Automatisierte Gen-Analysen von Sars-CoV-2-Proben übersehen durchgängig, wenn im Erbgut des Virus durch Mutationen Genabschnitte 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. Das Studienteam konnte in seinen analysierten Proben nachweisen, dass ein großer Teil des Genabschnitts ORF8 fehlte. Von dieser Genregion wird vermutet, dass sie dazu beiträgt, die Abwehrreaktion im menschlichen Körper zu verzögern. Fehlt sie, besteht die Chance, dass das Virus weniger pathogen wird, also weniger schwerwiegende Krankheiten verursacht. Das Forschungsteam hat seine Studienergebnisse in dem Journal „Viruses“ veröffentlicht.

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

Sie weisen nach, dass automatische Gen-Analysen von Sars-CoV-2 es systematisch übersehen, wenn Genabschnitte durch Muta-tionen verschwunden sind (v.li.): Dr. Christi-ane Scherer vom Evangelischen Klinikum Bethel, Prof. Dr. Jörn Kalinowski und Prof. Dr. Alexander Sczyrba, beide von der Universität Bielefeld. Foto: Universität Bielefeld/S. Jonek

Studie ermittelt Sars-CoV-2-Variante mit Lücke im Erbgut
Sie weisen nach, dass automatische Gen-Analysen von Sars-CoV-2 es systematisch übersehen, wenn Genabschnitte durch Muta-tionen verschwunden sind (v.li.): Dr. Christi-ane Scherer vom Evangelischen Klinikum Bethel, Prof. Dr. Jörn Kalinowski und Prof. Dr. Alexander Sczyrba, beide von der Universität Bielefeld. Foto: 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 Gen-Abschnitte 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 Buchstaben 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.

„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.“

Kenntnis der Virusvariante hilft bei Rekonstruktion von Infektionsketten

Entdeckt haben die Forschenden die Gen-Lücke im Virus durch Analysen von Viren-Proben aus dem Evangelischen Klinikum Bethel (EvKB). Dort werden medizinisches Personal und Patientinnen und Patienten kontinuierlich auf Infektionen mit dem Coronavirus getestet. Seit April 2020 wertet die Arbeitsgruppe von Kalinowski Proben aus dem Klinikum aus. Für die Analyse erhält sie Extrakte, in denen die Erbsubstanz des Virus enthalten ist. Sie stammen aus Abstrichen positiv getesteter Patientinnen und Patienten. „Die detaillierte Analyse der Proben ermöglicht uns, Infektionsketten zu rekonstruieren, wenn Infektionen auftreten“, sagt die Oberärztin Dr. Christiane Scherer, Leiterin der Mikrobiologie im EvKB und ebenfalls Co-Autorin der Studie. Auf dem Höhepunkt der zweiten Infektionswelle stellten Scherer und ihr Team im Januar und Februar 2021 ein Infektionscluster fest. Die Infektionen wurden durch aufwendige Screenings und Kontaktverfolgung eingedämmt. Die Virusvariante B.1.1.294 konnte sich auf den Stationen nicht weiterverbreiten.

Die CeBiTec-Analysen bestätigten, dass die Abschottungsmaßnahmen auf den betroffenen Stationen erfolgreich waren. „Wir konnten das so genau sagen, weil wir eine Besonderheit der Virusvariante entdeckt haben: In ihrem genetischen Code fehlen 168 Nukleotide“, berichtet Jörn Kalinowski. Die Gen-Bausteine fehlten in der Genregion „Open Reading Frame 8“ (ORF8). Die genetischen Informationen sind mutmaßlich mit dafür verantwortlich, dass es dem Virus gelingt, die Immunreaktion von Infizierten zu verzögern.

Funktion in Analysesoftware ergänzt

Nachweisen konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler 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.“

Stammbaum zeigt verwandte Varianten der untersuchten Virus-Mutante

Die CeBiTec-Forschenden wollten wissen, woher die Virus-Variante mit dem verlorenen Genabschnitt stammt. Dafür entnahmen sie Rohdaten aus der zentralen Datenbank der Coronaviren-Varianten und werteten sie mit ihrer eigens entwickelten Software aus. „Wir konnten so ermitteln, wo weitere Vorgänger der von uns untersuchten Variante aufgetreten sind und wo ähnliche Varianten vorkamen“, erklärt Alexander Sczyrba. Das Ergebnis veranschaulichen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in einem Stammbaum von Sars-CoV-2. Darin ist zum Beispiel zu sehen, dass ein Vorläufer der Virusvariante vorher in Dänemark entdeckt wurde.

