N501Y, Δ69-70 – Über Omikron

Diesen Beitrag habe ich zu lange aufgeschoben. Während der Quarantäne hätte ich Zeit gehabt. Jetzt wo ich wieder arbeite, fällt es mir schwer, mich lange genug dran zu setzen. Jedoch finde ich das Thema der Mutationen von SARS-CoV-2 und deren Auswirkungen auf die Virus-Wirt-Wechselwirkungen spannend. Im Rest vom Text verkürze ich das Wort „Omikron“ durch den griechischen Buchstabe ο.

Mutationsanalyse der Probe vom Ehemann.

Auslöser war das Ergebnis vom ersten PCR-Test vom Ehemann (Bild rechts). Seine Probe wurde für eine Sequenzierung ausgewählt: Die Proteinsequenz von seinen Viren wurde untersucht. Genauer gesagt wurde gezielt nach Mutationen gesucht, um die Variante vom Virus zu bestimmen. Mutationen sind wie ein Fingerabdruck der Varianten. Gefunden wurden die Mutation N501Y im RBM-Bereich (receptor binding motif) und die Deletion Δ69-70 im NTD-Bereich (N-terminal domain) des Stachelproteins. Weil andere Varianten vom Virus mit diesen beiden Mutationen derzeit nicht im Umlauf sind[1], reichen sie für eine eindeutige Identifizierung der ο-Variante. Dabei ist die Mutation N501Y schon in den α-, β- und γ-Varianten vorhanden, aber nicht in der δ-Variante.

Das untere Bild[2] zeigt alle Mutationen der ο-Variante, verglichen mit dem ursprünglichen Virus, mit dem die Pandemie begonnen hat. In diesem früheren Beitrag gibt es eine Erklärung dieser Darstellung.


Wo sich die zwei Mutationen, um die es heute geht, im Virus befinden, sieht man unten[3]. Das erste Bild links zeigt die Struktur vom Stachelprotein der ο-Variante im Bändermodell (PDB Modell 7T9K). Die zwei Mutationen habe ich als dicke Kugeln dargestellt, rot für N501Y und schwarz für Δ69-70.

Das SARS-CoV-2 Virus. Die roten Dreiecke sind die RBM- und NTD-Bereiche der Stachelprotein-Trimere.

Das zweite Bild zeigt die Mutationen im Trimer, weil sich die Stachelproteine gerne zu dritt auf der Oberfläche vom Virus gruppieren. Man sieht drei Proteine, also ist jede Mutation dreimal vorhanden, wobei die dritte Deletion Δ69-70 rechts unterhalb der ersten hinter den β-Faltblättern kaum zu sehen ist. Das dritte Bild zeigt ein einzelnes Stachelprotein, wie es mit dem schwarz dargestellten Rezeptor ACE2 gebunden ist, wenn das Virus den Wirt erfolgreich infiziert. Das letzte Bild zeigt das Stachelprotein, wie es von einem Antikörper[4] (ebenfalls schwarz dargestellt) gefangen wird.

Antikörper gegen das Virus, die man entweder durch eine Impfung oder eine Infektion entwickelt, erkennen das Teil vom Stachelprotein, das am Rezeptor bindet, und ihr Job ist es, es zu fangen, bevor es zum Rezeptor kommt. Es ist also nicht überraschend, dass der Antikörper das Stachelprotein da packt, wo es sonst am Rezeptor binden möchte. Wobei es auch Antikörper gibt, die andere Teile vom Stachelprotein packen, wie zum Beispiel im PDB Modell 7LQV, wo der NTD-Bereich angegriffen wird[5].

An den vier oberen Bildern sieht man, dass nur die Mutation N501Y einen Einfluss auf die Wechselwirkung zwischen Virus und Wirt haben kann. Die Deletion Δ69-70 liegt an einer Seitenschleife zwischen Virusoberfläche und RBD-Bereich und hat keinen Kontakt, weder mit dem Rezeptor noch mit dem Antikörper.

Was diese Deletion bewirkt ist nicht klar, da das Modell genau an der Stelle eine Lücke hat. Proteinmodelle weisen häufig Lücken auf. Meistens passiert es an Schleifen, die kaum Kontakte bilden und lose rum hängen. Solche Schleifen sind beweglicher als der Rest der Struktur. Sie mit herkömmlichen Methoden wie Röntgenbeugung oder Kryo-EM zu beschreiben ist sehr schwer, weil man einen gemittelten Zustand über ganz viele Proteine misst. Wenn eine Schleife flexibel ist, kann sie mehrere Konformationen annehmen und das Mittelbild davon ist zu diffus, um aussagekräftige Informationen zu bekommen.

Über die Auswirkungen von N501Y auf Wechselwirkungen mit dem Rezeptor ACE2 und Antikörpern werde ich in einem späteren Beitrag berichten. Sonst wird es hier viel zu lang.

[1] In der α-Variante sind auch beide Mutationen N501Y und Δ69-70 vorhanden. Die α-Variante ist aber von der δ-Variante letztes Jahr abgelöst worden.

[2] ο-Bild vom Stanford HIVDB Team, von PhiLiP zur Verfügung gestellt, unter der Lizenz Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International. Ich habe die Bereiche, die nicht zum Stachelprotein gehören, aus dem ursprünglichen Bild heraus geschnitten.

[3] Bilder mit PyMOL[6] gemacht.

