Großangelegte Genomstudie zeigt Risikofaktoren für COVID-19

Internationales Forschungsteam hat genetische Marker aufgedeckt, die mit einer SARS-CoV-2-Infektion oder einem schweren COVID-19-Verlauf zusammenhängen

Im März 2020 schlossen sich weltweit Tausende von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern zusammen, um eine Antwort auf die Frage zu finden, warum einige COVID-19-Patientinnen und -Patienten eine schwere, lebensbedrohliche Erkrankung entwickeln, die einen Krankenhausaufenthalt erfordert, während andere leichte oder gar keine Symptome aufweisen und ob es genetische Risikofaktoren gibt, die im Allgemeinen die Anfälligkeit für eine SARS-CoV-2-Infektion erhöhen.

Eine umfassende Zusammenfassung der bisherigen Ergebnisse hat das Team nun in Nature veröffentlicht. Die Arbeit zeigt 13 Stellen im menschlichen Genom, sogenannte genetische Loci, auf, die mit einer Infektion oder einem schweren COVID-19-Verlauf assoziiert sind. Diese Ergebnisse stammen aus einer der größten jemals durchgeführten genomweiten Assoziationsstudien, die fast 50.000 COVID-19-Patientinnen und -Patienten und zwei Millionen Kontrollpersonen umfasst.

An der Arbeit waren auch Forschende des Exzellenzclusters „Precision Medicine in Chronic Inflammation“ (PMI) vom Institut für klinische Molekularbiologie (IKMB) der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) und des Universitätsklinikums Schleswig-Holstein (UKSH), Campus Kiel, beteiligt. Das Team um Professor Andre Franke, Direktor des IKMB und Vorstandsmitglied im Exzellenzcluster PMI, hatte bereits früh in der Pandemie, im Frühjahr 2020, erste genetische Risikofaktoren identifiziert und im renommierten New England Journal of Medicine(NEJM) veröffentlicht. Die statistischen Daten aus dieser Arbeit flossen in die neue weltweite Studie mit ein.

„Wir konnten aus unserer vorangegangenen Arbeit besonders viele Daten zu Patientinnen und Patienten einbringen, unsere Studie gehört zu denen mit den höchsten Fallzahlen. Wir freuen uns, dass wir damit einen Beitrag zu diesem großen Projekt leisten konnten“, erzählt Franke. „Gleichzeitig konnte die jetzt veröffentlichte Arbeit die von uns gefundenen Risikogene eindeutig bestätigen.“

Kooperation von enormem Ausmaß

Die Arbeit entstand unter dem Dach der COVID-19 Host Genomics Initiative. Diese hat sich zu einer der umfangreichsten Kooperationen in der Humangenetik entwickelt und umfasst derzeit mehr als 3.500 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler und 61 Studien aus 25 Ländern. Für seine Analyse hat das Konsortium die klinischen und genetischen Daten von fast 50.000 Personen, die positiv auf das Virus getestet wurden, sowie von zwei Millionen Kontrollpersonen aus zahlreichen Biobanken und klinischen Studien zusammengeführt. Aufgrund der großen Menge an Daten waren die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in der Lage, viel schneller und aus einer größeren Vielfalt von Populationen statistisch robuste Analysen zu erstellen, als es jede einzelne Gruppe für sich hätte tun können.

„Insgesamt sind hunderte von Studien weltweit in diese jetzt veröffentlichte Metastudie eingeflossen, daher ist die Aussagekraft dieser Arbeit besonders groß“, betont Franke. „Das war nur möglich, weil so viele Forschende so offen zusammengearbeitet und Daten transparent geteilt haben. Das gab es in diesem Ausmaß bisher noch nicht und ist ein hervorragendes Beispiel dafür, wie schnell und effizient Wissenschaft funktionieren kann,“ so Franke weiter.

Studie bestätigt Kieler Ergebnisse

Das Kieler Team hatte in Zusammenarbeit mit weiteren Forschungsgruppen im Frühjahr 2020 zwei konkrete Bereiche im Genom identifiziert, die das Risiko für eine Infektion mit SARS-CoV-2 und für einen schweren COVID-19-Verlauf erhöhen: Zum einen fanden sie eine Auffälligkeit im Gen für die Blutgruppeneigenschaft: Menschen mit der Blutgruppe A haben demnach ein höheres Risiko für eine Infektion als Menschen mit anderen Blutgruppen. Personen mit der Blutgruppe 0 hingegen sind besser vor einer COVID-19-Erkrankung geschützt. „Die nun vorliegende Arbeit hat mit einer noch viel größeren Menge an Daten eindeutig bestätigt, dass die genetische Variation im Blutgruppen-Gen das Risiko für eine Infektion beeinflusst“, fasst Professor David Ellinghaus, Wissenschaftler am IKMB und Mitglied des Exzellenzclusters PMI zusammen.

