Schon seit über einem Jahr weiß man: Wer an Covid-19 erkrankt war, zeigt mitunter noch sehr lange einen positiven PCR-Test – obwohl längst keine Symptome mehr da sind. Jetzt haben Forschende untersucht, woran genau das liegen könnte. Das hat möglicherweise damit zu tun, dass sich Teile des Viren-Erbguts durchaus in unsere Zell-DNA "einnisten" können. Bei RNA-Viren kommt das allerdings fast nicht vor. Für ihre Studie hatten die Wissenschaftler:innen nachgeholfen...
Positiver PCR-Test über Monate: Gelangen Viren bei manchen Menschen ins Erbgut?
Manche Viren können ihr Erbgut durchaus ins menschliche Genom integrieren. Das klingt erschreckend, hat uns letztlich aber zu dem gemacht, was wir sind. Forschende gehen davon aus, dass rund acht Prozent unserer DNA von antiken Viren stammen.
Es gibt sogar bestimmte Virenarten, nämlich die Retroviren, die zur Replikation darauf angewiesen sind, Teil unserer DNA zu werden. Nur so können sie sich vervielfältigen.
Coronaviren wie Sars-CoV-2 sind allerdings keine Retroviren, sondern RNA-Viren, sie replizieren sich in unseren Zellen anders. Dennoch könnte es sein, dass bei manchen Infizierten trotzdem vereinzelt eine sogenannte Reverse Transkription stattfindet. Fazit: Es finden sich bei diesen Menschen noch lange nach der Infektion winzige Virusfragmente, die einen Test positiv anschlagen lassen, die selbst jedoch ungefährlich sind.
Exkurs: So funktioniert ein PCR-Test und so funktionieren DNA und RNA
Aber was bedeutet das überhaupt? Dafür müssen wir erst einmal verstehen, wie so ein PCR-Test überhaupt funktioniert und wie sich unser Erbgut von dem der Coronaviren unterscheidet. Via sogenannter Polymerase-Kettenreaktion (Polymerase-Chain-Reaction, daher PCR) wird geschaut, ob das Coronavirus in der Probe enthalten ist. Das funktioniert so, dass das Erbmaterial der Viren so stark vervielfacht wird, bis man es nachweisen kann. Wichtig: Nur das Erbmaterial wird vervielfältigt. Und dieses Erbgut besteht bei Coronaviren ausschließlich aus RNA.
Das heißt also nicht, dass immer lebende Viren vorhanden sein müssen, wenn ein PCR-Test positiv ist. Es reicht auch ein Teil des Virenerbguts. Normalerweise aber kann das Erbmaterial eines Coronavirus nicht lange ohne Virus selbst überstehen, denn RNA ist sehr kurzlebig. Die meisten RNAs bleiben nur wenige Minuten stabil. Das kennen wir von den RNA-Impfstoffen. Damit der Bauplan, die mRNA, in die Zelle gelangt, muss sie daher geschützt werden – nämlich mit den Lipidnanopartikeln, die die RNA erst in der Zelle freigeben.
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Aber DNA, RNA, was ist das überhaupt? Unser menschliches Erbgut besteht aus DNA, der "Desoxyribonukleinsäure", bildlich dargestellt als sogenannte "Doppelhelix". RNA-Viren hingegen haben Erbgut, das lediglich aus RNA besteht, also Ribonukleinsäure, die anders aufgebaut ist als DNA. RNA kann eigentlich nicht in DNA integrieren. Dafür muss sie von biologischen Werkzeugen umgeschrieben werden, die sie dann in der DNA einbauen, etwa die reverse Transkriptase. Manche Erreger, wie das Aids auslösende HI-Virus, können das. Sars-CoV-2 hingegen eigentlich nicht. In sehr seltenen Fällen könnte das trotzdem passieren.
Reverse Transkriptase: Bei RNA-Viren selten, aber nicht unmöglich
Woher also kommt das Erbgut der Viren auf den positiven PCR-Tests, obwohl keine aktiven Viren mehr nachgewiesen werden konnten? Die Antwort könnte nun ein Forscher:innenteam um Prof. Rudolf Jaenisch vom Whitehead Institute und dem MIT in Cambridge gefunden haben. Ihre Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift "Proceedings of the National Academy of Sciences" (PNAS) veröffentlicht. Nicht alle Expert:innen aber sind von der Theorie überzeugt.