[4] PDB Modell 7MJJ. Es handelt sich hier nicht um die ο-Variante, sondern um die ursprünglichen Variante, in der die Mutation N501Y eingefügt wurde. Die Forscher, die das Modell veröffentlicht haben, haben das Stachelprotein produziert, nachdem sie die Mutation gezielt eingeführt haben. Der Artikel dazu: Zhu, X. et al. (2021). „Cryo-electron microscopy structures of the N501Y SARS-CoV-2 spike protein in complex with ACE2 and 2 potent neutralizing antibodies“. PLoS Biol 19: e3001237-e3001237.

[5] Cerutti G. et al. (2021). „Potent SARS-CoV-2 neutralizing antibodies directed against spike N-terminal domain target a single supersite“. Cell Host & Microbe 29(5): 819-833.

[6] Unbezahlte Werbung, da Namensnennung und Verlinkung.

Dieser Beitrag ist ursprünglich auf Meckereien & Co. erschienen.

Der Husten lässt langsam nach

Es wurde Zeit. Ich huste immer noch, nur ein bisschen weniger.

Doch nicht gut[1].
Ich habe beschlossen, die Medikamente, die ich mir am Dienstag geholt hatte, nicht mehr zu benutzen.

Von den Kapseln gegen Reizhusten, die ich für die Nacht einnehmen sollte, kriege ich Kopfschmerze. Am Dienstagabend dachte ich, die Kopfschmerze kämen davon, dass ich zum ersten Mal seit langem unter vielen Menschen war. Mir schwirrte der Kopf. Ich war an dem Tag auch müde. Am Mittwoch hatte ich gut geschlafen, aber nach der Einnahme der Kapsel habe ich Kopfschmerze gekriegt. Und ich habe trotzdem nachtsüber Reizhustenattacken bekommen. Am Donnerstag habe ich keine Kapsel genommen,  am Freitagabend wieder. Als ich dann nachts heftig husten musste, habe ich plötzlich starke Kopfschmerze links gespürt, die bis zu meinem Nickerchen auf der Couch gestern Nachmittag geblieben sind. Bei jedem Hustenanfall hat meine Schläfe gepocht. Da die Kapseln scheinbar eh nichts bringen, lasse ich sie in der Schublade. In der Packungsbeilage steht nichts von Kopfschmerzen als mögliche Nebenwirkungen.

Die Tropfen zur Schleimlösung haben keine Nebenwirkung ausgelöst. Sie sind nur einfach nicht für meinen Husten geeignet. Der Schleim, den ich ab und zu beim Husten merke, kommt doch nicht aus den Bronchien. Es ist mir am Freitag bewusst geworden, als ich tagsüber gemerkt habe, wie mir extrem viel Schleim aus der hinteren Nasenhöhle ständig in den Rachen geflossen ist. Das ist es, was meine Reizhustenattacken verursacht. Ich brauche dagegen keine Tropfen für die Bronchien. Es wird seit gestern weniger Schleim. Dabei ist meine Nase die ganze Zeit trocken, sie läuft gar nicht.

Doof ist, dass ich einen längeren chirurgischen Eingriff im Kieferraum für morgen geplant hatte. Den musste ich verschieben. Nicht zu denken, war passieren würde, wenn ich einen Hustenanfall bekomme, während der Arzt am Werkeln ist.

[1] Unbezahlte Werbung.

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Verlängerte Quarantäne für den Ehemann – Über PCR-Tests

Der Ehemann dachte, es wäre besser, seinen PCR-Test gestern zu machen, anstatt heute, am letzten Tag der Quarantäne, damit er sein Ergebnis rechtzeitig bekommt und morgen zurück ins Büro kann. Vorausgesetzt, das Ergebnis ist negativ. Das ist nicht der Fall. Jetzt muss er bis Montag warten, weil er einen neuen Test-Termin erst am Sonntag bekommen konnte. So lange musste er vor zwei Wochen nicht warten. Der starke Anstieg der Fallzahlen lässt sich bemerken.

Mein erster positiver PCR-Test.

Verwundert war er darüber, dass sein CT-Wert sich erhöht hat. Ich hatte mich schon gefragt, was dieser Wert von 16.54 bei mir zu bedeuten hat. Ich hatte angenommen, es wäre eine Art Virenkonzentration, wobei die Einheit fehlen würde. Weit gefehlt. Der Ehemann hat beim Gesundheitsamt nachgefragt. Die Leute am Telefon waren so lieb, ausführlich auf seine Frage einzugehen. Ich habe danach ein bisschen recherchiert.

Der CT-Wert sagt, wie viele PCR-Zyklen man machen musste, um die Anwesenheit von Corona-Viren nachweisen zu können. Um das zu verstehen, muss man wissen, was genau ein PCR-Test macht. Das sollte der Ehemann eigentlich sehr gut wissen, schließlich hat er in einem seiner früheren Jobs mit PCR-Maschinen für Qualitätskontrolle in der Lebensmittelindustrie gearbeitet.

PCR steht für polymerase chain reaction, auf Deutsch: Polymerase-Kettenreaktion (also wäre die deutsche Abkürzung eigentlich PKR). Etymologisch erklärt sind Polymerasen Enzyme[1] (weil Endung mit „ase“), die „Polymere“ (lange Ketten aus kleinen Einheiten) machen. Und das machen sie in Kettenreaktionen, das heißt, dass es ein exponentielles Wachstum gibt. Kettenreaktion kennt man zum Beispiel aus der Kernspaltung in einem Reaktor. Oder aus der Vermehrung von Kaninchen. Bei PCR werden aus der entnommenen Probe DNS-Stücke exponentiell vermehrt. Das geschieht so, grob vereinfacht:

  • die DNS wird durch Temperaturerhöhung denaturiert, um beide Stränge der Doppelhelix auseinander zu trennen,
  • für jeden Strang wird aus Nukleotiden einen Komplementär-Strang durch DNS-Polymerasen[2] erzeugt, der am Strang haftet,
  • die Temperatur wird gesenkt,
  • man erhält am Ende von diesem „Zyklus“ aus einem DNS-Strang zwei identischen DNS-Stränge.