Die CeBiTec-Forschenden wollen auch anderen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ermöglichen, fehlende Genabschnitte in Sars-CoV-2-Varianten präzise zu ermitteln. Dafür stellen sie ihre Weiterentwicklung der Analysesoftware samt des Quellcodes auf einer einschlägigen Plattform zum Download zur Verfügung.

Um zu klären, welche Funktionen einzelne Gene des Virus haben und wie es sich entwickelt, sei es wichtig, nach weiteren Varianten mit gelöschten Genabschnitten suchen zu können, sagt Jörn Kalinowski. „Doch dafür müssen bundesweit alle Rohdaten von analysierten Corona-Proben verfügbar gemacht werden. Rigide Datenschutzbestimmungen verhindern das momentan leider“, beklagt er.

Originalveröffentlichung:
David Brandt, Marina Simunovic, Tobias Busche, Markus Haak, Peter Belmann, Sebastian Jünemann, Tizian Schulz, Levin Joe Klages, Svenja Vinke, Michael Beckstette, Ehmke Pohl, Christiane Scherer, Alexander Sczyrba, Jörn Kalinowski: Multiple Occurrences of a 168-Nucleotide Deletion in SARS-CoV-2 ORF8, Unnoticed by Standard Amplicon Sequencing and Variant Calling Pipelines. Viruses, https://doi.org/10.3390/v13091870, erschienen am 18. September 2021.

Kontakt:
Prof. Dr. Jörn Kalinowski, Universität Bielefeld
Centrum für Biotechnologie (CeBiTec)
Tel: 0521-106 8756
E-Mail: joern@cebitec.uni-bielefeld.de

Zentrum für hämatologische Neoplasien

Herzlich willkommen!

Blut ist ein Symbol des Lebens. Von Kopf bis Fuß durchfließt es unseren Körper und versorgt die Organe mit lebenswichtigen Stoffen. Daher ist hohe Kompetenz erforderlich, wenn das Blutsystem erkrankt, insbesondere für eine erfolgreiche Behandlung bösartiger Erkrankungen ist ein tiefes Verständnis zwingend notwendig. Bei sämtlichen Formen von Blutkrebs (Leukämien), Lymphknotenkrebs (Lymphome), dem Multiplen Myelom, Reifungsstörungen der Blutbildung (Myelodysplastische Syndrome) und Erkrankungen des Knochenmarks (Myeloproliferative Erkrankungen) sind wir für Patientinnen und Patienten kompetente und vertrauensvolle Ansprechpartner. In unserem Zentrum für Hämatologische Neoplasien haben sich dafür Onkologen, Radiologen, Strahlentherapeuten/Radioonkologen und Pathologen sowie viele weitere Kooperationspartner zusammengeschlossen und auf das breite Spektrum dieses medizinischen Bereichs spezialisiert. Hierfür wurden wir durch die Deutsche Krebsgesellschaft zertifiziert.

Das Ziel: Heilung

Durch hohe Behandlungsstandards kann bei vielen dieser Erkrankungen das erklärte Ziel die Heilung sein. Dafür ist insbesondere ein tiefes Verständnis der Krankheitsentstehung und der Möglichkeiten der systemischen Therapie erforderlich. Wir haben uns auf die Therapie dieser Erkrankungen spezialisiert und bieten daher alle Behandlungsformen an – mit Ausnahme der allogenen Stammzelltransplantationen.

