Herr Bartenschlager, was genau bedeutet „CoViPa“? Und worum geht es?
Die Abkürzung steht für Coronavirus-Pathogenese. „CoViPa“ ist ein interdisziplinäres Forschungsprojekt, in dem wir untersuchen, wie uns das Virus krank macht und welche Rolle das Immunsystem dabei spielt. Und andererseits, wie können wir uns mit dem gewonnenen Wissen besser auf künftige Pandemien vorbereiten. Dazu nutzen wir das gesamte Wissen aus sieben Helmholtz-Zentren, insbesondere in der Immunologie und Virologie. Auch Hochschul- und Wirtschaftspartner beteiligen sich. Insgesamt sind wir ein Netzwerk aus 21 Forschungsgruppenleitern und Klinikern.
Wie lange dauert das Projekt?
Es startete im August 2021 und dauert vier Jahre.
Was sind die Ziele von „CoViPa“?
Unser Konsortium hat zwei allgemeine Ziele. Das biologische Ziel: Wir wollen verstehen, wie eine SARS-CoV-2-Infektion die Krankheit verursacht. Das Spektrum der Symptome ist hier unglaublich breit. Von eher asymptomatischen Läufen bis hin zu tödlichen. Ein Ausgangspunkt für dieses Ziel ist die Pathologie der Virusinfektion selbst: Wie tötet das Virus Zellen? Wie giftig ist es? Der zweite Ansatzpunkt ist die Rolle des Immunsystems im Krankheitsverlauf. Was normalerweise funktioniert, ist, dass die Antikörper und T-Zellen, die als Reaktion auf eine Infektion produziert werden, diese bekämpfen. Aber es gibt auch viele Bereiche, in denen die Immunantwort dazu neigt, die Krankheit zu verschlimmern. Beispielsweise heften sich Antikörper an das Virus und verschaffen ihm als Gepäckstück Zugang zu Zellen, in denen die Virus-Antikörper-Komplexe vom Antikörper in die Zellen aufgenommen werden. T-Zellen, die normalerweise infizierte Zellen töten, können auch durch eine Infektion fehlgeleitet werden und überschüssige Zellen zerstören. Dies sind Beispiele der klassischen Immunpathogenese, also einer Erkrankung, die vom Immunsystem ausgelöst wird. Ob das auch für SARS-Cov-2 gilt, wollen wir prüfen. Der dritte Ansatzpunkt ist die Immunkontrolle: Was braucht es, um eine Infektion wirksam zu kontrollieren? Welche Art von Antikörpern, T-Zellen und Botenstoffen also versetzen die Zellen in einen antiviralen Zustand und schützen so vor einer Infektion. Wichtig ist auch herauszufinden, wie das Virus natürliche Barrieren wie die Schleimhaut des Atemwegsepithels oder die Plazenta überwindet.
Und das zweite Gesamtziel?
Das ist Pandemievorsorge, also das Finden von Vorsorgestrategien im Falle einer zukünftigen Pandemie. Dazu gehört die Entwicklung antiviraler Wirkstoffe oder neuer Therapiekonzepte.
Woran arbeiten Sie genau?
Meine Arbeitsgruppe untersucht hauptsächlich die Virustoxizität. Wir konnten beobachten, inwieweit das Virus Zellen innerhalb von Stunden nach der Infektion umprogrammiert. Uns interessiert auch die Frage: Wie kommt es zum vielzitierten Zytokinsturm, also der übermäßigen und unkontrollierten Freisetzung von Botenstoffen, die eine Entzündungsreaktion auslösen? Wenn Sie sich eine infizierte Zelle ansehen, können Sie sehen, dass das Virusabwehrsystem der Zelle innerhalb von Stunden nach der Infektion gelähmt ist. Das bedeutet, dass Zellen kaum Botenstoffe produzieren, die benachbarte Zellen in einen Abwehrzustand versetzen können. Gleichzeitig wird in der Zelle eine Kaskade von Signalen aktiviert, die eine übermäßige Ausschüttung von Entzündungsbotenstoffen bewirkt.
Was lässt sich daraus ableiten?
Wenn wir diese Mechanismen wie den Zytokinsturm noch besser verstehen, können wir das Wissen auf andere Viren übertragen. Denn ein Zytokinsturm ist an und für sich nichts Neues. Wir sehen dies bei vielen anderen Infektionen, wie der Grippe, die durch das Influenzavirus verursacht wird.
Welche Beiträge kann „CoViPa“ zur Eindämmung der aktuellen und möglicher weiterer Pandemien leisten?
Dabei spielt die Realisierung eines breit wirksamen Medikaments gegen Viren eine wichtige Rolle. Bei diesen Virostatika handelt es sich um Wirkstoffe, die nicht nur SARS-Cov-2 bekämpfen, sondern auch alle entfernt verwandten Coronaviren mit allen Varianten. Wir sollten diese Wirkstoffe durch klinische Studien der Phase 1 entwickeln. Sollte es zu einer neuen Coronavirus-Pandemie kommen, könnten wir mit diesem Wirkprinzip direkt in Phase zwei und drei der klinischen Studie einsteigen und damit gleich zu Beginn der Pandemie über eine mögliche wirksame Therapie verfügen.
