Coronavirus-Mutationen

Bei der L18F-Mutation wurde an Stelle 18 im Spikeprotein die Aminosäure Leucin durch Phenylalanin ausgetauscht. Diese Mutation befindet sich in der N-terminalen-Domäne des Proteins. Die Mutation führt zu einem Replikationsvorteil und trägt zu einer höheren Übertragbarkeit bei ^[1,2]. Zudem suggerieren In vitro-Daten, dass einige neutralisierende Antikörper durch die Mutation schlechter binden können ^[3].

Verbreitung

Weltweit durchgeführte Untersuchungen zu SARS-CoV-2 wiesen L18F in 2% der Fälle nach. Besonders verbreitet ist sie in Südamerika. Zu finden ist die Mutation unter anderem in den ehemalig als VOC eingestuften Varianten Beta (B.1.351) und Gamma (P.1) ^[4].

Bei der Mutation Del H69/V70 kam es durch den Verlust eines RNA-Abschnittes im Virusgenom zu einer sogenannten Deletion. Dies ist eine Genmutation und führt in der Aminosäuresequenz des Spikeproteins zu dem Verlust der Aminosäuren Histidin an Stelle 69 und Valin an Stelle 70. Es wird angenommen, dass die Immunantwort auf Viren mit dieser Mutation weniger effektiv ist ^[5]. Bisher fehlen jedoch weitere Untersuchungen zu der Effektivität der Immunantwort, der Infektiosität, der Virulenz und der Übertragbarkeit von Coronaviren mit dieser Mutation.

Verbreitung:

Del H69/V70 ist relativ weit verbreitet. In 32% der Fälle wurde diese Mutation in den weltweit durchgeführten Untersuchungen zu SARS-CoV-2 nachgewiesen ^[6]. Sie kommt unter anderem in der Alpha-Variante (B.1.1.7) vor. Darüber hinaus ist die Mutation in der zurzeit dominierenden Omikron-Variante (B.1.1.529) zu finden.

An der Stelle 417 in der Aminosäuresequenz des Spikeproteins befindet sich im Wildtyp die Aminosäure Lysin. Es gab jedoch verschiedene Mutationen an dieser Stelle. In einigen Varianten wurde Lysin durch Asparagin ausgetauscht, dies wird als K417N bezeichnet. In anderen Varianten wurde Lysin durch Threonin ausgetauscht, dies wird als K417T bezeichnet. Die Mutationen an Stelle 417 treten häufig als Trippelmutante zusammen mit den Mutationen E484K und N501Y auf. Diese drei Mutationen befinden sich in der Rezeptor-Bindungs-Domaine, welche im Wesentlichen für die Bindung des Virus an die menschlichen Wirtszellen verantwortlich ist. Die Mutation K417N scheint dazu zu führen, dass das Virus den Antikörpern der Zelle besser entkommen kann ^[7]. Somit schwächt diese Mutation die Immunantwort. Zudem wird vermutet, dass K417N und K417T tödlicher sind als der Wildtyp ^[8]. Genauere Untersuchungen zur Virulenz, Infektiosität und Übertragbarkeit fehlen jedoch bisher.

Verbreitung:

In den weltweit durchgeführten Untersuchungen zu SARS-CoV-2 wurde die K417N-Mutation in 26% der Fälle nachgewiesen. Besonders verbreitet ist sie in südlichen Gebieten Afrikas ^[9]. Sie kommt zum Beispiel in der Beta-Variante (B.1.351) vor.

In den weltweit durchgeführten Untersuchungen zu SARS-CoV-2 wurde die Mutation K417T in 1% der Fälle detektiert. Besonders verbreitet ist die Mutation in Südamerika ^[10]. Sie kommt beispielsweise in der Gamma-Variante (P.1) vor.