Nach einem zweiten Zyklus bekommt man viermal so viel DNS, nach dem Dritten achtmal, nach dem Vierten sechszehnmal… Beim nten Zyklus 2n-mal. Die DNS wird exponentiell vermehrt, wie man von einer Kettenreaktion erwartet. Na ja, nicht ganz, weil nach einer bestimmten Anzahl von Zyklen die Vermehrung von Kopierfehlern anfängt, das Ergebnis zu fälschen. Dieses Bild macht den Prozess verständlich:

PCR zur DNS-Vermehrung. Bild von Enzoklop, unter der Lizenz Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International.

Wann die Kettenreaktion aufhört, hängt davon ab, wie viele Zyklen man für das Experiment mit der Maschine programmiert hat. Da es sich um ein exponentielles Wachstum handelt, kann sie theoretisch auch aufhören, wenn kein Nukleotid mehr zur Verfügung steht. Das wäre aber ein grober experimenteller Fehler.

Hatte der Ehemann bei seinem letzten Test einen CT-Wert von 24, hat er heute 33, also ist seine Virenlast verglichen mit dem letzten Test 29=512 mal kleiner geworden. Bei 33 Zyklen ist man schon an der Grenze, ab der die Kopierfehler nicht mehr vernachlässigbar werden. Ich wette, hätte er seinen Test erst heute am letzten Tag der Quarantäne gemacht, wie eigentlich vom Gesundheitsamt empfohlen, wäre das Ergebnis negativ gewesen, und wir hätten am Wochenende etwas unternehmen können.

Was ich mich frage ist, warum werden CT-Werte nicht als ganze Zahlen angegeben?

[1] Die meisten Enzyme sind Proteine.

[2] Ich fürchte, langsam lässt sich meine Vergangenheit als eifrige Wikipedianerin nicht mehr vertuschen. Ich habe früher so gerne über wissenschaftliche Themen geschrieben, als ich noch Single war und Zeit hatte.

Dieser Beitrag ist ursprünglich auf Meckereien & Co. erschienen.

Reizhusten

Corona habe ich offiziell nicht mehr, das Virus ist durch PCR nicht mehr nachweisbar. Ich habe trotzdem immer noch einen fiesen, hartnäckigen Husten.

Das ist lästig. Bei Videokonferenzen mit den Kollegen kann ich nicht lange reden, ohne husten zu müssen. Ich wache nachtsüber gegen fünf Uhr morgens auf und kriege so einen heftigen Hustenanfall, dass ich erstmal aufstehen und ein Glas Wasser zur Beruhigung trinken muss. Danach klappt es mit dem Weiterschlafen nicht mehr. Wenn ich zurück im Bett bin, bin ich schon wach. Wie gestern. Deswegen bin ich müde. Und deswegen schlafe ich momentan immer noch getrennt vom Ehemann, obwohl er keine Symptome mehr hat. Er soll wenigstens seinen Schlaf kriegen. Morgen ist sein letzter Tag Quarantäne.

Gegen Husten gewappnet[1].
Heute Nacht habe ich ausnahmsweise keinen Husten bekommen. Ich bin kurz nach vier aufgewacht, draußen war es laut, und ich konnte wieder einschlafen. Ich war gestern Abend bei der Apotheke und habe mir etwas gegen Husten empfehlen lassen. Hauptsache keine Homöopathie, habe ich der Frau hinter der Theke gesagt. Die Frage, wie mein Husten ist, war schwierig zu beantworten. Meistens ist er trocken, manchmal kommt Schleim mit, aber dann tagsüber. Ich habe erwähnt, dass ich gerade eine Corona-Erkrankung hinter mir habe. Ich habe zwei Medikamente bekommen, ein für die Nacht, ein für tagsüber. 22 €. Ich probier’s zwei, drei Tage aus und werde dann sehen, wie es am Wochenende aussieht. Wenn der Husten zurück kommt gehe ich zur Arztpraxis.

Direkt danach bin ich zu einem lang ersehnten Arzttermin gegangen. Ich hatte ja im Herbst Augenmigräne. Die Häufigkeit ist danach so hoch gestiegen, dass ich im November, eine Woche nach dem grippalen Infekt, vier Anfälle in einer Woche hatte. Die Hausärztin meinte, Augenmigräne sind in sich nichts Schlimmes, aber es wäre jetzt auffällig häufig und ich sollte mich neurologisch untersuchen lassen. Ich habe den Termin selbst geplant, anstatt dass meine Ärztin für mich anruft. Sie ist seit dem Anfang der Impfkampagne im Dauerstress. Die Folge war, dass ich einen Termin erst ab gestern bekommen konnte. Wenn meine Ärztin persönlich anruft, erfolgen Termine viel schneller. Blöderweise haben die Augenmigräne-Anfälle nach dieser Woche im November aufgehört. Ich vermute, weil ich in dem Moment meine Tätigkeit auf Arbeit geändert habe, von intensiver Modellierung, die auf Dauer auf dem Laptop für die Augen recht anstrengend ist, zur reinen Programmierung. Das geht wieder, seitdem wir einen neuen Kollegen bekommen haben. Ob es Sinn macht, nach der langen Zeit ohne Symptome den Termin wahrzunehmen? Ja, meinte der Ehemann.

