Seit dem Ausbruch der Covid-19-Pandemie stellten Forscher immer wieder etwas Seltsames fest: Bereits von COVID-19 genesene Patienten wurden mehrere Wochen, zum Teil sogar Monate nach der Erkrankung, in einem PCR-Test positiv getestet. 

Bekannt ist: Menschen können sich ein zweites Mal mit COVID-19 infizieren. Jedoch gingen die Forscher in den vorliegenden Fällen von keiner erneuten Infektion aus. In weiteren Untersuchungen der positiv getesteten Probanden konnten keine lebenden Viren isoliert werden. In manchen Studien wurden diese falsch positiven Ergebnisse sogar während einer Quarantäne festgestellt. Außerdem haben RNAs im Allgemeinen eine kurze Lebensdauer. Das bedeutet: Die meisten überleben nur wenige Minuten. Es ist also unwahrscheinlich, dass die positiven Tests das Ergebnis von Rest-RNAs waren.

Monate nach Corona-Erkrankung positiv getestet - das ist der Grund

Rudolf Jaenisch, Mitglied des Whitehead Institute und MIT-Professor für Biologie, fand nun in einer neuen Arbeit eine mögliche Erklärung für dieses Phänomen. In der Studie, die am 6. Mai online in den Proceedings of the National Academy of Sciences publiziert wurde, zeigen Jaenisch und sein Team folgendes: Es wurden genetische Sequenzen aus dem RNA-Virus SARS-CoV-2 durch einen Prozess namens „reverse Transkription“ in das Genom der Wirtszelle integriert. Vereinfacht gesagt: Das Virus hinterlässt Spuren in einem Bestandteil eines menschlichen Chromosoms. Diese Abschnitte können dann in RNAs "abgelesen" werden, und so auch von einem PCR-Test erfasst werden. 

Diese Verhaltensweise hat das Coronavirus nicht exklusiv inne. Laut den Forschern bestehen rund acht Prozent der menschlichen DNA aus Überresten alter Viren. Einige davon, sogenannte Retroviren, Integrieren sich in die menschliche DNA, um sich zu vermehren. „SARS-CoV-2 ist kein Retrovirus, das heißt, es braucht keine reverse Transkription für seine Replikation“, erklärt Liguo Zhang, Forscher am Whitehead Institute und Erstautor der Studie. „Allerdings wurden nicht-retrovirale RNA-Virus-Sequenzen in den Genomen vieler Wirbeltierarten, einschließlich des Menschen, nachgewiesen.“ 

Mit dieser Erkenntnis im Hinterkopf fingen Zhang und Jaenisch an zu forschen, inwieweit diese virale Integration mit dem neuartigen Coronavirus stattfindet. Dafür hat das Forscherteam in ihrem Labor menschliche Zellen mit dem Coronavirus versetzt und zwei Tage später die DNA der infizierten Zellen untersucht. Um sicherzugehen, dass die erhaltenen Ergebnisse auch von anderen Forschern bestätigt werden können, verwendeten sie drei verschiedene Methoden. Bei jeder Methode konnten die Wissenschaftler Fragmente des viralen Erbguts nachweisen. Trotzdem halten die Forscher fest, dass sich bei keinem der in den drei Szenarien festgestellten Virus-Fragmente um einen Bestandteil handelt, der für die Reproduktion des Virus verantwortlich wäre. 

Viren lagern sich in den Chromosomen ab

Nach dem Experiment untersuchten die Forscher um Zhang und Jaenisch die DNA, um Hinweise auf den Mechanismus zu finden, wie sich das Coronavirus in einem Bestandteil eines Chromosoms einnisten konnte. In den umliegenden Sequenzen fanden die Forscher dann den Hinweis auf ein genetisches Merkmal, das als „Retrotransposon“ bezeichnet wird.  Transposone, auch "springende Gene" genannt, sind DNA-Abschnitte, die sich von einer Region des Genoms zu einer anderen bewegen können. Sie werden oft unter hohem Stress oder bei einer Krebs-Erkrankung sowie der Alterung aktiviert. Sie können genetische Veränderungen bewirken. 

