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CHAMPAGNE, krank. – Ein Team unter der Leitung von Wissenschaftlern der University of Illinois Urbana-Champaign verfolgte den Aufstieg und Rückgang von SARS-CoV-2 im Speichel und in den Nasenhöhlen von Menschen, die neu mit dem Virus infiziert waren. Die Studie war die erste, die akute COVID-19-Infektionen im Laufe der Zeit durch wiederholte Probennahmen verfolgte und Ergebnisse verschiedener Testmethoden vergleicht.

Die Ergebnisse werden in der Zeitschrift Nature Microbiology veröffentlicht.

„Wir erfassen das vollständigste, hochauflösende und quantitative Bild davon, wie sich SARS-CoV-2 während einer natürlichen Infektion beim Menschen repliziert und ausscheidet. Es gibt keine anderen Daten wie diese“, sagte U. von I. Mikrobiologie Professor Christopher B. Brookeder die Forschung mit Mikrobiologie leitete und Statistiken Professor Pamela P. Martinez und Pathobiologie Professor Rebecca L. Smith. „Die Studie beleuchtet mehrere Aspekte der Infektion, die bisher kaum verstanden wurden und die sowohl für die öffentliche Gesundheit als auch für die Grundlagenbiologie wichtig sind.“

Die Studie entstand aus der SHIELD: Zielen, testen, sagen Initiative, das COVID-19-Reaktionsprogramm der U. of I., das im Herbst 2020 mit dem Testen von Mitarbeitern, Studenten und Fakultätsmitgliedern zweimal pro Woche begann. Forscher aus Illinois erkannten, dass die Testdaten eine Fundgrube an Informationen über den Verlauf sein könnten Infektion: Zum Beispiel, wie schnell sich verschiedene SARS-CoV-2-Varianten replizierten und wie sich Individuen in ihrer Fähigkeit unterschieden, die Infektion zu beseitigen. Das Team erhielt die Genehmigung des Institutional Review Board, eine solche Studie durchzuführen.

Die National Institutes of Health griffen ein, um die Bemühungen zu finanzieren, PCR-Tests, die virale RNA amplifizieren und nachweisen, mit Antigen-Schnelltests zu vergleichen, die nach mit dem Virus assoziierten Proteinen suchen. Diese Finanzierung ermöglichte andere Aspekte des Studiums.

Innerhalb von 24 Stunden nach einem ersten positiven Test entnahm das Team täglich Nasen- und Speichelproben von Erwachsenen, die positiv auf eine COVID-19-Infektion getestet wurden. Die 60 Studienteilnehmer waren zwischen 19 und 73 Jahre alt. Die Studie folgte jeder Person bis zu 14 Tage.

Die Bestimmung, wie lange infizierte Personen möglicherweise lebensfähige Viren ausscheiden – zum Beispiel in ihrem Speichel oder ihren Nasengängen – ist der Schlüssel zum Verständnis, wie sich das Virus in einer Population ausbreitet und fortbesteht, sagte Brooke. Zu diesem Zweck verwendete das Team auch Viruskultur-Assays, um die Ausscheidung infektiöser Viren in ihren Proben zu messen.

„Nur weil Sie ein Signal eines Virus durch PCR- oder Antigentests sehen, heißt das nicht, dass es tatsächlich ein lebendes Virus gibt, das sich replizieren, ausscheiden und an jemand anderen übertragen könnte“, sagte Brooke.

Ruian Keein Mitarbeiter am Los Alamos National Laboratory und Erstautor des Papiers, verwendete eine Vielzahl mathematischer Modelle, um dem Team zu helfen, zu verstehen, wie die Daten zugrunde liegende Infektionsprozesse widerspiegeln und Faktoren identifizieren können, die den Infektionsverlauf beeinflussen.

Die Bemühungen zeigten, dass einige Personen das lebende Virus nur ein oder zwei Tage lang ausschieden, während andere das Virus bis zu neun Tage lang weiter ausschieden.

„Basierend auf diesem Ergebnis sagen wir voraus, dass Menschen, die Viren länger als eine Woche ausscheiden, einem viel größeren Übertragungsrisiko ausgesetzt sind als jemand, bei dem nur ein oder zwei Tage lang lebende Viren nachweisbar sind“, sagte Brooke.

“Dies ist eine sehr wichtige Erkenntnis”, sagte Martinez. „Die Menschen haben beobachtet, dass die Virusübertragung heterogen ist, aber die meisten führen diese Unterschiede auf das individuelle Verhalten zurück. Wir gehen davon aus, dass Superspreader weniger vorsichtig sind oder mit mehr Menschen in Kontakt stehen. Das zeigt, dass auch die intrinsische Infektionsdynamik eine wichtige Rolle spielt.“

Die Forscher entdeckten auch, dass die virale Genombelastung – nachweisbar mit der PCR-Technologie – in Speichelproben viel früher ihren Höhepunkt erreichte als in Nasenabstrichen.

Dies deutet darauf hin, „dass Speichel als überlegene Probenahmestelle für die Früherkennung von Infektionen dienen kann“, schrieben die Forscher.

Die Wissenschaftler sahen keine signifikanten Unterschiede in der Infektionsdynamik von frühen zirkulierenden Varianten des SARS-CoV-2-Virus und der Alpha-Variante. Dies deutet darauf hin, dass die höhere Übertragbarkeit der Alpha-Variante „nicht durch höhere Viruslasten oder verzögerte Clearance erklärt werden kann“, schrieben die Forscher.

Das Team sah keine sinnvollen Zusammenhänge zwischen den Symptomen der Menschen und dem Infektionsverlauf. Während oft angenommen wird, dass diejenigen, die mehr Symptome haben, wahrscheinlich ansteckender sind, trifft dies möglicherweise nicht immer zu, sagte Brooke. Die Auswirkungen dieses Teils der Forschung können jedoch durch die Tatsache eingeschränkt werden, dass alle Studienteilnehmer entweder asymptomatisch waren oder leichte Symptome hatten und keiner ins Krankenhaus eingeliefert wurde.

„Insgesamt hilft diese Studie zu erklären, warum manche Menschen SARS-CoV-2 eher übertragen als andere“, sagte Brooke.

Brooke, Martinez und Smith sind Partner der Carl R. Woese Institut für Genombiologie an der U. von I. Smith ist auch Fakultätsmitglied in der Carle Illinois College für Medizin in Illinois.

Das National Heart, Lung, and Blood Institute der National Institutes of Health unterstützte diese Forschung.

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