Die Mutation L452R befindet sich in der Rezeptor-Bindungs-Domäne des Spikeproteins. An der Stelle 452 wurde die Aminosäure Leucin durch Arginin ausgetauscht. Diese Mutation befindet sich in unmittelbarer Nähe zu der Bindestelle des Virus, mit welcher an die menschliche Wirtszelle gebunden wird. Daher kann die Bindung verstärkt werden, wodurch das Virus infektiöser wird. ^[11,12,13] Zudem wird eine dadurch erhöhte Pathogenität sowie bessere Übertragbarkeit angenommen ^[11]. Darüber hinaus führt die Mutation zu einer reduzierten Neutralisierung durch das Entkommen von Antikörpern ^[12,13,14]. Dies kann auch die Wirksamkeit von Impfseren herabsetzen ^[14].

Verbreitung

Diese Mutation ist weit verbreitet. In den weltweit durchgeführten Untersuchungen zu SARS-CoV-2 wurde die L452R-Mutation in 41% der Fälle nachgewiesen. Seit Beginn des Jahres 2022 wird sie jedoch wesentlich weniger detektiert als zuvor. Sie kommt vor allem in der ehemals als VOC eingestuften Delta-Variante (B.1.617.2) sowie in dessen Subvarianten vor ^[15].

Die S477N-Mutation befindet sich auf der Rezeptor-Bindungs-Domäne des Spikeproteins. Bei der Mutation kam es zu einem Austausch von Serin durch Asparagin an der Position 477 der Aminosäuresequenz des Spikeproteins. Sie gehört zusammen mit den Mutationen G496S, Q498R und N501Y zu den Schlüsselmutationen, die es der Omikron-Variante erlauben, besser an die menschlichen Wirtszellen zu binden ^[16].

Verbreitung

In 32% der weltweit durchgeführten Untersuchungen zu SARS-CoV-2 wurde die Mutation S477N nachgewiesen. Mittlerweile wird sie in 90% der täglich untersuchten Fälle nachgewiesen ^[17]. Sie verbreitet sich stark, da sie vor allem in der im November 2021 entdeckten Omikron-Variante sowie dessen Subvarianten BA.1, BA.2 und BA.3 vorkommt.

Bei der T478K-Mutation liegt eine Basensubstitution an Stelle 478 in der Rezeptor-Bindungs-Domäne des Spikeproteins vor. Dabei wurde die Aminosäure Threonin durch Lysin ausgetauscht. Es wird vermutet, dass die Mutation zusammen mit den Mutationen L452R und E484Q im Zusammenhang mit einer verstärkten Bindung an menschliche Wirtszellen steht ^[18].

Verbreitung

Die Mutation ist in 71% der weltweit durchgeführten Untersuchungen zu SARS-CoV-2 nachgewiesen worden und ist somit weit verbreitet. Sie kommt in der ehemals als VOC eingestuften Variante Alpha (B.1.1.7) und der als VOC geltenden Omikron-Variante (B.1.1.529) vor. Insgesamt wurde die T478K-Mutation seit ihrer Entdeckung 7.478.870-mal identifiziert und in 197 Ländern nachgewiesen (Stand 25.05.2022) ^[19].

Bei der Mutation E484K kam es in der Aminosäuresequenz des Spikeproteins an Stelle 484 zu einem Austausch der Aminosäure Glutaminsäure durch Lysin. Diese Mutation führt zu einer besseren Bindung des Virus an die Rezeptoren der Zellen, was zu einer höheren Übertragbarkeit führt ^[20,21]. Des Weiteren verringert die Mutation die Effektivität der Immunantwort ^[20,22].

Verbreitung:

Die Mutation ist nicht weit verbreitet. In den Varianten Beta (B.1.351), Gamma (P.1) und Mu (B.1.621) kommt die Mutation E484K vor. Zwischen April bis Juli 2021 war diese Mutation am weitesten verbreitet. Zu dieser Zeit wurde sie in bis zu 14% der untersuchten COVID-Fälle detektiert ^[23].

