Ursprung von Pandemien: Wie Zoonosen entstehen und sich weltweit verbreiten

Zoonosen: Infektionskrankheiten aus dem Tierreich. Grafik © Matthias Moser

Zoonosen: Infektionskrankheiten aus dem Tierreich. Grafik © Matthias Moser 1

Hammerkopf-Flughunde (Hypsignathus monstrosus, englisch Hammerheaded Bats) gehören zur Familie der früchtefressenden Flughunde. Foto © Sarah H. Olson/WCS

Hammerkopf-Flughund. Foto © Sarah H. Olson/WCS 2

WildtierexpertInnen statten Hammerkopf-Flughunde in einem neuen Forschungsprojekt mit einem Peilsender aus. Foto © Sarah H. Olson/WCS

Hammerkopf-Flughund. Foto © Sarah H. Olson/WCS 3

Im neuen Forschungsprojekt wollen WissenschafterInnen herausfinden, wie das saisonale Auftreten von Viren-Spillover-Events, Immunsystem und der geteilte Lebensraum zwischen Hammerkopf-Flughunden und Menschen in der Republik Kongo zusammenhängen. Foto © Nikolaus Huber/Vetmeduni Vienna

Forschungsprojekt: Hammerkopf Flughund. Foto © Nikolaus Huber/Vetmeduni Vienna 4

Wet Markets: Für viele Menschen sind sie Existenzgrundlage oder eine wichtige Quelle für erschwingliche Lebensmittel. Foto © WCS Vietnam

Wet Market. Foto © WCS Vietnam 5

Zwei Drittel aller neu beim Menschen auftretenden Erkrankungen (Emerging Diseases) stammen von Tieren. Es handelt sich um Zoonosen, zwischen Wirbeltieren und Menschen übertragbare Krankheiten. SARS wurde 2002 vermutlich von Schleichkatzen auf den Menschen übertragen. Foto © WCS Vietnam

Schleichkatze. Foto © WCS Vietnam 6

Aus VETMED 02/2020 – Viren sind Teil unseres Lebens. Wir teilen unsere Umwelt und sogar unseren Körper mit ihnen, häufig unbemerkt und ohne große Konsequenzen. In den letzten Jahrzehnten nahmen jedoch schwerwiegende neue Erkrankungen zu, die sich rasch unter Menschen verbreiteten: HIV-AIDS, Ebola, SARS, MERS und nun COVID-19. Woher stammen die Erreger und wie kann der Ausbruch neuer Krankheiten verhindert werden? Das VETMED hat mit Forschenden gesprochen, die unterschiedliche Aspekte der Entstehung und Verbreitung von Epidemien und Pandemien untersuchen.

Als im Dezember 2019 die ersten Fälle einer neuen Lungenkrankheit in der chinesischen Region Wuhan auftraten, war das derzeitige Ausmaß noch nicht absehbar. WissenschafterInnen hatten bereits seit Jahren weltweit vor dem Ausbruch neuer Krankheiten gewarnt. „Die dahinterstehende Frage war nie, ‚ob‘, sondern ‚wann‘ ein neuer Erreger den Sprung über die Artenschranke schaffen würde“, sagt Chris Walzer, Professor für Wildtiermedizin an der Vetmeduni Vienna und Leiter der Abteilung Gesundheit der Wildlife Conservation Society (WCS) in New York. Denn fest steht: Mehr als zwei Drittel aller Krankheiten, die durch Viren und Bakterien beim Menschen verursacht werden, kommen ursprünglich aus dem Tierreich (Infografik 7). Wiederum zwei Drittel dieser tierischen Erkrankungen stammen letztendlich von Wildtieren. Doch wie kommen wir in Kontakt mit diesen Erregern und warum nehmen solche „Seuchen“ in den letzten Jahrzehnten zu?

