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.“