Was ist mit anderen Impfstoffen?
Eine weitere Strategie zur Pandemievorsorge ist die Schaffung einer Impfplattform. Im Moment konzentriert sich alles auf das SARS-CoV-2-Spike-Protein. Aber das Virus hat viel mehr Antigene als das. Wir könnten einen Impfstoff entwickeln, der auch andere Antigene des Virus abdeckt und damit wahrscheinlich mehrere Varianten gleichzeitig abdeckt.Der dritte Ansatz, an dem wir arbeiten, ist die Bioinformatik. Wir können RNA- und DNA-Sequenzdaten mit bioinformatischen Methoden nutzen. Hunderttausende von Sequenzierungsexperimenten aus Gewebeproben menschlichen, tierischen oder pflanzlichen Ursprungs sind inzwischen in Datenbanken verfügbar. War das jeweilige Gewebe zum Zeitpunkt der Probenentnahme mit einem (oder mehreren) Viren infiziert, werden auch die entsprechenden Virusgenome automatisch sequenziert. Mit Hilfe der von uns entwickelten Suchalgorithmen können wir diese Daten nach neuen Viren durchsuchen. Es ist überraschend, dass wir auf diese Weise eine große Anzahl neuartiger Virusgenome finden können, von denen viele noch nicht beschrieben wurden. Wir untersuchen beispielsweise, wie ähnlich sie Viren sind, von denen bekannt ist, dass sie beim Menschen Krankheiten verursachen: Je ähnlicher sie sind, desto größer ist das Risiko eines Spillover, was bedeutet, dass das Virus vom Tier auf den Menschen überspringt. In einem weiteren Schritt können wir überprüfen, zu wie vielen Arten das Virus gehört. Tritt es häufig auf, können wir davon ausgehen: Das Virus kann von einer Wirtsart zur anderen wechseln. Anhand dieser Datenanalysen wollen wir abschätzen, wie hoch ein potenzielles Ausbreitungsrisiko für ein bestimmtes Virus ist.
Welche Ergebnisse haben Sie bisher erzielt? Und wann sind sie in der Praxis anwendbar?
Nicht alle Ergebnisse sind in der Praxis anwendbar. Zunächst geht es darum, grundlegende Erkenntnisse über die Immunantwort zu gewinnen. Wie schnell eine Immunantwort ansteigt, wie lange sie anhält, wann das Infektionsrisiko steigt usw. Wir haben aber bereits konkrete Ergebnisse mit Patentanmeldungen. Zum Beispiel ein breit neutralisierender Antikörper, der nicht nur bei einer Variante wirkt, sondern bei mehreren. Das könnte sich relativ schnell entwickeln. Wir haben dann innerhalb des Konsortiums einen neuen Vektorimpfstoff entwickelt. Und sehr interessante Biomarker. Diese könnten verwendet werden, um im Blut festzustellen, ob eine Person ein hohes Risiko hat, eine schwere Infektion zu entwickeln oder nicht. Das antivirale Breitbandprojekt dauert viel länger, wir sprechen von vielen Jahren. Mit der Impfplattform geht es viel schneller. Wir haben bereits Forschungstests durchgeführt, um das Verschüttungsrisiko zu bestimmen. Damit sind wir weit gekommen. Wir haben viele neue Coronaviren gefunden, darunter auch sehr exotische mit völlig anderen Genomstrukturen. Aber das stört erstmal nicht. Große Fortschritte haben wir auch bei Robotiklösungen für die automatisierte Analyse in einem Hochsicherheitslabor gemacht. Die Idee ist, die kleinsten vor Ort verfügbaren Geräte zu nutzen und mobile Mini-Roboter zu konstruieren, die Arbeitsschritte von einer Station zur nächsten übertragen. Auf diese Weise würden krankheitsbedingte Ausfälle von Mitarbeitern keine Engpässe mehr verursachen. Kurz gesagt, wir haben in der kurzen Zeit von „CoViPa“ schon viel erreicht.
Wie gut sind wir auf den Herbst 2022 vorbereitet? Und für die Zukunft?
Ich hoffe, dass die Menschen wieder davon überzeugt werden, dass das Tragen von Masken der beste Weg ist, eine Ansteckung zu vermeiden. Und Impfungen sind nach wie vor der beste Schutz vor schweren Erkrankungen. Nicht gegen die Infektion selbst, wenn die Zahlen im Herbst weiter steigen, werden wir ein echtes Problem mit Personalengpässen auf breiter Front haben. Wie es im nächsten Jahr weitergeht, hängt aus meiner Sicht stark davon ab, ob es neue Varianten gibt. Wenn wir bei BA.5 bleiben, hätten wir sogar im Herbst eine Chance, eine halbwegs vernünftige Bevölkerungsimmunität zu erreichen. Spätere Wellen wären dann kleiner. Die große Hoffnung ist, dass das Verbreitungsgebiet des Virus weltweit verkleinert wird, denn dann ist das Risiko des Auftretens neuer Varianten entsprechend geringer. Auf diese Weise hätten wir eine bessere Kontrolle.