Gestern Abend war ich also bei der Neurologie-Praxis. Zum ersten Mal. Es war dunkel. Ich war dabei, mich umzuschauen, wo sich der Türöffner bei den Briefkästen befindet, wie auf dem Zettel an der Tür beschrieben, aber ich kam nicht dazu, weil eine Frau, klein, geschätzt um die sechzig, die sich hinter der Tür aufhielt, mich gesehen und die Tür geöffnet hat. Nett, dachte ich zuerst, aber die Frau wurde mir schnell lästig, wie sie anfing, mit mir reden zu wollen, nur um zu erklären, dass sie hier auf eine Freundin wartete. Ein ununterbrochener Redefluss. Ohne Maske, übrigens. Mich interessierte ihre Geschichte nicht und ich war damit beschäftigt, herauszufinden, wo ich hin musste. Es gab keine Beschilderung, im Aufzug auch nicht. Ob ich im richtigen Haus war? Ich musste zurück an die Frau vorbei und war nach der kurzen Begegnung schon genervt von ihr. Als ich zurück in ihre Richtung kam, sagte ich, ich wüsste nicht, wo ich hin musste, ich wollte draußen auf den Briefkästen nochmal schauen. Sie meinte, hilfreich sein zu müssen, aber selber hatte sie auch keinen Schimmer, obwohl sie so selbstsicher tat. Sie ging sofort Richtung Aufzug mir entgegen und da der Flur so eng war, musste ich mit, um den direkten Körperkontakt mit ihr zu vermeiden. Zurück in den Aufzug gedrängt, kam sie mir unheimlich nah, um mir zu zeigen, wo ich drücken müsste, um dann festzustellen, es gab keine Beschilderung und sie könnte auch nicht helfen. Sehe ich so blöd aus, dass Leute denken, ich wäre selber nicht in der Lage, eine Beschilderung in einem Aufzug zu lesen? Selbst vor der Pandemie wäre mir ihr Drängeln viel zu viel Nähe von einer fremden Person gewesen. Ich habe tatsächlich gedacht, schade, dass ich Corona nicht mehr habe, bei ihrem Verhalten hätte sie es verdient, angesteckt zu werden. Verdammt. Ich gehe seit zwei Jahren kaum aus dem Haus, wenn ich nicht einkaufen muss, mache lieber Aktivitäten im Freien, Urlaub in Zeiten niedriger Inzidenz, treffe mich privat nur mit geimpften Personen, wie die Familie für Weihnachten, wasche mir die Hände andauernd und gehe nicht ohne Maske raus, um dann nach Booster-Impfung in einer Taxifahrt Omikron zu kriegen, und die Frau kuschelt quasi mit jeder fremden Person rum, die an ihr zufällig vorbei läuft? Wo ist die Gerechtigkeit[2]?

Ich bin auf gut Glück zur ersten Etage geflüchtet. Das Licht war aus und der Schalter nicht leicht zu finden. Als ich ihn fand war ich erleichtert, eine Tür mit den Namen von den Ärzten zu finden. Drin war der Empfang überfüllt. Ich konnte nicht mal die Tür öffnen, direkt dahinter stand ein Mann. Ich habe nur seine gelbe Jacke zu Gesicht bekommen, und ich habe gleich gehört wie eine weibliche Stimme sagte, „so geht es nicht, sie müssen draußen warten“. Der Mann mit der gelben Jacke kam raus, ich stellte mich hinter ihm an. Kurz danach kam eine Frau und stellte sich hinter mir an, dann noch eine, die es sich nach keinen zwei Minuten anders überlegte und weg ging, dann kam ein Mann. Der Flur vor der Praxis war genau so eng wie unten am Hauseingang. Ich war froh, dass der Mann in gelber Jacke rein konnte, bevor ein weiterer Patient kam. Kurz danach war ich dran, es war schon nach meinem Termin, obwohl ich eine Viertelstunde im Voraus gekommen war, aber es war klar, dass die Ärzte Verspätung hatten.

Ich habe mich nach der Anmeldung im halb vollen Warteraum hingesessen. Ich hatte ein Buch zur Überbrückung der Wartezeit mitgebracht, aber zum Lesen bin ich nicht gekommen. Reizhustenattacke. In der Maske ein Genuß. Nicht. Ich habe ein Glas Wasser getrunken und eine der gerade erworbenen Kapseln gegen Reizhusten geschluckt, keine Hilfe. Ich bin schließlich aus der Praxis raus gegangen und habe an der Rezeption gesagt, ich warte vor der Tür. Meinen Namen habe ich nochmal wiederholt. Zum Glück war das Treppenhaus zu dem Zeitpunkt leer, und kurz nachdem sich mein Hals beruhigt hatte, hörte ich, wie mein Name gerufen wurde. Die Rezeptionistin hatte den Namen schon nicht mehr erkannt.

