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20. März 2020

Mit Nextstrain dem Corona-Virus auf der Spur

Labore und Seminarräume sind leer, Vorlesungen finden online statt. Auch die Forschung am Biozentrum läuft nur noch auf Sparflamme. Für Prof. Richard Neher sind diese Zeiten jedoch alles andere als ruhig. Mit seiner Forschung zur weltweiten Ausbreitung des Corona-Virus steht er an vorderster Front und gleichzeitig versucht er, der Flut von Medienanfragen Herr zu werden.

Prof. Richard Neher and Emma Hodcroft analysieren Erbgut-Sequenzen, um die Ausbreitung des Corona-Virus zu verfolgen (Bild: SRF TV-Sendung «PULS»).

Richard Neher forscht seit 2017 am Biozentrum. Aber noch nie war seine Meinung so gefragt wie jetzt. Unter den Wissenschaftlern in der Schweiz ist er einer der führenden Experten für die derzeit herrschende Pandemie. Die tagtägliche Flut von Anfragen kann er kaum bewältigen. Der Biophysiker, der sich mit epidemiologischen Fragestellungen auseinandersetzt, ist ein gefragter Gast in Rundfunk und Fernsehen, viele Medien und auch die Behörden ziehen ihn in Zeiten von Corona als versierten Experten hinzu.

Auch Richard Nehers Kollegin Emma Hodcroft, die bei ihm als Postdoktorandin forscht, ist seit Ausbruch der Corona-Krise eine gefragte Ansprechpartnerin. Von Tag zu Tag folgen ihre immer mehr Menschen auf Twitter, die sich für ihre epidemiologischen Forschungen interessieren. «Vor dem Ausbruch des Corona-Virus hatte ich vielleicht einige hundert Follower», sagt Emma Hodcroft. «Es ist unglaublich, in den letzten Monaten ist die Zahl auf über zwölftausend angewachsen.» Als eine von wenigen Frauen ist sie in die Runde der Experten mit aufgenommen worden.

Open Science
Richard Neher ist ein Verfechter von Open Science und seine Arbeit zur Ausbreitung von Viren macht in diesen Tagen, in dem das Corona-Virus die Welt fest im Griff hat, deutlich, wie wichtig es ist, dass Forschungsergebnisse öffentlich zugänglich sind. Darauf sind er und sein Team angewiesen, denn nur so können sie die Ausbreitung des Virus verfolgen.

Dass Richard Neher heute so gefragt ist, liegt auch daran, dass er und seine Kollege Trevor Bedford vom Fred-Hutchinson-Krebsforschungszentrum in Seattle schon vor Jahren eine innovative Idee hatten. Sie wollten live mitverfolgen können, wie sich Krankheitserreger ausbreiten und haben eigens dafür die Webapplikation Nextstrain (nextstrain.org) entwickelt. Seit 2015 ist die Webseite online und kam bereits für verschiedenste epidemiologische Fragestellungen zum Einsatz. Zum Durchbruch kam es jedoch erst mit der Corona-Krise. In den letzten Wochen wurde die Plattform förmlich überrannt, über 400.000 Mal wurde die Seite aufgerufen.

Nextstrain: Auf den Spuren von Viren
Mit Nextstrain lässt sich in Echtzeit verfolgen, über welche Wege sich Viren ausbreiten. Die Software analysiert wie sich ein Virus verändert, das heisst, welche Mutationen es während der Ausbreitung ansammelt. «Die meisten dieser Mutationen sind bedeutungslos, haben also keinerlei Auswirkungen zum Beispiel auf die Ansteckungsfähigkeit des Virus», erklärt Emma Hodcroft. «Aber die Mutationen geben uns Hinweise darauf, auf welchen Wegen sich das Virus ausbreitet. So können wir uns an die Fersen des Virus heften.» Die kleinsten Veränderungen geben Auskunft darüber, wo das Virus jeweils seinen Ursprung hat und welchen Weg es nimmt. Da Viren aufgrund ihrer hohen Fehlerquote beim Vervielfältigen des genetischen Materials ständig mutieren, hinterlassen sie eine gut nachzuverfolgende Spur.

