschaftliche Heimat ist. Diese Stellungnahme bezieht sich auf die Mängel der Publikation und der Pressemitteilung, und ist nicht persönlich gegen Herrn Prof. Wiesendanger gerichtet. Wir bedauern diese Pressemitteilung. Als Wissenschaftler sollten wir aufklären, kritisch hinterfragen – und uns hinterfragen lassen. Seit zwölf Monaten informieren wir Kollegen und die Öffentlichkeit über die Coronaforschung, achten darauf, keine Gelder von möglichen Einflussnehmern (z.B. der Pharmaindustrie) anzunehmen, und prüfen jeden noch so kleinen Blogbeitrag sorgfältig. Jeden Tag beantworten wir viele Anfragen von Leuten, die verwirrt sind, Angst vor Corona oder den Maßnahmen haben. Wir lehren, klären auf, beantworten Fragen. 

Und das ist, was wir auch weiterhin tun werden.


Richtigstellungen:
Seit 2018 gibt es neben Wuhan auch in Harbin ein BSL-4 Labor. Der Text wurde entsprechend abgeändert. [19.02.2021]

In Punkt 2 wurde klargestellt, dass eine komplette Erstellung des Virusgenoms von Menschenhand ausgeschlossen werden kann, aber nicht ein Ursprung durch "gain-of-function"-Experimente. Im Fazit wurde der Satz "Tausende von Menschen, die gegen China oder die Maßnahmen sind oder einfach nur einen Schuldigen für Corona suchen, fühlen sich bestätigt und die Universität Hamburg steht dafür ein." angepasst, um mehr Sinn zu machen und als Klarstellung eingefügt: "Diese Stellungnahme bezieht sich auf die Mängel der Publikation und der Pressemitteilung, und ist nicht persönlich gegen Herrn Prof. Wiesendanger gerichtet." [23.2.2021]
"Die Proben stammen zwar aus einer Höhle 2000 km von Wuhan weg, aber die Fledermausspezies (Rhinolophus affinis) ist weit verbreitet, auch in der Provinz Hunan (das Verbreitungebiet endet 250 km von Wuhan)." wurde zu Punkt 3 hinzugefügt, vielen Dank an Christian Rieseneder für diesen Hinweis. [25.2.2021]


Ich möchte Dr. Florian Platzmann, Dr. Sam Horrell, Dr. Yunyun Gao, Pairoh Seeliger, Lea von Soosten, Katharina Hoffmann, Joshua Ezika und Sabrina Stäb für ihre Hilfe beim Schreiben dieses Artikels danken. Sie haben mit ihrer Expertise in Laborsicherheit, Gesundheitswesen, Mandarin, Molekularbiologie und ihrer umfassenden Recherche diesen Artikel möglich gemacht.


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