Bei der Mutation N501Y wurde an der Stelle 501 in der Aminosäuresequenz im Spikeprotein die Aminosäure Asparagin durch Tyrosin ausgetauscht. Die Mutation befindet sich auf der Rezeptor-Bindungs-Domäne des Spikeproteins, welche für die Bindung an menschliche Zellen verantwortlich ist. Untersuchungen zeigen, dass durch die Mutation N501Y eine bessere Bindung möglich ist ^[24]. Dadurch haben COVID-Varianten mit dieser Mutation eine höhere Infektiosität ^[25]. Es scheint aber keine gesteigerte Virulenz in diesem Zusammenhang vorzuliegen ^[26]. Es wird zudem angenommen, dass die Mutation zu einer erhöhten Übertragbarkeit des Virus beiträgt ^[27].

Verbreitung:

Die N501Y-Mutation ist in 43% der weltweit durchgeführten Untersuchungen zu SARS-CoV-2 nachgewiesen worden. Sie kommt in den ehemals als VOC eingestuften Varianten Alpha (B.1.1.7), Beta (B.1.351) und Gamma (P.1) sowie in der aktuell dominierenden VOC Omikron (B.1.1.529) vor. Auch in der ehemals als VOI eingestuften Variante Mu (B.1.621) ist die Mutation zu finden. Besonders zwischen März bis Juli 2021 steckten sich viele Menschen mit einer Virusvariante an, die diese Mutation enthielt ^[28]. Sie wurde in mindestens 199 Ländern detektiert ^[28].

Bei der Mutation T547K wurde an Stelle 547 im Spikeprotein die Aminosäure Threonin durch Lysin ausgetauscht. Sie gehört zu den stummen Mutationen, die keine Auswirkungen auf das Spikeprotein haben ^[29].

Verbreitung

Die Mutation kommt in der Omikron-Variante (B.1.1529) vor und wurde in 27% der weltweit durchgeführten Untersuchungen zu SARS-CoV-2 nachgewiesen ^[30].

Bei der D614G-Mutation wurde an Stelle 614 der Aminosäuresequenz im Spikeprotein die Aminosäure Asparaginsäure durch Glycin ausgetauscht. Diese Mutation führt zu einer erhöhten Infektiosität, hat aber keine Auswirkungen auf die Virulenz des Virus ^[31,32]. Zudem wird angenommen, dass die Mutation zu einer erhöhten Übertragbarkeit führt ^[32,33]. Wie gut die Varianten, welche diese Mutation enthalten, neutralisiert werden können, ist noch nicht sicher festzustellen. Es kann aber davon ausgegangen werden, dass das Immunsystem das Virus durch die Mutation gleich gut, wenn nicht sogar besser, neutralisieren kann ^[33].

Verbreitung:

Die Mutation ist sehr stark verbreitet. Sie wurde in 99% der weltweit durchgeführten Untersuchungen zu SARS-CoV-2 nachgewiesen und lässt sich in allen Varianten finden, die zurzeit noch immer als VOC gelistet werden bzw. ehemals als VOC oder VOI eingestuft waren. Die D614G-Mutation ist in über 100 Varianten zu finden. Seit Mai 2021 ist die Mutation in über 90% der durchgeführten Untersuchungen zu SARS-CoV-2 zu finden ^[34].

Bei der Mutation H655Y wurde die Aminosäure Histidin an Stelle 655 durch die Aminosäure Valin ausgetauscht. Diese Mutation befindet sich in der S1/S2-Schnittstelle, welche wichtig für die Aktivierung des Virus ist ^[35]. Sie erhöht wahrscheinlich die Bindungsaffinität von Furin. Dies ist ein Enzym, welches das Spikeprotein an der S1/S2-Schnittstelle spaltet, was für die Infizierung von Wirtszellen nötig ist ^[35,36]. Es wird angenommen, dass diese Mutation zu einer positiven Selektion der Virusvarianten mit der Mutation führt ^[37,38].