Nach dem Termin bin ich zurück nach Hause gegangen. Seit dem Hustenanfall im Wartezimmer habe ich jetzt einen stechenden Schmerz oberhalb vom rechten Busen, wenn ich mich nach vorne bücke. Ob ich mir beim Husten einen Nerv in der Wirbelsäule eingeklemmt habe? Das ist mir schon mal vor vielen vielen Jahren passiert, als ich Doktorandin war. Ich hatte nach einer Bronchitis immer stärker werdende Schmerze unterhalb vom linken Busen und dachte, es wäre Muskelkater vom vielen Husten. Zum Schluß konnte ich nicht mal gerade stehen. Der Arzt meinte, ein Nerv wäre eingeklemmt, ich hatte mir eine Wirbel raus gehustet. Er hatte sie mir zurecht gedrückt, Knack, danach ging’s mir spürbar besser, der Schmerz hatte aber einen Monaten lang gebraucht, um komplett zu verschwinden.

Wenigstens hat die Kapsel gegen Reizhusten scheinbar heute Nacht geholfen.

[1] Unbezahlte Werbung.

[2] Gerechtigkeit ist nur eine menschliche Erfindung. Der Natur ist es Schnuppe. Sonst wären die Trumps und Bolsonaros dieser Welt schon durch Corona ins Jenseits befördert worden.

Dieser Beitrag ist ursprünglich auf Meckereien & Co. erschienen.

Häusliche Quarantäne, Tag 11

Heute wäre theoretisch mein letzter Tag Quarantäne. Ich habe die Tage durchgezählt ab dem Moment, wo ich mich beim Gesundheitsamt gemeldet habe und die häusliche Quarantäne angeordnet bekommen habe. Es sind eigentlich vierzehn Tage ab dem Tag von den erstem Symptome, nachträglich gerechnet, weil am Tag meiner ersten Symptome der Schnelltest negativ war, heute ist also in Wirklichkeit der vierzehnte Tag.

Ich bin zu Fuß zum Testzentrum gegangen. Das erste Mal, dass ich das Haus verlasse, seitdem wir zurück gefahren sind. Ich bin mit der Maske gelaufen. Eine halbe Stunde hin, durch die Felder, zwanzig Minuten zurück auf direkterem Weg. Am Testzentrum zehn Minuten in der Kälte gestanden, es gab eine lange Schlange, trotz Terminvergabe. Eine Frau vor mir stand mit ihren zwei Kindern, weil sie vor der Schule getestet werden mussten, einen Termin hatte sie aber nicht. Sie ist weg geschickt worden. Mir ist eine Strichprobe aus dem Rachen für PCR genommen worden. Als ich zurück nach Hause gekommen bin, habe ich mir eine heiße Schokolade gemacht, und bin dann auf der Couch eingeschlafen.

Mit der erhöhten Anzahl an angefragten PCR-Tests ist es nicht sicher, dass ich das Ergebnis wirklich morgen bekomme. Ich werde also meinen ersten Arbeitstag des Jahres normal anfangen. Wenn ich aber immer noch positiv bin, muss ich krank geschrieben werden. Ich habe noch nicht Bescheid gesagt, dass ich seit dem 3. Januar krank geschrieben bin. Eigentlich war ich nicht mal krank geschrieben worden, als ich meine Praxis telefonisch informiert hatte. Das hat die Ärztin erst gemacht, nachdem der Ehemann ausdrücklich danach gefragt hat, als er sein positives Testergebnis bekommen hatte. Sie hat uns den Schein per Post geschickt und ich habe ihn erst vorgestern, am Freitagabend, bekommen. Ich habe offiziell noch Urlaub. Die erste Woche musste ich im Januar nehmen, weil ich letztes Jahr zu wenig Urlaub genommen hatte. Ich habe schon schlechtes Gewissen, wenn ich wegen der Krankschreibung den Urlaub nachholen muss. Das hatte ich schon mal. Vielleicht kann ich mir die übrig gebliebene Woche einfach auszahlen lassen. Ich weiß nicht, ob die Chefin einverstanden wäre.

Es ist gut wahrscheinlich, dass das Ergebnis positiv sein wird. Ich habe immer noch Symptome. Heute Nacht bin ich wieder wegen Hustenanfalls aufgewacht. Reden ist schwierig, ich komme schnell außer Atem und muss viel husten. Das ist mir heute Abend am Telefon mit meiner Mami wieder passiert. Gestern hatte ich sogar plötzlich leichtes Fieber, obwohl ich die ganze Quarantäne lang sonst fieberfrei war. Der Ehemann ist dagegen wieder symptomfrei, obwohl ich ihn scheinbar angesteckt hatte.

Dieser Beitrag ist ursprünglich auf Meckereien & Co. erschienen.

Häusliche Quarantäne, Tag 9

Heute war mein Gehirn gegen irgendwelche geistige Tätigkeit. Ich war müde. Meine Quarantäne soll am Sonntag enden, vorausgesetzt, ich bin zwei Tage davor symptomfrei. Es sieht nicht so aus. Ich huste und niese immer noch und spucke viel Schleim. Am Sonntag lasse ich mich nochmal testen. Mal schauen.

Inzwischen hat uns die Nachricht erreicht, dass Robert, der Ehemann der Cousine Kerstin, bei der wir über Weihnachten übernachtet haben, jetzt auch positiv getestet wurde. Von mir kann es nicht kommen. Es liegt zeitlich zu lange her, er war schon weg zu seiner Familie in Frankreich, bevor ich meine erste Symptome bekommen habe, und er war noch nicht zurück, als wir wegen meines positiven Tests vorzeitig weg gefahren sind. Das muss er sich beim Skiurlaub nach Sylvester geschnappt haben. Kerstin selbst ist bis jetzt negativ.