Den Forschenden zufolge können sich genetische Sequenzen des RNA-Virus Sars-CoV-2 in Ausnahmefällen doch in das Genom ihrer Wirtszellen integrieren, über ebendiese oben genannte Reverse Transkription. Der Vorgang beschreibt die Synthese von DNA anhand RNA als Vorlage. Diese Genomabschnitte können dann wiederum von RNA aufgenommen, also "eingelesen" werden, die dann bei einem PCR-Test auftaucht.
Wie gesagt: Normalerweise benötigen Coronaviren wie Sars-CoV-2 diesen Vorgang nicht. Das heißt aber nicht, dass er nicht möglich ist. So wurden bereits "nicht-retrovirale RNA-Virussequenzen im Genom vieler Wirbeltierarten, einschließlich des Menschen, nachgewiesen", erklärt der Erstautor der Studie, Liguo Zhang, in einer Meldung zur Studie.
Virales genetisches Material – unfähig zur Produktion von Viren
Die Forscher:innengruppe hat also genau das getestet: Kann sich das neuartige Coronavirus Sars-CoV-2 in menschliches Erbgut integrieren? Eigentlich nicht, aber in seltenen Fällen möglicherweise doch. Besonders, wenn man nachhilft, wie es die Forschenden getan haben:
In im Labor infizierten Zellproben fanden sie Fragmente von viralem genetischem Material. Allerdings, und das ist das Wichtigste: Keines der Fragmente war dazu in der Lage, ganze Viren zu erzeugen.
Um herauszufinden, wie genau sich die Fragmente in die DNA integrieren konnten, haben sich die Forschenden dann die umliegenden DNA-Bereiche angeschaut. Und genau dort fanden sie sogenannte "Retrotransposons", eine Klasse von DNA-Sequenzen, die strukturell Retroviren ähneln. Transposons sind Elemente des menschlichen Genoms, die nicht fest an einem Genabschnitt fixiert sind, sondern ihren Standort verändern können. Man nennt sie daher auch "springende Gene", unsere DNA besteht zu etwa 40 bis 45 Prozent aus ihnen.
Solche Transposons verändern ihren Standort meist dann, wenn die Zellen unter hohem Stress stehen, etwa während einer Krebserkrankung oder einfach innerhalb des Alterungsprozesses.
Im Falle der Coronaviren könnte es sein, dass mehrere Mechanismen anspringen müssen, in denen sich die virale RNA in die zelluläre DNA integriert. Dabei scheint ein ganz bestimmtes, im menschlichen Genom häufig vorkommendes Transposon, das LINE1-Retrotransposon, verantwortlich zu sein. Teil von LINE1 ist nämlich auch reverse Transkriptase, ein Enzym, das aus einem RNA-Bauplan DNA bilden kann. Und diese RNA kann dann eben auch vom Coronavirus Sars-CoV-2 stammen.
Treten nun all diese Mechanismen ein, kann es also in seltenen Fällen dazu kommen, dass sich etwas Viren-Erbgut in den Zellkern einbaut. Im Labor ist das geschehen. Allerdings haben die Forschenden hier wie gesagt nachgeholfen: Sie hatten gezüchtete Zellen genutzt, die besonders viel LINE1-Reverse Transkriptase produzieren – und Fragmente des Virenerbguts selbst dort eingeschleust, um eben zu zeigen, dass der Vorgang möglich ist. In der Natur allerdings kommt er selten vor, ist aber wohl nicht unmöglich – was die vereinzelt lange positiven PCR-Tests erklären könnte.
Einbau in Zellgenom theoretisch möglich, praktisch äußerst selten
Weiter haben sich die Forschenden um Jaenisch und Zhang nämlich verschiedene RNA-Transkripte aus Proben von Covid-19-Patient:innen angesehen und durch Berechnung des Genanteils festgestellt, dass bei einigen ein recht großer Teil von viralem genetischem Material abstammt. Man muss nun feststellen, wie häufig das genau bei Sars-CoV-2 passiert. Zum Vergleich: Bei einem anderen RNA-Virus hatte man festgestellt, dass sich nur in 0,001 bis 0,01 der infizierten Zellen virale DNA angesiedelt hatte. Je mehr Menschen infiziert sind, so Jaenisch, desto höher ist wohl die Chance, dass einige das Erbgut der Viren in ihre infizierten Zellen aufnehmen.