Familie der Coronaviren

Es gibt nahezu keine Tierart, die nicht ihre eigenen Coronaviren in sich trägt und unter Umständen daran auch erkrankt. Beim Menschen waren Coronaviren seit Mitte der 1960er-Jahre als relativ harmlose Erreger von Atemwegsinfekten bekannt, bis im Jahr 2002 in China – ausgelöst durch den Coronavirusstamm SARS-CoV-1 – die Lungenerkrankung Severe Acute Respiratory Syndrome (kurz SARS) erstmals ausbrach. Im Jahr 2012 folgte das Middle East Respiratory Syndrome (kurz MERS), ebenfalls durch ein Coronavirus verursacht. „Das neue Coronavirus SARS-CoV-2 ist das dritte Coronavirus, das auf den Menschen übergesprungen ist“, sagt Norbert Nowotny. „Wir sprechen dabei von einem Spillover über die Artenschranke hinweg.“ Nowotny ist Professor für Virologie an der Vetmeduni Vienna und war an der Erforschung von MERS und dessen Zwischenwirten – Dromedaren – beteiligt. Da das neue Virus eng mit dem SARS-Virus verwandt ist, trägt es inzwischen den wissenschaftlichen Namen SARS-CoV-2.

Anpassung durch Mutation

Viele Begriffe wie Wet Market, Zoonosen, Spillover oder Pandemie waren bisher in der Alltagssprache keine geläufigen Begriffe. Für Forschende wie Chris Walzer und Norbert Nowotny sind sie jedoch Handwerkszeug. Zoonosen bezeichnen Infektionskrankheiten, die von Wirbeltieren auf Menschen und umgekehrt übertragen werden können. Eine der bekanntesten ist Tollwut, die schon in ägyptischen Schriftzeichen beschrieben wurde. Weltweit zählen 200 Erkrankungen zu den Zoonosen, unter ihnen die Grippe (Influenza), in unterschiedlichen Ausprägungen. Damit aus einer Zoonose eine Epidemie oder sogar Pandemie wird, braucht es nicht nur die Übertragung des Virus von Tieren auf den Menschen, sondern auch unter Menschen. Viren mutieren, wenn sie sich ausbreiten. Ist ein Virus in die Wirtszelle eingedrungen, zwingt es diese zur massenhaften Produktion neuer Viren. „Bei der Vervielfältigung treten immer wieder ungeplante Kopierfehler auf“, sagt Virologe Nowotny. „Dadurch können sich Viren so verändern, dass ihre Rezeptoren auch bei anderen Spezies ‚andocken‘ können.“ Diese kleinen Veränderungen im Erbgut hinterlassen aber auch genetische Spuren, denn sie werden in den Viren weitervererbt. Eine Eigenschaft, die sich WissenschafterInnen zu Nutze machen, um den Ausgangspunkt eines Virus nachzuverfolgen. Dem neuen Coronavirus attestieren Forschende eine mittelhohe „Fehlerquote“, die Rückschlüsse auf die Evolution und Infektionsketten zulässt. Über Zwischenwirte im Tierreich könnte SARS-CoV-2 von seinem Ursprungswirt an den potenziellen Ort des Übersprungs von Tieren auf den Menschen gelangt sein: den Huanan Seafood Wholesale Market in der chinesischen Provinz Wuhan.

Ursprung des Virus: Genom als Schlüssel

Von den ersten 425 mit Coronavirus Disease 2019 (kurz COVID-19) infizierten PatientInnen vor dem 22. Jänner 2020 hatten 234 Verbindungen zum Lebendtiermarkt in Wuhan. Die chinesischen Behörden schlossen den 50.000 Quadratmeter großen Markt mit rund 1.000 Ständen schnell, da sie einen ähnlichen Übertragungsweg bei der ersten SARS-Pandemie 2002/2003 festgestellt hatten, die sich in 29 Ländern verbreitete. Rund 800 Menschen starben damals an der Lungenkrankheit.