Anstatt die fachliche Literatur zu Omikron durchzulesen, habe ich mich heute handwerklich beschäftigt. Ich habe seit einiger Zeit Lust, mit dem Ehemann Go zu spielen. Ein Spiel haben wir nicht, und der Spielladenwaren bei uns ist seit Ende 2021 definitiv geschlossen. Außerdem darf ich noch nicht raus. Ich habe mir ein dünnes Stück Karton geholt, habe ein Quadrat von 42×42 cm2 daraus geschnitten, befestige es noch mit geklebtem Zeitungspapier und wenn es stabil genug wird, übermale ich es mit Acrylfarbe. Dann muss ich noch 192=361 Steine basteln, 180 weiß und 181 schwarz, und dann können wir spielen.

Dieser Beitrag ist ursprünglich auf Meckereien & Co. erschienen.

Häusliche Quarantäne, Tag 8 – Über Omikron – Exkurs in Proteinstruktur

Ich habe gestern über das Stachelprotein vom SARS-CoV-2 geschrieben. Über Mutationen, die sich in eine Änderung der Aminosäuren in einem Protein auswirken. Das vertreibt die Zeit während der Quarantäne.

Eigentlich betreffen Mutationen das Erbgut, die DNS (Neudeutsch: DNA), die die Kodierung für die Proteinproduktion in der Zelle enthält. Mutiert die DNS, ändern sich die produzierte Proteine. Aber nicht immer. Eine Aminosäure wird von drei Nukleinbasen, auch Tripplet genannt, kodiert. Es gibt zwanzig[1] Aminosäuren, die natürlich in Proteinen vorkommen. Und vier Nukleinbasen[2], also kann es 43 = 4×4×4 = 64 Triplette geben. Viel mehr, als es natürliche Aminosäuren gibt. Einige Triplette sind Synonym, das heißt, eine selbe Aminosäure kann von unterschiedlichen Tripletten kodiert werden. Wenn eine Mutation ein Triplett in ein Synonym ändert, ändert sich die Sequenz vom produzierten Protein doch nicht. Nur so am Rande, und ich mache hier Schluß mit der Einleitung. Sonst fange ich mit den Erklärungen beim Urknall an.

Die 20 Aminosäuren. Klicken, um das Bild zu vergrößern (öffnet ein neues Tab). Bild von Johannes Schneider, unter der Lizenz Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International.

Es wäre nicht schlecht gewesen, zuerst zu erklären, was genau Aminosäuren und Proteine sind. Das hole ich jetzt nach. Ein Protein ist eine Folge von Aminosäuren, die hintereinander angereiht sind. Ein bisschen wie ein Halsband, wo jede Perle eine Aminosäure ist. Ein Protein hat ein Anfang und ein Ende, die frei rum liegen. Sie nennen sich N-Terminus und C-Terminus. Das versteht man, wenn man sieht, wie Aminosäure atomisch aufgebaut sind (Bild rechts). Sie haben alle den selben Grundgerüst, am Anfang eine –NH2 Aminogruppe mit einem Stickstoff-Atom (Elementsymbol N, im Bild blau unten dargestellt), am Ende eine –COOH Carboxygruppe mit einem Kohlenstoff (Elementsymbol C). Was die Aminosäuren unter einander unterscheidet, sind die Seitenketten, die zwischen den beiden Gruppen hängen[3].

Eine Aminosäure hat also eine N-Seite und eine C-Seite. Kommt eine zweite Aminosäure dazu, um eine sogenannte Peptidbindung zu bilden, klebt die N-Seite von der zweiten Aminosäure zur C-Seite von der Ersten, wie unten am Beispiel von zwei Alanin-Molekülen gezeigt (wo die Seitenkette eine –CH3 Methylgruppe ist). Dabei wird ein Wassermolekül frei gesetzt.

Wie eine Peptidbindung entsteht. Bild von Renate90, unter der Lizenz Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

Reiht man jetzt ganz viele Aminosäuren hintereinander, bekommt man ein Protein mit einem N-Anfang und einem C-Ende, was man im Fachjargon als N-Terminus und C-Terminus bezeichnet.

Stachelprotein von SARS-CoV-2, Bild mit PyMOL[4] gemacht. Mann erkennt gut α-Helices und β-Faltblätter in der Sekundärstruktur.
Eine Proteinkette sieht nicht eindimensional, linear aus, wie man zuerst aus dem chemischen Aufbau auf dem Papier glauben könnte. Proteine falten sich. Die Kette kann sich verdrillen. Das hängt davon ab, wie die Seitenketten der Aminosäuren mit einander wechselwirken. Manchmal bilden sich sogar stabile Bindungen zwischen den Schwefelatomen in Seitenketten von Cysteinen, die in der Sequenz ganz weit auseinander liegen aber sich dank Proteinfaltung sehr nahe kommen. Die Vorhersage der dreidimensionalen Struktur eines Proteins aus seiner Sequenz ist Gegenstand von vielen Forschungsarbeiten, und wurde zuletzt dank des Programms AlphaFold recht erfolgreich.

Mutationen können die Faltung eines Proteins ändern. Dadurch kann das Protein nicht mehr funktionieren, wie es soll, und es kommt zu schweren Erkrankungen wie Krebs oder degenerative Krankheiten.

