Vereinte Genomforschung zur Coronavirus-Pandemie

Wie verändert das neue Coronavirus (SARS-CoV-2) seine Erbinformation und mit welcher Konsequenz für den Menschen? Welche Immunreaktionen bestimmen den Krankheitsverlauf bei COVID-19-Erkrankten? Gibt es genetische Risikofaktoren, die eine Infektion begünstigen und gibt es genetische Schutzfaktoren? Zahlreiche Genomforschende in Deutschland untersuchen diese dringenden Fragen, um einen wissenschaftlichen Beitrag zur Bewältigung der COVID-19 Pandemie zu leisten. Diese Aktivitäten werden nun offiziell in der Deutschen COVID-19 OMICS Initiative (DeCOI) zusammengeführt, um die Forschung zu beschleunigen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an mehr als 22 deutschen Institutionen, darunter auch Mitglieder des Instituts für klinische Molekularbiologie (IKMB) der Medizinischen Fakultät der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) und des Universitätsklinikums Schleswig-Holstein (UKSH), sind führend an DeCOI beteiligt - und es werden ständig mehr.

Das DeCOI-Netzwerk analysiert zurzeit das Genom, also das Erbgut, von SARS-CoV-2, um damit Veränderungen der Erbinformation des Virus zu charakterisieren. Je mehr solche Virusgenome sequenziert werden, desto besser lassen sich die Funktionen der bisher wenig erforschten Variationen des Virus verstehen. Mit der Analyse der Verwandtschaftsstruktur einzelner Viren lassen sich Rückschlüsse auf deren Herkunft und auf unterschiedliche Formen des Virus in der Bevölkerung ziehen. Darüber hinaus analysieren die DeCOI-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler in ihrem neuen Netzwerk auch das Genom von COVID-19-Erkrankten. Dahinter steckt die Vermutung, dass es auch genetische Risikofaktoren gibt, die die Wahrscheinlichkeit sich zu infizieren oder die Schwere der Erkrankung beeinflussen können.

Das Kieler Forschungsteam vom IKMB untersucht im Rahmen von DeCOI fehlgeleitete zelluläre Programme, die für die starke Immunantwort bei einigen COVID-19-Erkrankten, den "Zytokinsturm" der Entzündung, sorgen. Sie führen hierbei sogenannte Einzelzell-Sequenzierungen durch, bei denen Aktivierungszustände zehntausender Zellen parallel mittels Sequenzierung bestimmt werden. Diese Analysen können beispielsweise Aufschluss über die Aktivität und Funktion einzelner Immunzellen geben. Dieses Verfahren wird auch im Rahmen klinischer Studien genutzt, um die Wirkweise neuer Medikamente gegen SARS-CoV-2 auf das Immunsystem zu verstehen.

„Mit Hilfe der sehr jungen Technik können wir schnell und umfassend bestimmen, welche biologischen Prozesse bei der Erkrankung selbst ausgelöst werden und wie diese durch Medikamente positiv beeinflusst werden können“, sagt Professor Philip Rosenstiel, Direktor des IKMB, Sprecher des an DeCOI beteiligten DFG-geförderten Sequenzierzentrums CCGA und Vorstandsmitglied im Exzellenzcluster PMI. „Diese umfassenden Daten bieten zudem die Möglichkeit, besser zu verstehen, warum manche Menschen schwer und andere leicht erkranken“, so Rosenstiel weiter.

Neben der Sequenzierung der Virusgenome und Genome von Erkrankten werden in Schleswig-Holstein auch sogenannte Metagenome untersucht, das sind genetische Informationen der Gesamtheit der Mikroorganismen, die in und auf beispielsweise einem Menschen leben. „Die Metagenome helfen uns dabei zu bestimmen, welche weiteren Infektionen bei Menschen mit COVID-19 möglicherweise auftreten“, erklärt Professor Andre Franke, Direktor des IKMB und Vorstandsmitglied im Exzellenzcluster PMI. Um dieser Frage nachzugehen, wollen Forschende des DeCOI bis zu 2000 Metagenome bei COVID-19-Erkrankten in Deutschland sequenzieren.