Verbreitung:

Die H655Y-Mutation wurde in 35% der weltweit durchgeführten Untersuchungen zu SARS-CoV-2 nachgewiesen. Seit Dezember wird sie in über 90% der Fälle nachgewiesen, was auch in Zusammenhang mit der Verbreitung Omikron-Variante steht ^[39]. Die Mutation kommt in der Gamma- (P.1) sowie in der Omikron-Variante (B.1.1.529) vor, zudem in einigen VOIs.

Bei dieser Mutation kam es an Stelle 679 im Spikeprotein zu einer Basensubstitution zwischen Asparagin und Lysin. Die Mutation befindet sich in der S1/S2-Schnittstelle und verstärkt die Bindungsaffinität von Furin, wodurch das Virus besser aktiviert werden kann (siehe H655Y-Mutation) ^[35,36].

Verbreitung:

In 34% der weltweit durchgeführten Untersuchungen zu SARS-CoV-2 wurde die Mutation N679K nachgewiesen. Seit Dezember wird sie, auch aufgrund der Verbreitung der Omikron-Variante, in über 90% der Fälle detektiert ^[40]. Die N679K-Mutation befindet sich unter anderem in der VOC Omikron (B.1.1.529) und in Subvarianten von Gamma (P.1) sowie in der Variante C.1.2.

Im Wildtyp des Virus befindet sich an Stelle 681 der Aminosäuresequenz des Spikeproteins die Aminosäure Prolin. An dieser Stelle bestehen verschiedene Mutationen. In einigen Varianten wurde Prolin durch Histidin ausgetauscht, als P681H bezeichnet, wohingegen in anderen Varianten Prolin durch Arginin ersetzt wurde, als P681R bezeichnet. Es wird angenommen, dass die Mutation P681R zu einer erhöhten Pathogenität des Virus führt ^[41]. Die Mutation P681H scheint jedoch keinen Einfluss auf die Pathogenität sowie die Übertragbarkeit zu haben ^[42]. Genauere Untersuchungen zur Virulenz, Infektiosität und Übertragbarkeit fehlen jedoch bisher.

Verbreitung:

Die Mutation P681H ist bei 45% der weltweit durchgeführten Untersuchungen zu SARS-CoV-2 zu finden und somit relativ weit verbreitet ^[43]. Nachgewiesen wurde sie in den Varianten Alpha (B.1.1.7), Omikron (B.1.1.529) und Mu (B.1.621).

Weltweit wurde die Mutation P681R in 41% der durchgeführten Untersuchungen zu SARS-CoV-2 nachgewiesen ^[44]. Sie ist in der Delta-Variante (B.1.617.2) zu finden.

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[6] Outbreak Info (2022) S:DEL69/70 Mutation Report (letztmalig aufgerufen am 25.05.2022)

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[9] Outbreak Info (2022) S:K417N Mutation Report (letztmalig aufgerufen am 25.05.2022)

[10] Outbreak Info (2022) S:K417T Mutation Report (letztmalig aufgerufen am 25.05.2022)

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[15] Outbreak Info (2022) S:L452R Mutation Report (letztmalig aufgerufen am 25.05.2022)

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[17] Outbreak Info (2022) S:S477N Mutation Report (letztmalig aufgerufen am 25.05.2022)

[18] Cherian, S. et al. (2021) SARS-CoV-2 Spike Mutations, L452R, T478K, E484Q and P681R, in the Second Wave of COVID-19 in Maharashtra, India, DOI: 10.3390/microorganisms9071542 (letztmalig aufgerufen am 15.02.2022)

[19] Outbreak Info (2022) S:T478K Mutation Report (letztmalig aufgerufen am 25.05.2022)

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[44] Outbreak Info (2022) S:P681R Mutation Report (letztmalig aufgerufen am 25.05.2022)