Dennoch ist die Studie kein endgültiger Beweis dafür, dass Sars-CoV-2 wirklich Erbgut in unsere Zellen einbauen kann. Die Forschenden haben lediglich im Laborversuch unter Nachhilfe gezeigt, dass dies auf künstlichem Wege möglich ist und Schlüsse auf die untersuchten Covid-Patient:innen gezogen, bei denen die PCR-Tests so lange positiv ausgefallen waren, da bei ihnen Virenfragmente gefunden worden waren.
Virenfragmente in DNA nicht gefährlich
Selbst wenn dies so wäre: Eine Gesundheitsgefahr lässt sich laut Experten aber nicht erkennen. Vielmehr sei die Entdeckung, dass sich Sars-CoV-2-RNA gelegentlich in die DNA einiger menschlicher infizierter Zellen integriere, vor allem "akademisch interessant", erklärt etwa Oliver Weichenrieder vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen gegenüber der Deutschen Presse-Agentur (dpa).
Ungewöhnlich sei es nicht, dass auch mal Teile viraler RNA in Zellen lande. "In den Zellen des menschlichen Körpers findet sich neben der DNA, in der das Erbgut gespeichert ist, auch menschliche RNA. Sie überträgt Informationen aus dem Zellkern an die Proteinfabriken im Rest der Zelle", erklärt der Biologe später im Gespräch mit "t-online". Für jede Proteinart gibt es dabei eine eigene RNA, die immer wieder kopiert und in die DNA eingebaut wird. Dabei könne es aber zu Fehlern kommen, bei denen dann, wenn vorhanden, möglicherweise auch Teile von Virus-RNA eingebaut werden könnten. Das sei aber sehr selten.
Vor allem aber sei es ungefährlich, wie auch schon die amerikanischen Forschenden bestätigten: Denn es handele sich nur um Teile der viralen RNA, die alleine nicht in der Lage sind, den Bauplan für ganze Viren zu liefern. Vererbt werden dürften diese DNA-Veränderungen ebenfalls nicht. Dafür müsste eine solche Mutation in Ei- und Samenzellen oder im frühen Embryo vorkommen. Bis dahin gelangt Sars-CoV-2 nach bisherigen Erkenntnissen nicht.
Experten geben Entwarnung: Bei der Impfung passiert das nicht
Nun stellt sich die Frage, ob dieser Vorgang nicht in seltenen Fällen genauso bei der Impfung gegen das Coronavirus stattfinden kann. Schließlich arbeitet ein Teil der Impfstoffe mit mRNA. Die andere Impfstoffart, die Vektor-Impfstoffe, schleusen sogar ganze Viren ein, die sich allerdings nicht vervielfältigen können. Gemein haben beide Impfstoffarten, dass sie Körperzellen lehren, einzelne Spike-Proteine herzustellen, ähnlich den Proteinen, die auf der Coronavirus-Oberfläche sitzen und dem Virus helfen, Zellen zu kapern. Einzeln sind diese durch die Impfung generierten Proteine schon durch ihren festen Sitz im Körper allerdings nicht gefährlich.
Die reverse Transkriptase jedenfalls könne bei Impfungen normalerweise nicht stattfinden, erklärt Virusexperte Joachim Denner vom Robert-Koch-Institut (RKI) gegenüber der dpa. Die ausschlaggebende Enzym-Aktivität in normalen menschlichen Zellen sei äußerst gering. Daher sei die Wahrschienlichkeit, dass ein RNA-Impfstoff bruchstückhaft in DNA umgeschrieben und in das Zellgenom aufgenommen wird, nahezu Null.
Und Weichenrieder ergänzt bei "t-online": "Selbst wenn die RNA vollständig integriert würde und auch noch zur Proteinbildung führen würde, dann hätte es ja eher eine gute Folge: Wir wären dauergeimpft."
So ist der Stand: Corona-Impfstoffe im Vergleich: Das leisten die einzelnen Vakzine
Quellen:
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