Drosten-Studie: Wie Viruslast und Infektiosität zusammenhängen

Was als vorläufige Analyse von Routinelabordaten begann, hat sich inzwischen zur bisher größten Studie über die Viruslast bei Patienten mit SARS-CoV-2 entwickelt. Ein Forscherteam der Charité - Universitätsmedizin Berlin hat nun die PCR-Proben von mehr als 25.000 Personen mit COVID-19 analysiert. Unter der Leitung von Christian Drosten ermittelte das Team die Viruslast jeder einzelnen Probe und nutzte die Ergebnisse zur Abschätzung der Infektiosität. Die Ergebnisse, die im Wissenschafstsmagazin Science  veröffentlicht wurden, geben eine klare Vorstellung von der Infektiosität der Krankheit in verschiedenen Altersgruppen und bei verschiedenen Schweregraden der Erkrankung. Außerdem liefert sie neue Erkenntnisse über die B.1.1.7-Variante.

R-Zahl ist hierfür ungegeignet

Gemäß der Reproduktionszahl (R 0) überträgt eine mit SARS-CoV-2 infizierte Person ihre Infektion im Durchschnitt auf drei bis fünf andere Personen. Doch  diese R-Zahl eignet sich  nicht zur Abschätzung des Übertragungsrisikos auf individueller oder Gruppenebene. Sobald normale soziale und umweltbedingte Faktoren aus der Gleichung entfernt werden, können sich Individuen in Bezug auf ihre Ansteckungsfähigkeit und die Dauer, in der sie das Virus aktiv ausscheiden, deutlich unterscheiden.

25.000 Fälle untersucht

Um die Infektiosität bestimmter Personengruppen besser zu verstehen und abzuschätzen, analysierte das Team u  die PCR-Proben von mehr als 25.000 COVID-19-Fällen, um deren "Viruslast" zu bestimmen. Die Viruslast einer Probe - die Gesamtzahl der Kopien des SARS-CoV-2-Genoms, die in der Probe enthalten sind - liefert eine grobe Schätzung der Virusmenge im Rachen eines Patienten und ist somit ein nützliches Maß für die Einschätzung der Infektiosität einer Person. Um ihre Schätzungen weiter zu verbessern, wendeten die Forscher auch Erkenntnisse über die minimale Viruslast an, die typischerweise für die erfolgreiche Isolierung von SARS-CoV-2 in Zellkulturen erforderlich ist. Für mehr als 4.300 der untersuchten Fälle waren sequenzielle Proben verfügbar. Anhand dieser Daten konnten die Forscher die typische Entwicklung der Viruslast im Verlauf der Infektion modellieren. Anschließend suchten die Forscher nach signifikanten Unterschieden in ihren Daten, insbesondere in Bezug auf verschiedene Altersgruppen, Krankheitsschwere und Virusvarianten.

Kein Unterschied zwischen 20 und 65 Jahren

Bei den erkrankten Personen im Alter zwischen 20 und 65 Jahren wurden keine nennenswerten Unterschiede in der Viruslast festgestellt. Die durchschnittliche Rachenabstrichprobe enthielt etwa 2,5 Millionen Kopien des SARS-CoV-2-Genoms. Die geringsten Viruslasten wurden bei sehr jungen Kindern (0 bis 5 Jahre) festgestellt. Die Werte begannen bei etwa 800.000 Kopien des viralen Genoms, stiegen mit dem Alter an und näherten sich bei älteren Kindern und Jugendlichen dem Niveau von Erwachsenen.

"Während diese Zahlen auf den ersten Blick sehr unterschiedlich aussehen, ist es entscheidend, sich daran zu erinnern, dass die Ergebnisse der Viruslast auf einer logarithmischen Skala dargestellt werden", sagt Drosten. "Die Unterschiede in den Viruslasten, die wir bei den jüngsten Kindern gefunden haben, liegen in der Tat kaum unter der Schwelle, bei der wir sie normalerweise als klinisch relevant betrachten würden. Entscheidend ist, dass man auch versteht, wie wir zu diesen Werten kommen und dies bei der Interpretation berücksichtigen."

