Bielefeld: Studie ermittelt Sars-CoV-2-Variante mit Lücke im Erbgut

Automatisierte Gen-Analysen von Sars-CoV-2-Proben übersehen durchgängig, wenn im Erbgut des Virus durch Mutationen Gen-Abschnitte verschwunden sind. Das zeigt eine neue Studie von Forschenden des Centrums für Biotechnologie (CeBiTec) der Universität Bielefeld und des Evangelischen Klinikums Bethel, eine der Trägerkliniken des Universitätsklinikums OWL.

(v.li.): Dr. Christiane Scherer vom Evangelischen Klinikum Bethel, Prof. Dr. Jörn Kalinowski und Prof. Dr. Alexander Sczyrba, beide von der Universität Bielefeld

(v.li.): Dr. Christiane Scherer vom Evangelischen Klinikum Bethel, Prof. Dr. Jörn Kalinowski und Prof. Dr. Alexander Sczyrba, beide von der Universität Bielefeld

Universität Bielefeld/S. Jonek

„Wenn in Krankenhäusern wie auch in Schulen mit Routinekontrollen erfasst wird, ob sich Personen mit dem Virus infiziert haben, geht es hauptsächlich darum, weitere Ansteckungen einzudämmen“, sagt der Studienleiter Professor Dr. Jörn Kalinowski, Genetiker am CeBiTec. Werden die Proben mit den verbreiteten PCR-Tests in Laboren analysiert, soll nicht nur festgestellt werden, ob eine Infektion vorliegt. Liegt ein Infektionsfall vor, wird auch untersucht, um welche Variante des Virus es sich handelt. „Dafür reicht es aus, einzelne charakteristische Genabschnitte zu identifizieren, die für die verbreiteten Virusvarianten typisch sind.“ Aktuell kommt bei solchen Analysen europaweit meist dasselbe Ergebnis heraus: die Deltavariante – sie ist weitaus ansteckender als andere Varianten.

„Weil nur wenige Genabschnitte nötig sind, um eine gängige Virusvariante zu erkennen, nehmen Labore es in der Regel in Kauf, wenn andere Genabschnitte nicht identifiziert werden können“, sagt Kalinowski. Ein Grund dafür, dass das Genom nicht komplett bestimmt werden kann, ist zum Beispiel die mangelhafte Aufbereitung der Probe. Außerdem kommt es häufig vor, dass die Analysesoftware einzelne Nukleotide – die Gen-Bausteine des Viren-Erbguts – nicht optimal erkennt. Statt der Buch-staben A, T, G und C, die genutzt werden, um die Gen-Bausteine des Virenerbguts wiederzugeben, schreibt die Software dann den Buchstaben N in die Gensequenz.

Software dokumentiert fehlende Genabschnitte bisher missverständlich

Das Bielefelder Forschungsteam hat in seiner Studie herausgefunden, dass dieser Behelf zu einem

weitreichenden Problem führen kann. „Durch Mutationen können Varianten von Sars-CoV-2 entstehen, denen längere Genabschnitte fehlen“, sagt der Bioinformatiker Professor Dr. Alexander Sczyrba vom CeBiTec, Co-Autor der Studie. „Wir haben festgestellt, dass die häufig eingesetzte Standardsoftware auch dann Platzhalter in die Gensequenz einträgt, wenn ein ganzer Genabschnitt gar nicht vorhanden ist.“ Dann steht reihenweise der Buchstabe N in der Gensequenz.

Der Genetiker Prof. Dr. Jörn Kalinowski und sein Team am Centrum für Biotechnologie arbeiten mit der jungen Nanoporen-Sequenzierung

Der Genetiker Prof. Dr. Jörn Kalinowski und sein Team am Centrum für Biotechnologie arbeiten mit der jungen Nanoporen-Sequenzierung

Universität Bielefeld/S. Jonek

„Das ist ein systematischer Fehler“, sagt Jörn Kalinowski. „Denn eine solche Lücke im Genom ist ein wichtiger Anhaltspunkt, wenn es um die künftige Gefährdung durch das Coronavirus geht.“ Ist eine Lücke in einem Genabschnitt, verschwinden auch Eigenschaften, die das betroffene Gen gespeichert hatte. Bei der Vermehrung des Virus werden die Eigenschaften nicht mehr weitergegeben. „Hinzu kommt, dass an solchen Leerstellen im Genom auch keine Mutationen mehr entstehen können, die das Virus für den Menschen gefährlicher machen.“ Solche fehlenden Genabschnitte können laut Kalinowski mit dazu führen, dass sich Sars-CoV-2 an die Menschen als ihre Wirte anpasst. So wird das Virus dann zwar infektiöser, zugleich aber ungefährlicher. „Das Virus würde damit endemisch werden, tritt also in verschiedenen Regionen regelmäßig auf, so wie es auch bei anderen, lange bekannten Coronaviren der Fall ist, die bei uns heutzutage lediglich harmlose Erkältungskrankheiten verursachen.“

Funktion in Analysesoftware ergänzt

Nachweisen konnten die Wissenschaftler*innen die fehlenden Nukleotide, weil sie – anders als beim Standard-PCR-Test üblich – zusätzlich Nanoporen-Sequenzierung einsetzen. Mit den Spezialgeräten lassen sich längere Genabschnitte bestimmen als mit den üblichen Sequenziermaschinen. Außerdem ergänzten die Forschenden eine frei verfügbare Software zur Gen-Analyse um eine Funktion, die fehlende Nukleotide in Gensequenzen korrekt erkennt und kennzeichnet. „Nur dadurch konnten wir feststellen, dass innerhalb der Genregion ORF8 ein Stück verschwunden war“, sagt Kalinowski.

„Durch diese Analyse ließ sich nicht nur das Cluster in unserem Klinikum feststellen“, sagt Christiane Scherer. „Wir konnten auch absichern, dass die Virusvariante bei uns in eine Sackgasse geraten ist und sich nach der Eindämmung niemand mehr damit angesteckt hat.“


Weitere Informationen

Zur Pressemitteilung beim idw.

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