Klinik und Ambulanz in modernen Räumen

Unseren Patienten stehen sowohl ambulante wie auch stationäre Möglichkeiten zur Verfügung: Die Klinik für Innere Medizin, Hämatologie/Onkologie, Stammzelltransplantation und Palliativmedizin im EvKB verfügt dafür neben ihren Stationen über eine Hämato-onkologische Therapieambulanz (HOT). Sowohl die Stationen als auch die Ambulanz haben im Jahr 2019 neue moderne Räume bezogen, so dass wir unseren Patientinnen und Patienten eine ausgezeichnete fachübergreifende Versorgung ermöglichen und gleichzeitig ihren Aufenthalt unter den gegebenen Umständen so angenehm wie möglich machen. Als Besonderheit für unsere Patienten mit Erkrankungen, bei denen aufgrund ihrer geschwächten Abwehr ein besonderer Schutz vor Keimen erforderlich ist, haben wir unsere hämatologische Station mit einem speziellen Luftfiltersystem (HEPA Filter) ausgestattet.

Alle Vorteile eines fachübergreifenden Tumorzentrums

Unsere Patientinnen und Patienten profitieren vom fachübergreifenden Tumorzentrum im EvKB, in das unser Zentrum für Hämatologische Neoplasien eingebunden ist. Dadurch haben sie bei bestimmten Erkrankungen die Möglichkeit, innerhalb von Studientherapien eine Behandlung mit neuesten, noch nicht frei erhältlichen Medikamenten zu bekommen.

Behandlungsspektrum

Blutkrebs (Leukämien)

Der Begriff Leukämie bezeichnet nicht nur eine Krankheit, sondern gleich mehrere. Bei den allermeisten Patientinnen und Patienten entsteht Leukämie bzw. Blutkrebs durch zufällige Fehler während der Bildung von Blutzellen. Äußere Risikofaktorenspielen spielen statistisch nur selten eine Rolle.

Symptome

Viele Formen der Erkrankung werden erst spät erkannt, da sie anfangs keine oder nur sehr geringe Symptome verursachen.

schnell auftretende Müdigkeit
nicht ausheilende Entzündungen
blasse Haut
Fieber
Vermehrte Blutungen in Nase und Zahnfleisch
Knochen und Gelenkschmerzen
Druck im Oberbauch
Kopfschmerzen
Schwindel
Lähmungen

Diagnose

Abklärung des Allgemeinbefindens
Tastuntersuchungen der Lymphknoten, Milz und Leber
Gibt Aufschluss darüber, ob diese geschwollen oder vergrößert sind
Blutbild
Gibt Aufschluss über Anzahl und Verhältnis der Zellarten im Blut. Das hauseigene Labor im EvKB sorgt für eine Blutuntersuchung mit kurzen Wartezeiten.
Knochenmarkuntersuchung
Dient der Bestätigung eines Verdachts auf Leukämie.
Bei Bedarf weitere Untersuchungen wie des Nervenwassers (Liquor) oder bildgebende Diagnostik (Ultraschall, Röntgen)

Akute lymphoblastische Leukämie

Bei den Patienten mit dieser Leukämie treten zu viele unreife, nicht funktionsfähige Lymphozyten auf, die eine Untergruppe der weißen Blutkörperchen (Leukozyten) sind. Die Untergruppen der Erkrankung unterscheiden Fachleute unter anderem anhand der Art der betroffenen Lymphozyten in Leukämien vom B-Zell-Typ oder T-Zell-Typ. Weitere Unterscheidungen werden aufgrund der genauen Veränderungen der Erbsubstanz getroffen.

Im Vergleich zu anderen Formen der Erkrankung treten die Symptome bei der akuten lymphoblastischen Leukämie plötzlich auf.

Therapie

Der wichtigste Baustein der Therapie ist die Chemotherapie (siehe unten). Sie soll die Leukämiezellen zerstören mit dem Ziel, dass gesunde Zellen nachgebildet werden. Zusätzlich kann die Stammzelltransplantation zum Einsatz kommen.

Akute myeloische Leukämie

Bei einer akuten myeloischen Leukämie verändern sich unreife Vorläuferzellen im blutbildenden System. Diese Zellen reifen nicht weiter zu funktionsfähigen Blutzellen aus. Für die Einteilung in Untergruppen sind charakteristische genetische Veränderungen zu betrachten. Es gibt jedoch auch akuten myeloischen Leukämien, bei denen keine dieser Veränderungen nachgewiesen werden können.