Kleinere Proben bei Kindern

Der Virologe weist auf die Unterschiede in der Methodik der Probenentnahme zwischen Kindern und Erwachsenen hin und fügt hinzu: "Die Abstriche von Kindern sind deutlich kleiner und enthalten weniger als die Hälfte der Probenmenge, die normalerweise für PCR-Tests zur Verfügung steht. Außerdem bedeutet der Grad der Unannehmlichkeit, der mit dem Verfahren verbunden ist, dass tiefe Nasopharyngealabstriche oft durch einfache Rachenabstriche ersetzt werden. Dies reduziert natürlich die Menge des gesammelten viralen Materials weiter. Aus diesem Grund gehen wir fest davon aus, dass bei Kindern das gleiche Maß an viraler Replikation zu niedrigeren Viruslast-Ergebnissen bei PCR-Tests führt."

Vergleich mit Erwachsenen

Beim Vergleich der Spitzen-Viruslasten in den Laborproben schätzten die Forscher, dass die Infektiosität bei den jüngsten Kindern (0 bis 5 Jahre) bei etwa 80 Prozent der bei Erwachsenen gefundenen Werte liegt. Bei Kindern und Jugendlichen im Schulalter wurden Werte gefunden, die sich den Erwachsenenwerten annähern. "Das zeigt, dass die Viruslast nicht direkt proportional zur Infektiosität ist und nicht direkt umgerechnet werden kann", erklärt  Drosten. Er fügt hinzu: "Selbst diese datenbasierten Schätzungen der Infektiosität müssen wegen der unterschiedlichen Methoden der Probenentnahme bei Kindern nach oben korrigiert werden. All das gehört zur Gesamtbeurteilung eines klinischen Virologen. Meine anfängliche Annahme, dass alle Altersgruppen in etwa das gleiche Maß an Infektiosität aufweisen, hat sich sowohl durch diese als auch durch andere Studien bestätigt."

Asymptomatische Personen

Ein symptombasierter Vergleich bestätigte Beobachtungen, die zuvor bei COVID-19-Fällen gemacht wurden, nämlich, dass auch asymptomatische Personen sehr hohe Viruslasten haben können. Bei Personen, die ins Krankenhaus eingeliefert werden mussten, wurde über den gesamten Krankheitsverlauf eine höhere Viruslast festgestellt als bei anderen. Basierend auf ihren neuen Modellen der Viruslastverläufe über die Zeit schätzen die Forscher, dass mit SARS-CoV-2 infizierte Personen bereits 1 bis 3 Tage vor dem Auftreten von Symptomen Spitzenwerte der Viruslast im Rachen erreichen.

Extrem hohe Viruslast

Etwa 9 Prozent der getesteten COVID-19-Fälle zeigten extrem hohe Viruslasten von einer Milliarde Kopien pro Probe oder höher. Mehr als ein Drittel dieser potenziell hochinfektiösen Personen hatte entweder keine oder nur leichte Symptome. "Diese Daten liefern eine virologische Grundlage für die Vorstellung, dass eine Minderheit von infizierten Personen die Mehrheit aller Übertragungen verursacht", erklärt Prof. Drosten. Er fügt hinzu: "Die Tatsache, dass darunter so viele Menschen ohne relevante Symptome sind, unterstreicht die Bedeutung von Pandemie-Kontrollmaßnahmen wie sozialer Distanzierung und obligatorischem Maskentragen."

Britische Variante

Bei Proben von Personen, die mit der Variante B.1.1.7 ("UK" oder "British") infiziert waren, wurde festgestellt, dass die durchschnittliche Viruslast um das Zehnfache erhöht war, während die laborgestützten Schätzungen der Infektiosität um das 2,6-fache erhöht waren. Um zu diesen Daten zu gelangen, nahmen die Forscher die Viruslastdaten von ca. 1.500 mit B.1.1.7 infizierten Fällen und verglichen sie mit den Daten von ca. 1.000 mit anderen Varianten infizierten Personen, die zur gleichen Zeit in denselben Testzentren, Ambulanzen und klinischen Stationen getestet worden waren. Prof. Drosten ergänzt: "Laborstudien können zwar noch keine endgültige Erklärung liefern, aber eines ist klar: B.1.1.7 ist infektiöser als andere Varianten."

Die Forscher planen, ihre Arbeit an den Viruslasten während des gesamten Verlaufs der Pandemie fortzusetzen. Sie hoffen, Einblicke in die Veränderungen zu gewinnen, die bei der Entstehung neuer Varianten auftreten, wenn sich das Virus an die zunehmende Immunität der Bevölkerung anpasst.