Im Fall der Omikron-Variante von SARS-CoV-2 ändern die Mutationen die gesamte Struktur des Stachelproteins nicht. Aber sie ändern, wie das Stachelprotein mit dem Rezeptor und Antikörpern wechselwirken kann. Unten rechts ist die Struktur vom RBD-Bereich des Stachelproteins der Omikron-Variante zu sehen, aus dem PDB Strukturmodell 7T9K. Das ist der rote und violette Bereich vom Stachelprotein unten links im oberen Bild. Die Kohlenstoffatome sind als violette Kügelchen dargestellt, die Sauerstoffatome rot und die Stickstoffatome blau. Die Linien dazwischen stellen die Bindungen zwischen den Atomen dar. Unten mittig ist das Stachelprotein der ursprünglichen Variante, aus dem PDB Strukturmodell 7BZ5, diesmal sind die Kohlenstoffatome gelb dargestellt. Und unten rechts sieht man die Überlagerung beider Strukturen, in violett für die Omikron-Variante und gelb für die ursprüngliche Variante, im Bändermodell dargestellt, wo nur das Rückgrat der Proteinkette zu sehen ist. Alle Bilder habe ich mit PyMOL[4] gemacht.

Wie man sieht, ändert sich das Gerüst vom Protein kaum mit den Mutationen. Der interessante Bereich ist unten, wo das Protein am ACE2-Rezeptor oder an Antikörpern bindet. Unterschiede im Verhalten beider Varianten müssen von den unterschiedlichen Seitenketten der mutierten Aminosäuren kommen, die im Bändermodell nicht angezeigt werden. Und dazu komme ich heute auch nicht mehr, sonst wird dieser Beitrag zu lang.

[1] Gut, zweiundzwanzig, aber Pyrrolysin und Selenocystein findet man nur sehr selten und in wenigen Organismen.

[2] Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin.

[3] Bei Glycin könnte der Eindruck entstehen, es gäbe keine Seitenkette. Sie besteht aus einem Wasserstoff-Atom, das in der Darstellung im Bild nicht angezeigt wird.

[4] Unbezahlte Werbung, da Namensnennung.

Dieser Beitrag ist ursprünglich auf Meckereien & Co. erschienen.

Häusliche Quarantäne, Tag 7 – Über Omikron – Proteinstruktur und Mutationen

Müde bin ich immer noch, und auf der Couch vor dem Fernseher abhängen hilft nicht. Im Gegenteil. Ich habe mich scheinbar ausgeschlafen, heute Nacht konnte ich bis halb vier kein Auge mehr zu machen. Eine gute Nachricht ist, der Onkel und die Tante sind laut neuestem PCR-Test von gestern immer noch negativ, das heißt, wir haben es dank der hastigen Abreise geschafft, sie nicht anzustecken.

Seitdem der Ehemann erfahren hat, dass wir uns die Omikron-Variante geholt haben, habe ich mich ein bisschen durchgelesen. Das hatte ich irgendwann im Laufe des Jahres eingestellt. Nach der Arbeit bin ich zu platt und habe keinen Nerv mehr für wissenschaftliche Lektüre. Aber jetzt, wo ich noch im Urlaub bin und das Haus nicht verlassen darf? Mein Gehirn langweilt sich, obwohl ich Netflix[1] noch nicht leer geguckt habe.

Dass die Wirksamkeit der aktuellen Impfstoffe bei der neuen Variante geringer geworden ist, hatte ich noch mitgekriegt, und auch dass es daran liegt, dass die neue Variante ganz viele Mutationen im Stachelprotein (Neudeutsch: Spike-Protein) besitzt. Nun, in dem Ausmaß hätte ich es nicht gedacht. Unten sieht man die Mutationen im Stachelprotein von SARS-CoV-2 für die α, β, γ, δ und ο Varianten[2]. Erklärungen folgen unter den Bildern.



In jedem Bild stellt der obere, grüne Balken die Länge des Stachelproteins dar. Die kleineren farbigen Balken zeigen die Bereiche vom Protein, die verschiedene Funktionen haben. Von besonderem Interesse ist der rote RBD-Bereich. RBD steht für receptor-binding domain. Drin steckt der violette RBM-Bereich, für receptor-binding motif. So ganz verstehe ich den Unterschied nicht, rein von der Nomenklatur her. Im RBM-Bereich sitzen jedenfalls alle Aminosäuren vom Virus, die bei einer Infektion zum Rezeptor im Wirt (der Mensch) andocken. Im Rest vom RBD-Bereich haben die Aminosäuren keine Wechselwirkung mit dem Rezeptor (und auch nicht mit Antikörpern). Der Rezeptor ist in unserem Fall das ACE2-Protein, das von den ersten SARS-Viren angegriffen und daher viel erforscht wurde[3]. Ein Glück, deswegen hatte man schon am Anfang der Pandemie vor zwei Jahren viel Wissen gesammelt, das man im Kampf gegen SARS-CoV-2 anwenden konnte.

Die Darstellung oben wirkt zu abstrakt? Finde ich auch. Ich habe andere Bilder gemacht. Unten links, das Stachelprotein mit der Farbe der verschiedenen Bereiche, im Bändermodell dargestellt. In SARS-CoV gruppieren sich gerne Stachelproteine zu dritt, wie unten mittig links dargestellt: Es sind drei Stachelproteine ineinander verkeilt, ich habe jetzt jedem einzelnen Molekül eine eigene Farbe gegeben. Diese Art Gruppierung nennt man ein Trimer. Unten mittig rechts, das Trimer von unten aus gesehen. Es sollte jetzt irgendwie bekannt vorkommen: Ein Trimer ist ein von diesen vielen dreieckigen Dingern, die überall auf der Oberfläche vom Virus zu finden sind, siehe unten rechts. Die drei Bilder links habe ich mit PyMOL[1] gemacht, aus dem PDB Strukturmodell 7T9K (wo ich den Rezeptor nicht zeige und, für die Nerdesten unter den Lesern, Kette C durch Überlagerung mit Kette A vervollständigt habe, damit es schön symmetrisch aussieht – ich nehme an, die Dichte aus den Kryo-EM Daten war nicht ausreichend).

