Abwasserüberwachung: Versteckte Varianten aufspüren

Abwasserüberwachung ist mittlerweile ein beliebtes Mittel, um Keime und Chemikalien in unserer Umwelt aufzuspüren. Stell dir das wie einen neugierigen Nachbarn vor, der in die Gärten der Leute spitzt – nur dass in diesem Fall Wissenschaftler die Abwässer untersuchen, um herauszufinden, was abgeht. Diese Methode wurde während der SARS-CoV-2-Pandemie populär und hat es Experten ermöglicht, verschiedene Varianten des Virus im Auge zu behalten, was im Grunde genommen so ist, als würde man in einem echt krassen Fangspiel den Punktestand notieren.

#Die geheimnisvollen Linien

Anfang 2021 begannen Forscher, das SARS-CoV-2-Virus im Abwasser zu verfolgen. Bis März desselben Jahres fanden sie eine Virusversion, die anscheinend schneller evolviert war als die anderen. Diese schlaue Variante nannten sie „geheimnisvolle Linie“. Diese geheimnisvollen Linien waren wie die VIP-Ecke der COVID-19-Mutationen, die oft im Abwasser auftauchten, aber nicht immer bei menschlichen Infektionen erkannt wurden.

Während die Pandemie voranschritt, berichteten Wissenschaftler aus verschiedenen Teilen der Welt über diese heimlichen Varianten. Einige Studien wiesen auf Ähnlichkeiten zwischen diesen geheimnisvollen Linien und persistenten Infektionen bei Menschen mit schwachem Immunsystem hin. Man könnte sagen, diese geheimnisvollen Linien versteckten sich in den Körpern dieser Personen, einfach chillend, während der Rest der Welt hektisch mit der Pandemie beschäftigt war.

Interessanterweise konnten einige dieser Linien an Orten zurückverfolgt werden, an denen das Virus angeblich nicht mehr zirkulierte. Zum Beispiel wurde eine geheimnisvolle Linie Ende 2022 in einem Geschäftsgebäude gefunden, obwohl die ursprüngliche Linie seit Anfang 2021 verschwunden war. Es ist wie das Finden einer Socke in der Wäsche vom letzten Jahr.

#Mutationen und Varianten

Eine spannende Sache bei den geheimnisvollen Linien ist ihre Fähigkeit, auf zukünftige Mutationen hinzuweisen. Denk an sie wie an die Teaser-Trailer für den nächsten grossen Film – die zukünftigen Varianten. Einige Mutationen im Virus, wie N440K und E484A, wurden in diesen Linien lange gesehen, bevor sie in bekannteren Varianten wie Omikron auftauchten.

Diese Ähnlichkeit deutet darauf hin, dass geheimnisvolle Linien vor ähnlichen Herausforderungen und Druck stehen wie die bekannten zirkulierenden Varianten. Auch wenn viele Mutationen, die in geheimnisvollen Linien vorkommen, es noch nicht zu den Mainstream-Varianten geschafft haben, bleibt die Frage: Werden sie jemals ans Licht kommen? Es ist, als würde man fragen, ob die Pizza im Kühlschrank jemals gegessen wird.

#Datensammlung aus Abwasser

Regierungen und Organisationen weltweit haben begonnen, Whole Genome Sequencing (WGS) zu nutzen, um SARS-CoV-2-Varianten im Abwasser zu überwachen. Diese Daten landen oft in grossen Datenbanken. Forscher haben kürzlich über 135.000 Abwasserproben aus mehr als 2.000 Standorten in 45 verschiedenen Ländern untersucht. Man kann sagen, sie hatten viel zu tun.

Mit einem bestimmten Satz von Mutationen identifizierten sie über 20 geheimnisvolle Linien. Sie stellten eine detaillierte Liste dieser Mutationen zusammen und nannten sie die „geheimnisvoll-linien-definierenden Aminosäure-Substitutionen“. Der Name klingt vielleicht schick, aber er bezieht sich einfach auf die einzigartigen genetischen Veränderungen, die in diesen schlüpfrigeren Virusversionen gefunden wurden.

#Suche nach geheimnisvollen Linien

Indem sie den Begriff „SARS-CoV-2 Abwasser“ verwendeten, begannen Forscher, Sequenzdaten aus einer öffentlichen Datenbank herunterzuladen, um diese geheimnisvollen Linien auf frischer Tat zu ertappen. Sie konzentrierten sich auf Proben, die vor dem 31. Oktober 2023 gesammelt wurden, was bedeutet, dass sie nach den älteren Versionen des Virus suchten, die möglicherweise noch in den Abwasserkanälen lauerten.

Sie analysierten die Sequenzen identifizierbarer Reads, die mehrere der Mutationen hatten, an denen sie interessiert waren. Diese akribische Arbeit führte zur Entdeckung von 18 unabhängigen geheimnisvollen Linien. Einige waren bereits bekannt, während andere neu auf dem Radar waren. Die Dauer, in der diese Linien festgestellt wurden, variierte stark, was ist wie der Vergleich, wie lange eine Freundschaft hält – einige könnten kurzlebig sein, während andere die Zeit überstehen.

#Vergleich der Linien

Nachdem die Forscher die geheimnisvollen Linien anhand ihrer Sequenzen identifiziert hatten, verglichen sie sie mit Daten aus nahegelegenen Abwassersystemen, die diese schlüpfrigen Varianten nicht hatten. Durch die Analyse der einzigartigen Mutationen, die in geheimnisvollen Linien häufiger auftauchten, entwickelten sie ein klareres Bild davon, was vor sich ging. Wenn zum Beispiel eine bestimmte Mutation in einer geheimnisvollen Linie wesentlich häufiger gefunden wurde als in benachbarten Systemen, wurde sie als „geheimnisvoll-spezifische Mutation“ markiert.