Das häufigste Transposon beim Menschen ist das „LINE1“-Retrotransposon, das aus einer leistungsstarken Kombination von DNA-Schneidemaschinen und Reverser Transkriptase besteht. Dabei handelt es sich um ein Enzym, das DNA-Moleküle aus einer RNA-Vorlage erzeugt.  „Es gibt einen sehr klaren Hinweis auf eine „LINE1“-Integration", sagt Jaenisch. „An der Verbindungsstelle zwischen der viralen Sequenz und der zellulären DNA macht es eine Duplikation von 20 Basenpaaren.“  Außerdem konnten die Forscher Hiwneise auf die Integration des Virus in fast 70 Prozent der DNAs, die virale Sequenzen enthielten, nachweisen, wenn auch nicht in allen. Dies weise laut den Experten darauf hin, dass die virale RNA möglicherweise über mehrere Mechanismen in die zelluläre DNA integriert wird. 

Um auch außerhalb eines Labors nach der viralen Integration zu suchen, analysierten die Forscher veröffentlichte Datensätze von RNA-Transkripten aus verschiedenen Probentypen, darunter auch COVID-19-Patientenproben. Dadurch war es Zhang und Jaenisch möglich den Anteil der Gene zu berechnen, welche in den Zellen der Patienten nachgewiesen werden konnten. Der Prozentsatz variierte von Probe zu Probe. Jedoch gebe es einen „relativ großen Anteil“ viraler Transkripte in den Chromosomen.  Ein früherer Entwurf der Arbeit mit diesem Ergebnis wurde online auf dem Preprint-Server bioRxiv veröffentlicht. Neuere Untersuchungen ergaben jedoch, dass zumindest ein Teil der Ergebnisse auch auf irreführenden Artefakten die durch die RNA-Sequenziermethode entstanden, basieren könnte. In der aktuellen Forschungsarbeit ist es den Wissenschaftlern gelungen, diese Artefakte zu eliminieren. 

Grund für Langzeitfolgen gefunden?

Das gelang ihnen durch die veränderte Zählweise: Anstatt einfach die Transkripte zu zählen, die virales Material enthielten, untersuchten die Forscher, in welche Richtung die Transkripte gelesen worden waren. Wenn die viralen Nachweise von lebenden Viren oder bereits in der Zelle vorhandenen viralen RNAs stammten, würden die meisten viralen Transkripte in der richtigen Orientierung gelesen werden. Bei akut infizierten Zellen sind das mehr als 99 Prozent in der korrekten Orientierung. Wären die Transkripte jedoch das Produkt einer zufälligen viralen Integration in das Genom, gäbe es nahezu eine 50-prozentige Aufteilung. Das heißt: Die Hälfte der Transkripte wäre vorwärts gerichtet, die andere Hälfte rückwärts. "Das ist es, was wir in einigen Patientenproben gesehen haben", sagt Zhang. "Das deutet darauf hin, dass ein Großteil der viralen RNA in einigen Proben von integrierten Sequenzen transkribiert werden könnte." Da der untersuchte Datensatz bislang recht klein war, betont Jaenisch, dass mehr Informationen benötigt werden, um genau festzustellen, wie häufig dieses Phänomen im wirklichen Leben auftritt und welche gesundheitlichen Folgen daraus resultieren können. 

Es ist möglich, dass nur sehr wenige menschliche Zellen überhaupt irgendeine Art von viraler Integration erleben. Im Falle eines anderen RNA-Virus, das sich in das Genom der Wirtszelle integriert, enthielten nur ein Bruchteil eines Prozents der infizierten Zellen (zwischen 0,001 und 0,01) integrierte virale DNA. Für SARS-CoV-2 ist die Häufigkeit der Integration beim Menschen noch unbekannt. "Der Bruchteil der Zellen, die das integrierende Virus haben, könnte sehr klein sein", sagt Jaenisch. "Aber selbst wenn es selten ist, gibt es mehr als 140 Millionen Menschen, die sich bereits infiziert haben." In Zukunft wollen Jaenisch und Zhang untersuchen, ob die Fragmente des SARS-CoV-2-Erbguts von der Zelle in Proteine eingebaut werden können. "Wenn sie das tun und Immunreaktionen auslösen, könnte das einen dauerhaften Schutz gegen das Virus bieten", sagt Zhang.

Die Forscher wollen auch untersuchen, ob diese integrierten DNA-Abschnitte für einige der langfristigen Autoimmunfolgen, die bei einigen COVID-19-Patienten auftreten, mitverantwortlich sein könnten. "An diesem Punkt können wir nur spekulieren", sagt Jaenisch. "Aber wir glauben, dass wir erklären können, warum manche Patienten langfristig PCR-positiv sind."