Kontrolleure der chinesischen Behörden entdeckten das neuartige Coronavirus in 33 von insgesamt 585 genommenen Umweltproben auf dem Markt. „Diese Proben kann man sich wie Schwämme vorstellen, die anschließend im Labor untersucht werden“, so Wildtiermediziner Walzer. Von den 33 positiv auf das neue Coronavirus getesteten Proben stammten 31 aus der Wildtierabteilung des Markts. „Aus epidemiologischer Sicht wäre an dieser Stelle natürlich die Untersuchung aller dort vorhandenen Tiere sehr wichtig gewesen. Der Markt wurde jedoch im Jänner 2020 so schnell geräumt, dass diese Analysen offensichtlich nicht mehr möglich waren und wir vermutlich nie den einen Zwischenwirt identifizieren können.“ Gemeint ist damit, dass die genetischen Virensequenzen der Proben Hinweise auf ein spezifisches Überträgerindividuum geben könnten

Nährboden für Zoonosen

Warum kreieren Umstände wie auf diesen Märkten die Grundlage für neue Zoonosen? Wildtiere werden gejagt, gefangen oder in Käfigen gehalten und gezüchtet. Im Anschluss werden sie auf engstem Raum auf Lebendtiermärkten gehandelt. „Wenn man all diese unterschiedlichen Tierspezies auf einem für sie so unnatürlich engen Raum zusammenbringt, steigt die Gefahr, neue Krankheitserreger zu ‚züchten‘“, sagt Chris Walzer. Hinzu komme die Vermutung, dass Tiere unter großem Stress auch mehr Körperflüssigkeiten absondern und damit vermehrt Viren ausscheiden. „Für Viren sind dies optimale Voraussetzungen zur Vermehrung“, sagt Walzer. „Die lebendigen Tiere auf den Märkten setzen Kot, Urin und Speichel ab, niesen oder husten. Außerdem werden sie vor Ort geschlachtet, sodass sich auch Blut unter die ausgetauschten Körperflüssigkeiten mischt.“ Dieser Nährboden für die Verbreitung und Rekombination von pathogenen Erregern birgt gleichzeitig das Potenzial für den Übersprung der Erreger auf Menschen. „Wenn wir den Handel von Wildtieren auf diesen Märkten einschränken, können auf lange Sicht Übertragungswege minimiert werden“, so Walzer. Wichtig sei daher auch die Veränderung im Bewusstsein der Menschen, was die kommerzielle Nutzung von Wildtieren betrifft. Zum Spillover des neuen Virus gibt es unterschiedlichste Theorien. Die gängigste ist, dass es einen oder mehrere Zwischenwirte gab, deren Spezies jedoch weiterhin unklar bleibt. In diesen sollen sich die Mutationen ereignet haben, die es dem Virus ermöglicht haben, auf Menschen überzuspringen und in ihnen zu zirkulieren. VirologInnen und WildtierexpertInnen benennen Fledertiere als plausible Ursprungsquelle; sie gelten als sogenanntes natürliches Reservoir. Als Zwischenwirte gerieten Pangoline in Verdacht

Suche nach dem potenziellen Coronawirt

„Coronaviren kommen überall auf der Welt vor. Insbesondere bei Fledertieren, zu denen Fledermäuse und Flughunde zählen, gibt es eine große Vielfalt dieser und anderer Viren“, sagt Nikolaus Huber von der Abteilung für Conservation Medicine der Vetmeduni Vienna. Der Wildtiermediziner plant, gemeinsam mit Sarah H. Olson, einer Forscherin der WCS, und Vincent Munster, Leiter der Abteilung für Virusökologie des Nationalen Gesundheits-instituts (NIH) in den USA, in einem neuen Projekt den Zusammenhang zwischen Stress, dem Immunsystem und der Übertragung von viralen Zoonosen wie Ebola-, Henipa- und Coronavirusvarianten bei Hammerkopf-Flughunden zu ergründen. Aber was steckt dahinter, dass bestimmte Tierarten „unbemerkt“ Viren mit einem zoonotischen Potenzial in sich tragen?