Diese eingehende Analyse wurde bei allen identifizierten Linien wiederholt, wodurch die Wissenschaftler die genetischen Teile zusammensetzen konnten, die jede Linie einzigartig machten. Es war nicht immer einfach, da einige Linien mehr Daten zur Verfügung hatten als andere, aber sie waren fest entschlossen.

#Phylogenetische Bäume und gemeinsame Abstammung

Um ihre Ergebnisse zu visualisieren, erstellten die Forscher phylogenetische Bäume, die wie Familienstammbäume für Viren sind. Diese Bäume zeigten die Beziehungen zwischen den geheimnisvollen Linien und offenbarten, dass sie alle von älteren Virusversionen abstammen, die längst verschwunden waren.

Interessanterweise stellten die Wissenschaftler beim Kartieren dieser Linien fest, dass einige Mutationen in mehreren unabhängigen Linien aufgetaucht waren. Das deutet darauf hin, dass diese Linien möglicherweise auf gemeinsamen Druck reagieren, ähnlich wie Geschwister, die ähnliche Gewohnheiten entwickeln, nachdem sie im selben Zuhause aufgewachsen sind.

#Konvergente Mutationen

Unter den festgestellten Veränderungen schienen viele in mindestens drei geheimnisvollen Linien aufzutauchen. Die Wissenschaftler kartierten diese Mutationen auf die Struktur des Virus und hoben die hervor, die unter den schlüpfrigen Varianten häufig waren. Aus irgendeinem Grund schienen zwei der häufigsten Veränderungen im Spike-Protein, K417T und Q493K, besonders beliebt zu sein.

K417T war dafür bekannt, dem Virus zu helfen, Antikörper zu umgehen, und obwohl es schon eine Weile existierte, war es in den Mainstream-Varianten immer noch selten. Im Gegensatz dazu war Q493K eher der Wandblümchen – selten ausserhalb der geheimnisvollen Linien zu sehen.

#Insertationen und Duplikationen

Neben Mutationen fanden die Forscher auch kleine Insertationen in den Genomen einiger geheimnisvoller Linien. Denk an diese als kleine unerwartete „Bonus“-Features. Einige dieser Insertationen kamen aus entsprechenden Abschnitten des Genoms des Virus, was zeigt, dass es sich Bits und Stücke von sich selbst ausgeliehen hat.

Es stellte sich heraus, dass eine geheimnisvolle Linie in zwei verschiedenen Abwassersystemen nachgewiesen wurde, die etwa 40 Meilen voneinander entfernt waren. Das liess die Wissenschaftler fragen, ob eine Person, die zwischen den beiden Orten reiste, die gemeinsame Quelle sein könnte. Das war ähnlich wie das klassische Sprichwort „Es braucht ein Dorf“ – nur dass es in diesem Fall mehrere Abwassersysteme bräuchte, um das Virus aufzuspüren.

#Wie alles zusammenpasst

Während es wichtig ist, diese geheimnisvollen Linien zu verfolgen, erkannten die Forscher auch, dass die Durchsuchung grosser Datenbanken möglicherweise unterrepräsentiert, wie häufig diese Linien tatsächlich sind. Die Methode, die sie verwendeten, beruht stark auf spezifischen Veränderungen, die diese geheimnisvollen Linien immer zu haben scheinen. Es könnte jedoch andere geheimnisvolle Linien geben, die ohne dieselben Identifizierer im Hintergrund lauern und bereit sind, aktiv zu werden.

Trotz der Herausforderungen konnte das Team zeigen, dass dieser Ansatz effektiv diese lauernden Varianten erkennt und ihre spezifischen Mutationen identifiziert. Es ist, als wäre man auf der Suche nach einem versteckten Schatz – manchmal muss man ein wenig tiefer graben, um zu finden, wonach man sucht.

#Das grosse Ganze

Die Untersuchung der geheimnisvollen Linien ist entscheidend, um zu verstehen, wie sich SARS-CoV-2 weiterentwickelt hat. Die entdeckten Insertationen und Mutationen in diesen Linien können Hinweise darauf geben, wie sich das Virus an unterschiedliche Umgebungen anpassen könnte, wie den Magen-Darm-Trakt im Vergleich zu den Atemwegen.

Ein bedeutendes Ergebnis war, dass diese geheimnisvollen Linien anscheinend zu einer Sequenz zurückkehrten, die in eng verwandten Fledermausviren gefunden wurde. Während die meisten Menschen SARS-CoV-2 hauptsächlich als Atemwegsvirus ansehen, scheint es, dass diese geheimnisvollen Varianten widerstandsfähiger sind, als bisher gedacht. Sie könnten an Orten gedeihen, wo man nicht erwartet, dass ein Virus wie dieses sich aufhält.

#Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Abwasserüberwachung wie eine Kristallkugel ist, die in die versteckte Welt der Viren schaut. Sie ermöglicht es Wissenschaftlern zu verstehen, wie sich SARS-CoV-2 und seine schlüpfrigen Verwandten entwickeln und anpassen. Durch die Verfolgung dieser geheimnisvollen Linien sind Forscher besser gerüstet, um auf zukünftige Varianten zu reagieren, was für die öffentliche Gesundheit von entscheidender Bedeutung ist.

Also, das nächste Mal, wenn du von Abwasserüberwachung hörst, denk daran, dass da drunter mehr passiert, als man auf den ersten Blick sieht. Mit ein bisschen Ausdauer und viel Detektivarbeit enthüllen Wissenschaftler weiterhin die Geheimnisse dieser schwer fassbaren Viren, einen Abwasserkanal nach dem anderen.