Es wird schon lange darüber spekuliert, warum Kinder deutlich seltener schwer an COVID-19 erkranken als Erwachsene, obwohl sie demselben Infektionsrisiko ausgesetzt sind.
TEXT Irina Lehmann, Berlin Institute of Health in der Charité
Offenbar können Kinder die Infektion besser kontrollieren, doch die genauen molekularen Mechanismen dafür waren bisher nicht bekannt. Wir, also die Wissenschaftler am Zentrum für Digitale Gesundheit am BIH, das von Roland Eils geleitet wird, wollten verstehen, warum die Virusabwehr bei Kindern offenbar so viel besser funktioniert als bei Erwachsenen.
Kinder im Zentrum des Interesses
Seit Beginn der Pandemie sind wir gemeinsam mit den Klinikern der Charité den COVID-19-Krankheitsmechanismen auf der Spur. Mithilfe von Einzelzellanalysen von Abstrichen aus dem Nasen-Rachen-Raum von Erwachsenen konnten wir diejenigen Zellen und Signalwege identifizieren, die vermutlich für schwere Erkrankungsverläufe verantwortlich sind. Darauf aufbauend bereiten wir gerade gemeinsam mit der Bayer AG eine klinische Studie vor, mit der wir eine neue Therapie für schwerkranke Patient:innen erproben werden. Aktuell rücken jedoch auch Kinder immer mehr in das Zentrum unseres Interesses, da diese noch nicht durch Impfungen geschützt sind. Kinder erkranken nur selten schwer nach einer SARS-CoV-2-Infektion. Wir vermuteten, dass das Immunsystem der Kinder eine Erklärung dafür liefern könnte, und haben deshalb vergleichende Einzelzellanalysen bei Kindern und Erwachsenen durchgeführt, um zu lernen, wie der Schutz gegen COVID-19 funktionieren kann.
Einzelzellanalysen in den Atemwegen
Geholfen hat uns dabei das Team um Professor Marcus Mall, dem Direktor der Klinik für Pädiatrie mit Schwerpunkt Pneumologie, Immunologie und Intensivmedizin an der Charité. Die Kinderärzte hatten 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“, erklärten uns die Kinderkliniker. Und sie wollten wissen, warum das so ist. In den von den Kinderärzten gewonnenen Proben haben wir anschließend sogenannte Einzelzell-Transkriptom-Analysen durchgeführt. Das bedeutet, dass wir untersucht haben, welche Gene in welchen Zellen wie häufig abgelesen wurden. Insgesamt haben wir für diese Studie 268.745 Zellen von 42 Kindern und 44 Erwachsenen analysiert.
Vorbereitet auf den Kampf gegen SARS-CoV-2
Vom Ergebnis waren wir überrascht: Die Immun- und Epithelzellen in 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, vor allem in den ersten Tagen nach Infektion, sodass das Virus, sobald es in der Zelle ankommt, schnell erkannt und bekämpft werden kann. Die von uns erzielten Ergebnisse passen sehr gut zu Daten, die bereits in früheren Studien veröffentlicht worden waren, die darauf hinweisen, dass Kinder eine geringere Viruslast haben und das Virus schneller eliminieren als Erwachsene.
Mustererkennung für die Virusabwehr
Um zu beweisen, dass es genau dieser Mechanismus ist, der zu einer schnellen Elimination von SARS-CoV-2 führt und die Kinder schützt, haben wir mit Dr. Marco Binder zusammengearbeitet. Das Heidelberger Team um den Virologen am Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) hat Lungenepithelzellen im Labor mit SARS-CoV-2 infiziert und konnte dabei 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. Diese Laborexperimente bestätigten also, dass die von uns beobachteten Unterschiede in der Virusabwehr zwischen Kindern und Erwachsenen entscheidend für den Verlauf der Infektion sind.
Den schützenden Faktoren auf der Spur
Was wir ebenfalls aus unseren Studien gelernt haben, ist, dass es nicht nur Risikofaktoren für einen schweren COVID-19-Krankheitsverlauf gibt, sondern offensichtlich auch schützende Faktoren und Mechanismen unserer Immunabwehr. Mit diesem Wissen kann man im nächsten Schritt auch über eine weitere Anwendung unserer Ergebnisse nachdenken. Noch ist es Zukunftsmusik, aber vorstellbar wäre es schon, dass man eine wie bei Kindern beobachtete schützende Antivirusantwort aktiv auch bei Erwachsenen induziert, um vor allem Risikopatienten vor einer schweren Erkrankung zu schützen.
Quellen
J. Loske et al. “Pre-activated antiviral innate immunity in the upper airways controls early SARS-CoV-2 infection in children”; Nature Biotechnology, 2021, DOI: https://doi.org/10.1038/ s41587-021-01037-9 Script (SCRIPTS)
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Professorin Irina Lehmann ist Umweltepidemiologin und beschäftigt sich mit der Rolle von Umwelt- und Lebensstilfaktoren bei der Prägung von Krankheitsrisiken in der frühen Kindheit. Sie wurde 2018 ans Berlin Institute of Health in der Charité berufen, zuvor war sie 18 Jahre am Leipziger Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung tätig.