Forschende fanden Verwandte des neuen Coronavirus mit einer 96-prozentigen genetischen Übereinstimmung in chinesischen Hufeisennasen (englisch Horseshoe Bat) und verglichen Coronaviren, die sie in Malaien-Schuppentieren (englisch Pangolin) fanden (etwa 90 Prozent Übereinstimmung). „Fledertiere tragen als natürliche Reservoire Viren in sich, ohne selbst Krankheitssymptome zu zeigen“, erklärt Huber. Eine Gruppe um die chinesische Fledermausexpertin Shi Zhengli forscht bereits seit SARS zu diesem Phänomen. Mehrere hundert Coronaviren entdeckten die WissenschafterInnen in Fledertieren, die meisten seien harmlos. Einige von ihnen verbreiten sich sehr schnell zwischen Organismen der gleichen Spezies und können durch Mutation auch auf andere Tierspezies oder den Menschen überspringen.

„Die Anpassung an unterschiedlichste Virenarten ist möglicherweise auf die Flugfähigkeit und die damit verbundene Physiologie zurückzuführen. Fledertiere verbrauchen beim Fliegen extrem viel Energie – die Körpertemperatur wird erhöht, der Stoffwechsel beschleunigt und das Immunsystem aktiviert“, sagt Huber. Eine weitere Vermutung sei, dass Viren und Immunsystem in einer Balance stehen, sodass die Erreger in den Tieren „schlummern“, ohne eine überschießende und letztendlich schädliche Aktivierung des Immunsystems auszulösen. Dies würde auch erklären, warum Fledertiere keine offensichtlichen Krankheitssymptome entwickeln, jedoch Erreger von Emerging Diseases wie SARS, MERS, Ebola, Hendra, Nipah oder nun COVID-19 weitergeben können. Die genauen physiologischen Mechanismen dahinter seien jedoch noch ungeklärt.

Spillover: Die Überwindung der Artenschranke

Die Häufigkeit des Vorkommens von Viren mit zoonotischem Potenzial bei Fledertieren wird – ebenso wie bei Nagetieren – von wissenschaftlicher Seite damit begründet, dass es so viele Unterarten (1.420 bzw. 2.500) gibt. Je mehr Arten es gebe, so Huber, desto höher sei die Wahrscheinlichkeit, dass diese Tiere eine Vielfalt an Mikroben beherbergen. Hat ein Virus die Artenschranke überwunden und eine neue Tierspezies infiziert, zirkuliert es ab diesem Zeitpunkt in der neuen Wildtierspezies. Sobald Menschen in Kontakt mit dieser kommen, steigt die Wahrscheinlichkeit, dass Viren erneut die Artenschranke überwinden und im Menschen einen neuen Wirt finden. Forschende gehen davon aus, dass bei der SARS-Pandemie 2002/2003 von Fledermäusen ausgeschiedene SARS-CoV-1-Viren durch die Schleichkatzenart Larvenroller (englisch Palm Civet) aufgenommen wurden. In weiterer Folge wurde das Virus von diesem Zwischenwirt auf den Menschen übertragen. Larvenroller werden in Teilen Asiens aufgrund ihres Fleisches gejagt, gezüchtet und verzehrt.