Therapie

Der wichtigste Baustein der Therapie ist die Chemotherapie (siehe unten). Sie soll die Leukämiezellen zerstören mit dem Ziel, dass gesunde Zellen nachgebildet werden. Zusätzlich können die Stammzelltransplantation und die zielgerichtete Therapie zum Einsatz kommen.

Da diese Formen der Leukämie schnell voranschreiten und eine Verschlechterung des Gesundheitszustands innerhalb weniger Tage bedeuten können, sollten die Ursachen für diese Beschwerden zügig durch einen Arzt abgeklärt werden.

Chronische myeloische Leukämie

Bei einer chronischen myeloischen Leukämie verändern sich unreife Vorläuferzellen im blutbildenden System. Die veränderten Zellen entwickeln sich weiter, daher finden sich im Blut und Knochenmark der Patienten vermehrt Zellen in allen Reifestadien. Betroffen sind vor allem die weißen Blutzellen. Aber auch die Entwicklung der für die Blutgerinnung zuständigen Blutplättchen kann gestört sein. Diese Form des Blutkrebses entwickelt sich langsam und nicht bei jedem Patienten gleich. Da die Symptome schleichend eintreten, werden sie häufig nicht bemerkt.

Therapie

Bei dieser Form der Leukämie kommt der Therapie mit Medikamenten eine besondere Rolle zu. Die setzt an einer genetischen Veränderung an, die diese Erkrankung mit sich bringt: dem Philadelphia-Chromosom. Die medikamentöse Therapie kann die Erkrankung zwar nicht vollständig beseitigen, jedoch sehr wirksam zurückdrängen. Sollte diese Therapie nicht wirken oder der Verlauf bereits weit fortgeschritten sein, können zusätzlich Chemotherapie und Stammzelltransplantation zum Einsatz kommen.

Lymphknotenkrebs (Lymphome) | Multiples Myelom

Maligne Lymphome sind Krebserkrankungen, die an den Lymphknoten/Lymphdrüsen, Mandeln, Milz aber auch in Magen, Darm oder in der Haut auftreten können. Bei Lymphomen wachsen weiße Blutkörperchen, die sogenannten Lymphozyten, unkontrolliert. Das erklärt, warum geschwollene Lymphknoten ein Anzeichen der Erkrankung sind. Aber auch allgemeine Beschwerden wie Fieber, sehr starkes Schwitzen, Gewichtsverlust oder Beschwerden an den betroffenen Organen können auftreten. Da Lymphome unterschiedliche Regionen des Körpers betreffen können, sind auch die Symptome dementsprechend vielseitig und können je betroffenem Organ in Form von Atemwegserkrankungen, Bauchschmerzen und Verdauungsstörungen oder Knochen- und Gelenkschmerzen auftreten. Auch das Multiple Myelom gehört zu den Lymphomen. Hier geht die Erkrankung von den Plasmazellen (Lymphozyten) aus. Die siedeln sich fehlerhaft im Knochenmark an und vermehren sich dort.

Diagnose

Die gesicherte Diagnose erfolgt durch

Einordnung der Symptome / Krankengeschichte
Abtasten von Lymphknoten, Bauch und Mandeln
Gewebeprobe (Biopsie) bei verdächtigen Lymphknoten
Bei bestätigter Diagnose erfolgt bildgebende Untersuchung um die Ausbreitung der Erkrankung im Körper festzustellen
Untersuchung von Blut- und Knochenmark, selten auch Nervenwasser (Liquor)

Therapie

Es gibt aggressive Krankheitsverläufe, die sofort behandelt werden müssen. Für andere Patienten kann es ausreichen, zunächst abzuwarten und regelmäßig zur Kontrolle zu gehen. Die Entscheidung für die jeweilige Therapie ist in hohem Maße abhängig von der individuellen Diagnose eines jeden Patienten. Behandlungsmöglichkeiten sind:

Chemotherapie oder Immun-Chemotherapie
Zielgerichtete Therapie oder Immuntherapie
Strahlentherapie (in Kooperation mit der Klinik für Strahlenheilkunde am Klinikum Bielefeld)

Reifungsstörungen der Blutbildung (Myelodysplastisches Syndrom, MDS)

Das Myelodysplastische Syndrom umfasst eine Gruppe von Erkrankungen des Knochenmarks, bei denen die Blutbildung von Ursprungszellen (Stammzellen) ausgeht, die genetisch verändert sind. Aus diesen Stammzellen ist es dem Körper der Betroffenen nicht möglich, vollständig reife und funktionstüchtige Blutzellen zu bilden, der Prozess der Blutbildung ist also nachhaltig gestört. Bei manchen Betroffenen mit langem Krankheitsverlauf führt das Syndrom zu einer akuten myeloischen Leukämie (siehe oben).

