Schutz für Kinder vor schwerem Verlauf von COVID-19

Auch Kinder infizieren sich mit dem neuen Coro­n­avirus SARS-CoV­‑2, haben im Ver­gle­ich zu Erwach­se­nen aber ein sehr niedriges Risiko, schw­er an COVID-19 zu erkranken. Ein Team aus Wissenschaftler*innen des Berlin Insti­tute of Health in der Char­ité (BIH), der Char­ité –Uni­ver­sitätsmedi­zin Berlin, des Uni­ver­sität­sklinikums in Leipzig sowie des Deutschen Kreb­s­forschungszen­trums (DKFZ) in Hei­del­berg hat mit Einzelzel­l­analy­sen die Ursache hier­für herausgefunden.
Sie kon­nten zeigen, dass das kindliche Immun­sys­tem in den oberen Atemwe­gen wesentlich stärk­er aktiv ist als bei Erwach­se­nen und damit bess­er gewapp­net im Kampf gegen das Virus. Ihre Ergeb­nisse haben die Forscher*innen nun im Fachjour­nal Nature Biotech­nol­o­gy veröffentlicht.
Es wird schon lange spekuliert, warum Kinder deut­lich sel­tener schw­er an COVID-19 erkranken als Erwach­sene, obwohl sie dem­sel­ben Infek­tion­srisiko aus­ge­set­zt sind. Offen­bar kön­nen Kinder die Infek­tion bess­er kon­trol­lieren, doch die genauen moleku­laren Mech­a­nis­men dafür waren bish­er nicht bekannt.

„Wir woll­ten ver­ste­hen, warum die Virus­ab­wehr bei Kindern offen­bar so viel bess­er funk­tion­iert als bei Erwachsenen.“
—  Pro­fes­sorin Iri­na Lehmann, Lei­t­erin der AG Moleku­lare Epi­demi­olo­gie am BIH

Seit Beginn der Pan­demie ist das BIH Team um Iri­na Lehmann und Roland Eils, Direk­tor des Zen­trums für Dig­i­tale Gesund­heit am BIH, den COVID-19 Krankheitsmech­a­nis­men auf der Spur. Basierend auf Einzelzel­l­analy­sen aus dem Nasen-Rachen-Raum von Erwach­se­nen haben die BIH Forscher*innen die an schw­eren Erkrankungsver­läufen beteiligten Zellen und Sig­nal­wege iden­ti­fiziert und darauf auf­bauend eine klin­is­che Studie in die Wege geleit­et, die eine neue Ther­a­pie für schw­erkranke Patient*innen erprobt.
Aktuell rück­en jedoch Kinder immer mehr in das Zen­trum des Inter­ess­es, da diese noch nicht durch Imp­fun­gen geschützt sind. Die Infek­tion ver­läuft bei Kindern in der Regel jedoch deut­lich milder als bei Erwach­se­nen. „Wir woll­ten deshalb ver­gle­ichende Einzelzel­l­analy­sen bei Kindern und Erwach­se­nen durch­führen, um daraus zu ler­nen, wie der Schutz gegen COVID-19 funk­tion­ieren kann“, sagt Roland Eils.

Einzelzell-Analysen in den Atemwegen

Das Team um Pro­fes­sor Mar­cus Mall, Direk­tor der Klinik für Pädi­a­trie mit Schw­er­punkt Pneu­molo­gie, Immunolo­gie und Inten­sivmedi­zin an der Char­ité, hat­te für diese Unter­suchun­gen Proben aus der Nasen­schleimhaut von gesun­den und von mit SARS-CoV­‑2 infizierten Kindern und Erwach­se­nen gesam­melt und die Krankheitsver­läufe unter­sucht. „Die meis­ten der infizierten Kinder hat­ten nur leichte Symp­tome wie Schnupfen oder leicht erhöhte Tem­per­atur, und die Beschw­er­den klan­gen nach weni­gen Tagen wieder ab“, erk­lärt Mar­cus Mall. In den von den Kinderärzt*innen gewonnenen Proben führten die BIH Forscher*innen Einzelzell-Tran­skrip­tom-Analy­sen durch, sie unter­sucht­en also, welche Gene in welchen Zellen wie häu­fig abge­le­sen wur­den. Ins­ge­samt wur­den für diese Studie 268.745 Zellen von 42 Kindern und 44 Erwach­se­nen analysiert.