Behutsamer Umgang mit der Natur als Schutz vor Pandemien

VirologInnen und Infektionsforschende nehmen an, dass der Ausbruch weiterer Pandemien nur eine Frage der Zeit sei. Überall, wo Menschen mit Wildtieren in intensivem Kontakt sind, besteht die Gefahr des Entstehens einer Zoonose. Auch Influenzaviren liegen im Fokus der Forschenden. „Ein neues Grippevirus, das durch Rekombination die negativen Eigenschaften mehrerer Virusstämme in sich vereint, wäre eine Katastrophe", sagt Virologe Norbert Nowotny. 2009/2010 überschnitten sich die Verbreitungsgebiete der pandemischen Schweinegrippe A/H1N1 und jenes der Vogelgrippe A/H5N1 in weiten Teilen Asiens und Afrikas. „Schlechtestenfalls hätte ein neu rekombiniertes Influenzavirus entstehen können, das die hohe Pathogenität des ‚Vogelgrippevirus‘ mit einer Letalität beim Menschen von über 50 Prozent und die leichte Übertragbarkeit des ‚Schweinegrippevirus‘ verbindet – Gott sei Dank ist dies nicht passiert“, so Nowotny. Seit Beginn der 2000er-Jahre warnen WissenschafterInnen und die Weltgesundheitsorganisation WHO vor einem neuen Virus mit pandemischem Potenzial, einer Disease X. Die Voraussetzung für neue Pandemien schaffen Menschen, indem sie pathogene Erreger aus bisher isolierten Lebensräumen mit neuen Wirten in Kontakt bringen. „Wir verändern kontinuierlich die Grenzen zwischen Natur und menschlichem Lebensraum, greifen an den sogenannten ‚Destruction Edges‘ in die Natur ein“, so Wildtiermediziner Chris Walzer. „Das bringt uns in Kontakt mit Wildtieren und allen Viren, die sie in sich tragen. Wir sind stärker miteinander verbunden als jemals zuvor.“ Ökosysteme wie Regenwälder werden zerstört, Viren von ihren bisherigen Wirten getrennt. Auf Grund der Globalisierung und weltweiter Mobilität würden Zoonosen zunehmen und auch der Klimawandel sorge dafür, dass Insekten, wie etwa tropische, subtropische und mediterrane Stechmückenarten, in neue Regionen eindringen – und Erreger mitbringen.

Lernen für die Zukunft

WissenschafterInnen sind sich einig: Menschen sind immer häufiger das Ziel der Emerging Diseases, unter anderem, weil wild lebende Tiere nur vier Prozent der Biomasse ausmachen, Menschen wiederum auf allen Kontinenten zahlreich vertreten sind. „Andersherum müssen wir uns auch im Klaren darüber sein, welche Gefahr wir als Wirte neuer Viren für verwandte Spezies, wie etwa Menschenaffen, darstellen“, gibt Walzer zu bedenken. „Zoonosen können in beide Richtungen, also vom Tier zum Menschen, aber auch vom Menschen zum Tier anstecken. In der Regel sind Menschen jedoch besorgter um Menschen.“

 

Pandemie-Lexikon

Epidemie (= griechisch: epí „über“ und démos „Volk“), auch Seuche genannt, bezeichnet ein stark gehäuftes, örtlich und zeitlich begrenztes Auftreten einer Erkrankung, vor allem einer Infektionskrankheit.

Unter Pandemie (= griechisch: pan „ganz“ und démos „Volk“) wird die länderübergreifende, globale Verbreitung einer Infektionskrankheit verstanden.

Als pathogen (= griechisch: pathos „Leiden“ und genesis „Entstehung“) werden Erreger genannt, die eine Krankheit verursachen.

Ein natürliches Reservoir oder ein Reservoirwirt bezeichnet Tiere, die Erreger einer Erkrankung in sich tragen, selbst aber keine offensichtlichen Krankheitssymptome aufweisen.

Das Überspringen von Viren von einer auf eine andere Tierart wird in der Wildtierbiologie als Spillover bezeichnet.

 

Fledertiere als natürliches Reservoir für Viren

Fledertiere: Fledermäuse und Flughunde, weltweit mehr als 1.420 Unterarten (Europa: 38, Österreich: 28)
Verbreitungsgebiet: Alle Kontinente, insb. tropische und subtropische Klimazonen
Nahrungsquellen: Insekten, kleine Wirbeltiere, Wirbeltierblut, Früchte, Fruchtsäfte, Nektar, Pollen

Fledertiere leben meist in großen Kolonien, stellen rund ein Viertel aller Säugetierarten dar und sind die einzigen zu aktivem Fliegen befähigten Säugetiere. Sie gelten als Reservoire für Humanpathogene wie SARS-, Hendra-, Nipah-, Ebola- oder Marburg-Viren, ohne selbst Krankheitssymptome zu zeigen. Die höchste Rate an Viren wird durch Kot (Guano) oder Speichel ausgeschieden und verbreitet sich mittels Tröpfchen bzw. Aerosolen oder wenn Fäkalien mit Schleimhäuten anderer Organismen in Kontakt gelangen. Kontaminierte Früchte können etwa von anderen Tieren aufgenommen werden und als viraler Übertragungspunkt dienen.

