Supercomputer analysiert Covid-19 und entwickelt Empfehlungen für Therapie
Die von SARS-CoV-2 Virus ausgelöste Krankheit Covid-19 betrifft zwar nur einen kleinen Teil der Menschen, die mit dem Virus in Kontakt kommen. Ein geringer Prozentsatz vor allem von Menschen mit geschwächten Immunsystem entwickelt sehr schwere Krankheitssymptome, die bisher wenig verstanden wurden. Die neu entwickelte Hypothese zeigt Möglichkeiten der Behandlung auf und warum Vitamin D hilfreich ist.
Zum Anfang dieses Sommers machte sich der Summit Supercomputer im Oak Ridge National Lab in Tennessee daran, die Daten von mehr als 40.000 Genen aus 17.000 genetischen Proben zu verarbeiten, um Covid-19 besser zu verstehen. Der Summit ist der zweitschnellste Computer der Welt, aber der Prozess, bei dem 2,5 Milliarden Genkombinationen analysiert wurden, dauerte immer noch mehr als eine Woche.
Als Summit fertig war analysierten Forscher die Ergebnisse. Es war, mit den Worten von Dr. Daniel Jacobson, leitender Forscher und leitender Wissenschaftler für computergestützte Systembiologie in Oak Ridge, ein “Heureka-Moment”. Der Computer hatte eine neue Theorie darüber enthüllt, wie sich Covid-19 auf den Körper auswirkt: die Bradykinin-Hypothese.
Die Bradykinin Hypothese
Die Hypothese liefert ein Modell, das viele Aspekte von Covid-19 erklärt, einschließlich einiger seiner bizarrsten Symptome. Sie schlägt auch mehr als 10 mögliche Behandlungen vor, von denen viele bereits von den Gesundheitsbehörden zugelassen sind. Jacobsons Gruppe veröffentlichte ihre Ergebnisse Anfang Juli in einem Artikel in der Zeitschrift eLife.
Bradykinin gehört nicht unbedingt zu den bekanntesten Begriffen, daher eine kurze Beschreibung: Bradykinin ist ein vasoaktives Peptidhormon aus der Gruppe der Kinine. Es ist an der Steuerung von Entzündungsprozessen beteiligt und besitzt hier eine ähnliche Wirkung wie Histamin. Es bindet an Bradykininrezeptoren in den Blutgefäßen und verursacht eine erhöhte Durchlässigkeit sowie eine Tonusänderung der glatten Muskulatur in der Gefäßwand.
Die Entwicklung von Covid-19 im Körper
Nach den Erkenntnissen des Teams beginnt eine Covid-19-Infektion in der Regel, wenn das Virus über ACE2-Rezeptoren in der Nase in den Körper eindringt (die Rezeptoren, auf die das Virus bekanntlich abzielt, sind dort reichlich vorhanden.) Das Virus breitet sich dann durch den Körper aus und dringt in Zellen an anderen Stellen ein, wo ACE2 ebenfalls vorhanden ist: im Darm, in den Nieren und im Herz. Dies ist wahrscheinlich für zumindest einige der Herz- und Magen-Darmtrakt-Symptome der Krankheit verantwortlich.
Aber sobald sich Covid-19 im Körper etabliert hat, wird es erst richtig interessant. Nach Ansicht von Jacobsons Gruppe zeigt der analysierte Datensatz, dass Covid-19 sich nicht damit begnügt, einfach Zellen zu infizieren, die bereits viele ACE2-Rezeptoren haben. Stattdessen kapert es aktiv die körpereigenen Systeme, indem es sie dazu bringt, ACE2-Rezeptoren dort hochzuregulieren, wo sie normalerweise auf niedriger oder mittlerer Ebene vorhanden sind, einschließlich der Lunge.
Das Renin-Angiotensin-System (RAS) kontrolliert viele Aspekte des Kreislaufsystems, darunter auch den Gehalt von Bradykinin im Körper, das normalerweise zur Regulierung des Blutdrucks beiträgt. Der Analyse des Teams zufolge führt das Virus, die körpereigenen Mechanismen zur Regulierung des Bradykinins durcheinander bringt. Bradykinin-Rezeptoren werden stärker sensibilisiert, und der Körper hört auch auf Bradykinin effektiv abzubauen.
Der Bradykinin-Sturm
Das Endergebnis, sagen die Forscher, ist die Freisetzung eines Bradykinin-Sturms – einer massiven, unkontrollierbaren Ansammlung von Bradykinin im Körper. Nach der Bradykinin-Hypothese ist dieser Sturm letztlich für viele der tödlichen Auswirkungen von Covid-19 verantwortlich.
Jacobsons Team sagt in der Studie, dass “die Pathologie von Covid-19 wahrscheinlich eher das Ergebnis von Bradykinin-Stürmen als von Zytokinin-Stürmen ist”, die zuvor bei Covid-19-Patienten identifiziert worden waren, aber dass “die beiden möglicherweise eng miteinander verbunden sind”. Andere Arbeiten hatten zuvor schon Bradykinin-Stürme als eine mögliche Ursache für die Pathologien von Covid-19 identifiziert.
Das Problem von höheren Konzentrationen des Bradykinin ist, dass Gefäße durchlässig werden und auch die Blut-Hirn-Schranke. Damit können Toxine, die sonst ferngehalten werden, ins Gehirn kommen und verursachen dort Entzündungen und andere Störungen. Covid-19 könnte durchaus eine Gefäßerkrankung sein, was alle beobachteten Folgen erklärt.
Eine andere Folge scheint den Daten zufolge eine erhöhte Produktion von Hyaluronsäure zu sein, deren Eigenschaft die Bindung großer Mengen Wasser ist, wie das zum Beispiel im Auge nötig ist. Allerdings kann es damit die Lunge mit einem Wassergel ziemlich außer Funktion setzen. Das erklärt auch warum die mechanische Beatmung nur wenig gebracht hat und für Patienten extrem gefährlich wurde.
Möglichkeiten der Behandlungen
Die Hypothese des Bradykinin Sturms eröffnet auch einige Behandlungsmöglichkeiten. Es gibt einige zugelassene Medikamente, die helfen die Bradykinin Produktion zu regulieren. Diese könnten unmittelbar bei Covid-19 Patienten eingesetzt werden.
Interessanterweise schlägt Jacobsons Team auch Vitamin D als ein potenziell nützliches Covid-19-Medikament vor. Das Vitamin ist am RAS-System beteiligt und könnte sich als hilfreich erweisen, indem es die Werte einer anderen Verbindung, bekannt als REN, reduziert. Auch dies könnte die Bildung potenziell tödlicher Bradykinin-Stürme verhindern.
Die Forscher weisen darauf hin, dass Vitamin D bereits gezeigt hat, dass es bei Personen mit Covid-19 hilft. Das Vitamin ist zu geringen Kosten rezeptfrei erhältlich und etwa 20% der Bevölkerung leiden selbst im Sommer an einem Mangel. Im Winter ist der Anteil noch wesentlich höher, der größte Mangel fällt mit der Zeit zusammen, wenn die Atemwegserkrankungen ihren Höhepunkt im Jänner und Februar erreichen. Wenn sich das Vitamin tatsächlich als wirksam erweist, um den Schweregrad von Bradykinin-Stürmen zu verringern, könnte es eine einfache, relativ sichere Möglichkeit sein, den Schweregrad der Erkrankung zu reduzieren.
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