Vorbereitet auf den Kampf gegen SARS-CoV‑2

Der Ver­gle­ich der von den Kindern und Erwach­se­nen gewon­nen Zellen zeigte ein über­raschen­des Ergeb­nis. Die Immun- und Epithelzellen der Nasen­schleimhaut von gesun­den Kindern waren bere­its in erhöhter Alarm­bere­itschaft und vor­bere­it­et für den Kampf gegen SARS-CoV­‑2. Für eine schnelle Immu­nant­wort gegen das Virus müssen soge­nan­nte Mus­ter­erken­nungsrezep­toren aktiviert wer­den, die das Erbgut des Virus, die Virus-RNA, erken­nen und eine Inter­fer­on-Antwort ein­leit­en. Infiziert SARS-CoV­‑2 eine Zelle, über­rumpelt es nor­maler­weise dieses Früh­warn­sys­tem, wodurch diese Anti-Virus-Antwort zumeist eher schwach aus­fällt und das Virus sich mas­siv in der Zelle ver­mehren kann. In den unter­sucht­en kindlichen Zellen war dieses Mus­ter­erken­nungssys­tem jedoch deut­lich stärk­er aus­geprägt als bei Erwach­se­nen, so dass das Virus, sobald es in der Zelle ankommt, schnell erkan­nt und bekämpft wer­den kann.
Um zu beweisen, dass es genau dieser Mech­a­nis­mus ist, der zu ein­er schnellen Elim­i­na­tion von SARS-CoV­‑2 führt und die Kinder schützt, arbeit­eten die BIH-Forscher*innen mit dem Team von Dr. Mar­co Binder, Virologe am Deutschen Kreb­s­forschungszen­trum (DKFZ) in Hei­del­berg zusam­men. Die Hei­del­berg­er Kolleg*innen haben Lun­genep­ithelzellen im Labor mit SARS-CoV­‑2 infiziert und kon­nten zeigen, dass das Vorhan­den­sein genau jen­er Mus­ter­erken­nungsrezep­toren, die bei den Kindern stärk­er aus­geprägt sind, darüber entschei­det, ob infizierte Zellen schnell genug auf eine Infek­tion mit dem Virus reagieren kön­nen. Wie bei diesen Labor­ex­per­i­menten beobachtet, zeigten SARS-CoV­‑2 infizierte Kinder vor allem in den ersten Tagen der Infek­tion eine deut­lich stärkere Inter­fer­on-Antwort als Erwach­sene. Dazu passen bere­its veröf­fentlichte Dat­en aus anderen Stu­di­en, die darauf hin­weisen, dass Kinder eine gerin­gere Virus­last haben und das Virus schneller eli­m­inieren als Erwachsene.

Den schützenden Faktoren auf der Spur

Der Kinder­arzt Mar­cus Mall schlussfol­gert aus den Ergebnissen:„Das bringt uns ein großes Stück weit­er im Ver­ständ­nis darin, warum Kinder die Infek­tion mit SARS-CoV­‑2 so viel bess­er kon­trol­lieren kön­nen als Erwachsene.“
Und das Team um Iri­na Lehmann und Roland Eils denkt bere­its über die Anwen­dung der Ergeb­nisse nach. Iri­na Lehmann sagt: „Wir haben aus dieser Studie gel­ernt, dass es offen­sichtlich nicht nur Risiko­fak­toren für schwere COVID-19-Ver­läufe gibt, son­dern auch schützende Fak­toren. Aus dem Wis­sen her­aus, welche Vorak­tivierun­gen hil­fre­ich als Schutz vor bes­timmten Viren sind, kön­nte man nun auch darüber nach­denken, eine der­ar­tige anti-Virus-Antwort bere­its vor ein­er Infek­tion gezielt zu induzieren und so möglicher­weise Risikopa­tien­ten vor ein­er schw­eren Erkrankung zu schützen.“