Die Entscheidung für die optimale Therapie hängt in hohem Maße von der Ausprägung der Erkrankung ab. Unterschieden wird in Patientinnen und Patienten mit niedrigem Risiko und mit hohem Risiko.

Erkrankungen des Knochenmarks (Myeloproliferative Erkrankungen)

Der Begriff Myeloproliferative Neoplasien fasst eine Gruppe sowohl bösartiger als auch seltener chronischer Erkrankungen des Knochenmarks zusammen. Diese haben gemeinsam, dass zu viele rote Blutkörperchen, weiße Blutkörperchen oder Blutplättchen gebildet werden. Ausgangspunkt dieser Störungen ist eine Erkrankung der blutbildenden Zellen im Knochenmark. Es besteht eine thematische Überschneidung mit den Leukämien (siehe oben).

Die häufigsten Formen sind:

Essentielle Thrombozythämie
Polyzythämia vera
Primäre Myelofibrose
Chronische myeloische Leukämie (siehe oben).

Diagnose

Viele dieser Erkrankungen werden per Zufallsbefund während einer Routineuntersuchung entdeckt. Der Grund: Die Symptome entwickeln sich in der Regel sehr langsam, so dass sie von den Betroffenen nicht wahrgenommen werden. Die erhöhte Zahl der roten bzw. weißen Blutkörperchen oder Blutplättchen führt vermehrt zu

Müdigkeit
Durchblutungsstörungen an Händen und Füßen
Schwindel
Kopfschmerzen
Sehstörungen
erhöhte Blutungsneigung (kleine punktförmige Hautblutungen (Petechien), Nasenbluten, blaue Flecken, verlängerte Blutungen z.B. nach Zahnarztbesuch oder nach Verletzungen, verlängerte Regelblutungen bei Frauen
Druckgefühl im linken Oberbauch durch eine Vergrößerung der Milz bei fortgeschrittener Erkrankung

Therapie

Heilungschancen bestehen durch eine Stammzelltransplantation.

Therapien

Chemotherapie

Chemotherapie bedeutet die Behandlung der Erkrankung durch Medikamente (Zytostatika) über Infusionen oder auch Tabletten. Dadurch sollen die Leukämiezellen zerstört werden mit dem Ziel, dass gesunde Zellen nachgebildet werden.

Die Chemotherapie kann bei uns sowohl ambulant in der Hämato-onkologischen Therapieambulanz (HOT) erfolgen als auch während eines stationären Aufenthalts.

Studie ermittelt Sars-CoV-2-Variante mit Lücke im Erbgut: Analysesoftware konnte fehlende Gen-Bausteine bislang nicht feststellen

Software dokumentiert fehlende Genabschnitte bisher missverständlich

Kenntnis der Virusvariante hilft bei Rekonstruktion von Infektionsketten

Funktion in Analysesoftware ergänzt

Stammbaum zeigt verwandte Varianten der untersuchten Virus-Mutante

Klinik und Ambulanz in modernen Räumen

Alle Vorteile eines fachübergreifenden Tumorzentrums

Blutkrebs (Leukämien)

Symptome

Diagnose

Akute lymphoblastische Leukämie

Therapie

Therapie

Therapie

Lymphknotenkrebs (Lymphome) | Multiples Myelom

Diagnose

Therapie

Reifungsstörungen der Blutbildung (Myelodysplastisches Syndrom, MDS)

Erkrankungen des Knochenmarks (Myeloproliferative Erkrankungen)

Diagnose

Therapie

Chemotherapie

Immuntherapie

Stammzelltransplantation

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