„Um aus den Daten der Sequenzierung auch schnellstmöglich medizinisches Wissen zu gewinnen, ist es von großer Bedeutung, dass wir uns hier mit DeCOI deutschlandweit und auch international mit Sequenzierzentren und Expertinnen und Experten zusammengeschlossen haben“, sagt Professor Stefan Schreiber, Sprecher des Exzellenzclusters PMI, Direktor der Klinik für Innere Medizin I UKSH, Campus Kiel, und Direktor des IKMB. „Gerade für die geplante langfristige Untersuchung von Folgeschäden bei COVID19-Erkrankten in Schleswig-Holstein ist die Vernetzung und standardisierte Analyse von genetischen Faktoren und deren Auswirkungen extrem wichtig.“ Professor Joachim Thiery, Dekan der Medizinischen Fakultät der CAU und Vorstand für Forschung und Lehre des UKSH betont: „Ich freue mich, dass die Kompetenz unserer Genom- und Entzündungsforscherinnen und -forschern maßgeblich in die Deutsche COVID-19 OMICS Initiative eingebunden sind, um mit modernster Spitzentechnologie gemeinsam einen Weg zur gezielten Bekämpfung des Virus und der Infektion zu finden.“

„Um die Herausforderungen, vor die uns COVID-19 stellt, meistern zu können, ist Kooperation essentiell – in der Klinik wie in der Forschung. Ich hoffe, dass die gemeinsamen Ergebnisse der Initiative unser Verständnis des Virus und der Erkrankung deutlich erweitern werden – zum Wohle der Patientinnen und Patienten“, sagt Professor Jens Scholz, Vorstandsvorsitzender des UKSH.

„Durch den Zusammenschluss zur DeCOI sollten wir in der Lage sein, parallel viel mehr Fragen gemeinsam schneller beantworten zu können“ sagt Professor Joachim Schultze vom LIMES-Institut der Universität Bonn, der die Initiative derzeit koordiniert. „Jetzt wird es wichtig sein, dass wir DeCOI mit weiteren Initiativen eng vernetzen, um weltweit fundiertes Wissen zur Bewältigung der Krise beizutragen.“

Die Mitglieder der Deutschen COVID-19 OMICS Initiative (DeCOI):

Robert Bals (Universität des Saarlandes), Ezio Bonifacio (TU Dresden), Maria Colome-Tatche (Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt/HMGU), Andreas Diefenbach (Charité – Universitätsmedizin Berlin), Alex Dilthey (Universitätsklinik Düsseldorf), Nicole Fischer (Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf), Konrad Förstner (ZB MED – Informationszentrum Lebenswissenschaften), Julien Gagneur (TU München), Michael Hummel (Charité), Birte Kehr (Charité), Andreas Keller (Uni des Saarlandes), Sarah Kim-Hellmuth (TU München), Oliver Kohlbacher (Universitätsklinikum Tübingen), Ingo Kurth (RWTH Aachen), Markus Landthaler (Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin Berlin/MDC), Kerstin Ludwig (Universitätsklinikum Bonn/UKB), Alice McHardy (Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung Braunschweig), Christian Mertes (TU München), Markus Nöthen (UKB), Peter Nürnberg (Universität zu Köln), Uwe Ohler (MDC), Klaus Pfeffer (Uniklinik Düsseldorf), Nikolaus Rajewsky (MDC), Markus Ralser (Charité), Olaf Rieß (UK Tübingen), Stephan Ripke (Charité), Philip Rosenstiel (Universität Kiel), Joachim L. Schultze (Universität Bonn/DZNE), Oliver Stegle (Deutsches Krebsforschungszentrum), Fabian Theis (HMGU), Janne Vehreschild (Uni Köln), Max von Kleist (Robert Koch-Institut), Jörn Walter (Uni des Saarlandes) und Dagmar Wieczorek (Uniklinik Düsseldorf).

Kontakt:
Prof. Dr. Philip Rosenstiel
Institut für Klinische Molekularbiologie (IKMB)
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU), Universitätsklinikum Schleswig-Holstein (UKSH)
0431/500-15111
p.rosenstiel@mucosa.de