Europäische und heimische Fledermäuse tragen, mit Ausnahme von Fledermaus-Tollwutviren, keine für den Menschen gefährlichen Viren in sich. Laut Robert Koch-Institut trat in Europa der letzte durch einen Fledermausbiss verursachte Tollwut-Todesfall im Jahr 2002 in Schottland auf. Seit 1991 verbietet das Abkommen zur Erhaltung der europäischen Fledermauspopulationen das Fangen, Halten und Töten von Fledermäusen, da sie in verschiedenen Ökosystemen und in der Landwirtschaft ein unverzichtbarer Bestandteil sind. Während Flughunde, ebenso wie Bienen, Nutzpflanzen bestäuben, halten viele Fledermausarten als Insektenfresser Schädlinge in Schach.

 

Wet Market

Als Wet Markets werden weltweit Bauernmärkte bezeichnet, auf denen frische Meeresfrüchte, Fleisch, Obst und Gemüse verkauft werden. Lebende Tiere werden gehandelt und vor Ort geschlachtet, darunter Hühner, Fische und Schalentiere. Für viele Menschen sind sie Existenzgrundlage oder eine wichtige Quelle für erschwingliche Lebensmittel. Die Namensherkunft rührt von den Flüssigkeiten her (traditionell: lebende Fische und Meeresfrüchte in Wasserbehältern; aber auch: Blut, Eis zum Kühlen). Zudem handelt es sich um schnell verderbliche, „feuchte“ Lebensmittel statt langlebiger trockener.

Einige Wet Markets, insbesondere in Asien und Afrika, verkaufen legal Wildtiere, wie Schildkröten, Schleichkatzen oder Schlangen, aber auch illegale Arten wie Affen oder Schuppentiere. In China waren bis Anfang 2020 auch das Züchten von und der kommerzielle Handel mit 54 Wildtierarten erlaubt. Derzeit werden in asiatischen Ländern neue Gesetzgebungen zum Verbot des Handels und Konsums von Wildtieren diskutiert. In China wurden mehr als 20.000 Wildtierfarmen geschlossen. Einer Umfrage in Japan, Vietnam, Hongkong, Myanmar und Thailand im März 2020 zufolge stimmten 93 Prozent der 5.000 Befragten dafür, unregulierte Märkte und illegalen Wildtierhandel in Südostasien abzuschaffen.

 

Weiterführende Informationen

„SARS-CoV-2/COVID-19: Viral Genomics, Epidemiology, Vaccines, and Therapeutic Interventions“ von M. Uddin, F. Mustafa, T. A. Rizvi, T. Loney, H. A. Suwaidi, A. H. H. Al-Marzouqi, A. K. Eldin, N. Alsabeeha, T. E. Adrian, C. Stefanini, N. Nowotny, A. Alsheikh-Ali und A. C. Senok.
https://www.mdpi.com/1999-4915/12/5/526/htm 8

Chris Walzer bei „The ICCF U.S. Congressional Caucus Briefing on Wildlife Trade and COVID-19“ am 15. April 2020
https://youtu.be/J_hde6elV3U?t=2606 9

Coronavirus-Updates der Wildlife Conservation Society
www.wcs.org/get-involved/updates/a-primer-on-the-coronavirus 10

 

Text: Stephanie Scholz
Grafik: Matthias Moser
Fotos: Wildlife Conservation Society (WCS)

 

Weitere Artikel zum Ursprung von Pandemien

Coronavirus: Steckbrief eines Unheilbringers 11

Kein Widerspruch: Big Data und Veterinärmedizin 12

 

Alle Artikel zum Ursprung von Pandemien zur Nachlese im VETMED Magazin 02/2020 13

 

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