Darüber hinaus hatte das Team um Franke in der vorangegangenen Arbeit einen zweiten Bereich im Genom gefunden, der sowohl die generelle Anfälligkeit für eine Infektion als auch die Schwere einer COVID-19-Erkrankung beeinflusst – und zwar auf dem Chromosom 3. „Dieser Locus erwies sich in der nun vorliegenden Studie sogar als der statistisch signifikanteste von allen 13 Risikoloci der Studie und kommt in den eingeflossenen Studien konstant vor“, betont Dr. Frauke Degenhardt, Biostatistikerin am IKMB. „Die Veränderung in diesem Genbereich spielt also vermutlich eine besonders wichtige Rolle in Hinblick auf die Anfälligkeit für eine Infektion und auf die Schwere einer COVID-19-Erkrankung“, so Degenhardt weiter. 

Grundlage für Therapieansätze

„Aufbauend auf den beschriebenen Risikogenen kann nun genauer analysiert werden, welche Funktionen sich hinter diesen verbergen. Wozu führen die genetischen Veränderungen in diesen Bereichen, was bewirken sie im Körper? Mit einem genaueren Verständnis dieser Mechanismen lassen sich möglicherweise Angriffspunkte für eine Therapie gegen COVID-19 finden“, erklärt Franke.

Die Forschenden des Konsortiums werden zukünftig noch weitere Daten analysieren, die noch hinzukommen, und ihre Ergebnisse fortlaufend aktualisieren. Sie wollen untersuchen, was Patientinnen und Patienten mit Long- bzw. Post-COVID-Syndrom, deren COVID-19-Symptome monatelang anhalten, von anderen unterscheidet, und zusätzliche Loci identifizieren, die mit der Infektion und der schweren Erkrankung in Verbindung stehen.

Kleine Probenchips werden für die Analyse vorbereitet
© Oliver Franke, IKMB Uni Kiel

Probenvorbereitung für die genetische Analyse

Originalpublikation:

The COVID-19 Host Genetics Initiative. Mapping the human genetic architecture of COVID-19. Nature. Online 8. Juli 2021. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03767-x

Wissenschaftlicher Kontakt:

Dr. Frauke Degenhardt
Institut für Klinische Molekularbiologie, CAU und UKSH
0431-500 15 147
 f.degenhardt@ikmb.uni-kiel.de

Über den Exzellencluster PMI

Der Exzellenzcluster „Präzisionsmedizin für chronische Entzündungserkrankungen/Precision Medicine in Chronic Inflammation“ (PMI) wird von 2019 bis 2025 durch die Exzellenzstrategie des Bundes und der Länder gefördert (ExStra). Er folgt auf den Cluster Entzündungsforschung „Inflammation at Interfaces“, der bereits in zwei Förderperioden der Exzellenzinitiative (2007-2018) erfolgreich war. An dem neuen Verbund sind rund 300 Mitglieder in acht Trägereinrichtungen an vier Standorten beteiligt: Kiel (Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Muthesius Kunsthochschule, Institut für Weltwirtschaft und Leibniz-Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften und Mathematik), Lübeck (Universität zu Lübeck, Universitätsklinikum Schleswig-Holstein), Plön (Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie) und Borstel (Forschungszentrum Borstel - Leibniz Lungenzentrum).

Ziel ist es, die vielfältigen Forschungsansätze zu chronisch entzündlichen Erkrankungen von Barriereorganen in ihrer Interdisziplinarität verstärkt in die Krankenversorgung zu übertragen und die Erfüllung bisher unbefriedigter Bedürfnisse von Erkrankten voranzutreiben. Drei Punkte sind im Zusammenhang mit einer erfolgreichen Behandlung wichtig und stehen daher im Zentrum der Forschung von PMI: die Früherkennung von chronisch entzündlichen Krankheiten, die Vorhersage von Krankheitsverlauf und Komplikationen und die Vorhersage des individuellen Therapieansprechens.

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