Die Mutationen werden mit einem Code unter der Darstellung vom Protein markiert, unten nochmal für Omikron angezeigt. Sie beziehen sich alle zur ursprünglichen Variante. Zum Beispiel, die Mutation D614G, die man in jeder der vier Varianten oben sieht, bedeutet, dass die Aminosäure Nummer 614, die in der ursprünglichen Variante eine Asparaginsäure (D) ist, durch eine Glycin (G) ersetzt wurde. Manchmal verschwinden Aminosäuren und werden nicht ersetzt, das wird mit dem Symbol Δ dargestellt, gefolgt von der Nummer der betroffenen Aminosäuren. Diese Art Mutation nennt man Deletion. Und manchmal gibt es neue Aminosäuren die zwischen drin hinzugefügt werden, das wird mit „ins“ (für insertion), der Nummer der Aminosäure nach der die Neuen dazu kommen, und den Buchstaben der neuen Aminosäuren angegeben, wie bei ins214EPE: Nach Aminosäure Nummer 214 sind eine Glutaminsäure (E), ein Prolin (P) und eine Glutaminsäure (E) hinzugefügt worden.

Wie die Mutationen entstehen, ist Zufall: Kopierfehler bei der Virenreplikation. Wenn eine Mutation einen Überlebensvorteil bringt, wird sie den nächsten Generationen weiter gegeben. Je mehr Freilauf ein Virus bekommt (zum Beispiel, weil Leute sich nicht impfen lassen), desto höher die Wahrscheinlichkeit, dass er mutiert, und dadurch einen Weg am Immunsystem vorbei findet.

Ich habe mir im Strukturmodell der Omikron-Variante 7T9K alle diese Mutationen angeschaut und es sind wirklich nur die im RBM-Bereich, die für die Bindung am Rezeptor und/oder am Antikörper eine Rolle spielen. Und jetzt das Spannende: Was ist an dieser Variante so anders, dass die bisherigen Impfungen nicht mehr so gut schützen? Morgen. Die Zeit reicht heute Abend nicht mehr, um schöne Bilder zu machen.

[1] Unbezahlte Werbung, da Namensnennung und/oder Verlinkung.

[2] α-Bild, β-Bild, γ-Bild, δ-Bild und ο-Bild vom Stanford HIVDB Team, von PhiLiP zur Verfügung gestellt, unter der Lizenz Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International. Ich habe die Bereiche, die nicht zum Stachelprotein gehören, aus dem ursprünglichen Bild heraus geschnitten.

[3] Ein von vielen Artikeln zu ACE2, der den Vorteil hat, frei verfügbar zu sein: P. Towler et al., JBC 279, pp.17996-18007, „ACE2 X-Ray Structures Reveal a Large Hinge-bending Motion Important for Inhibitor Binding and Catalysis, 2004″.

Dieser Beitrag ist ursprünglich auf Meckereien & Co. erschienen.

Häusliche Quarantäne, Tag 6

Heute ist mir schwindelig.

Ich bin kurz vor acht aufgewacht. Langsam schlafe ich mich aus. Ich bin aufgestanden, weil ich nicht mehr liegen konnte. Ich habe heute Nacht kaum gehustet und gut geschlafen. Aber ich habe immer noch viel Schleim in der hinteren Nasenhöhle.

Zum ersten Mal seit längerer Zeit habe ich auf dem Heimtrainer gesessen und bin zwanzig Minuten geradelt. Vorsichtig, nicht zu schnell und mit geringem Widerstand. Zehn Kilometer geschafft. Geschwitzt, geduscht, Haare gewaschen. Als ich danach zum Balkon gegangen bin, nachdem ich die Fenster zum Lüften breit geöffnet hatte, ist mir der Geruch von der Haarpflege in die Nase gestiegen. War der Verlust vom Geruchssinn so kurzer Dauer? Das hoffe ich sehr. Ich habe später die Toilette gereinigt und das Putzmittel war nicht zu überriechen. Wenn man das so sagt. Die Autokorrektur von Firefox[1] mag das Wort nicht.

Ich habe mich nach einem kleinen Frühstück auf die Couch gesetzt und Arte[1] geschaut. Und bin wieder vor dem Fernseher eingeschlafen, bis der Ehemann um halb elf vom Gästezimmer runter gekommen ist. Bei ihm werden die Symptome gerade stärker. Ich muss ihn wohl infiziert haben.

Das Gesundheitsamt hat heute den Ehemann nochmal kontaktiert, um ihm mitzuteilen, dass seine Probe sequenziert wurde. Die Omikron-Variante wurde identifiziert. Dann ist es sicherlich auch die, die ich habe. Es ist also weniger verwunderlich, dass wir beide trotz dreifacher Impfung infiziert wurden und erkrankt sind, da diese Variante so viele Mutationen in dem Stachelprotein enthält, gegen das die Impfungen entwickelt wurden. Unsere dritte Impfung lag auch zum vermuteten Zeitpunkt der Infektion keine zwei Wochen her.

[1] Unbezahlte Werbung, da Namensnennung.

Dieser Beitrag ist ursprünglich auf Meckereien & Co. erschienen.