Anhand dieser Mutationen lassen sich dann Verbreitungswege nachzeichnen. «Dies konnten wir beispielsweise für Italien ganz klar zeigen», sagt Richard Neher. «So wurde in Italien das Corona-Virus auf zwei verschiedenen Wegen ins Land eingeschleppt.» Wenn man die Infektionswege kennt, lassen sich Epidemien besser kontrollieren und die Gesundheitsbehörden können rechtzeitig zu Massnahmen greifen, die eine Virusausbreitung eindämmen, so wie es derzeit mit der Ausrufung des Ausnahmezustands für die Corona-Pandemie der Fall ist.

«Die in der Schweiz getroffenen Massnahmen lassen sich auch auf die Nextstrain-Analysen zurückführen», sagt Richard Neher. «Wenn ich mir die Ausbreitung des Virus anschauen, sind diese Massnahmen zur Eindämmung der Pandemie völlig gerechtfertigt. Es ist jetzt der Zeitpunkt, an dem wir handeln müssen, um die Ausbreitung des Virus zu verlangsamen und unser Gesundheitssystem nicht zu überlasten. Dies würde sonst auf Kosten kranker und geschwächter Menschen gehen. Es ist ein Balanceakt zwischen gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Konsequenzen abzuwägen.»

Neues Tool: «COVID-19 Scenarios»
Derzeit arbeitet Richard Neher an einem neuen Tool, «COVID-19 Scenarios», mit dem sich verschiedene Szenarien für den Corona-Virus-Ausbruch analysieren lassen. Daten wie zum Beispiel die Zahl positiv getesteter Personen, die Anzahl an COVID-19-Erkrankungen, wie viele der Infizierten wieder genesen oder der Anteil an schweren oder tödlichen Verläufen fliessen in die Analysen ein und geben Hinweise darauf, ob die von den Behörden getroffenen Massnahmen wie Home-Office greifen und die Verbreitung des Virus bremsen, ob sie verschärft werden sollten oder wann sie wieder gelockert werden können. Zudem können sie mit dem Tool simulieren, wie sich der neue Corona-Ausbruch entwickelt falls die Übertragung des Coronavirus ähnlich der Grippe einer Saisonalität unterliegt. Mit «COVID-19 Scenarios» haben Neher und sein Team ein Planungsinstrument für weltweite COVID-19 Ausbrüche entwickelt.

Erforschung der Grippe mit Nextstrain
Auch wenn der Corona-Ausbruch für Nextstrain erst der richtige Durchbruch war, kam die Webapplikation schon viel früher zum Einsatz. Mit Nextstrain lassen sich verschiedenste Virusausbrüche analysieren, sei es Corona, Grippe, Dengue, Zika oder Ebola. Das Spektrum der Anwendungen ist unbeschränkt. Weltweit verwenden Epidemiologen, Virologen und Gesundheitsexperten dieses Tool, um live zu sehen, wie die Evolution von Krankheitserregern verläuft. Auch Gesundheitsbehörden greifen auf die Informationen dieser Plattform zurück.

Jedes Jahr verfolgen Richard Neher und sein Team die Grippewelle. Wenn die ersten Sequenzen des Genoms online veröffentlicht sind, pflegt er sie sofort in Nextstrain ein. Jede neue Sequenz und der Ort, an dem das Virus isoliert wurde, legt eine weitere Spur. Je umfangreicher die Daten sind, desto besser können Richard Neher und seine Kollegen die Ausbreitung des Virus analysieren und desto genauer lässt sich vorhersagen, welcher Grippestamm hier in Europa ankommen wird. Dies sind wichtige Informationen, denn jährliche muss der Grippe-Impfstoff an die aktuell kursierenden Virusstamm angepasst werden.


Links Software Tools:

Nextstrain
COVID-19 Scenarios 

 

Understanding Nextstrain by Fred Hutch


Richard Neher und Emma Hodcroft in den Medien:

SRF 10 vor 10, 2. Mai 2020

SRF News, 25. April 2020

Neue Zürcher Zeitung, 29. März 2020

Badische Zeitung, 24. März 2020

Watson, 18. März 2020

Vanity Fair, 11. März 2020

SRF Tagesschau, 16. März 2020

Basellandschaftliche Zeitung, 13. März 2020

20 Minuten, 6. März 2020

 

Kontakt: Kommunikation, Katrin Bühler