Tiefkühltechnik, ein Shaker für das Coronavirus

In jüngster Zeit hat sich die COVID-19-Epidemie in Peking, wo die Krankheit schon fast besiegt war, erneut verschärft. Die Nachricht, dass das Coronavirus auf einem Schneidebrett für importierten Lachs entdeckt wurde, hat den Lachs von einer köstlichen Delikatesse in eine mögliche Kontaminationsquelle verwandelt, der die Menschen aus Angst aus dem Weg gehen. Supermärkte und Restaurants in vielen Teilen des Landes nahmen über Nacht Lachs aus ihren Regalen, was bei vielen Verbrauchern ein Unbehagen auslöste. Wie wirken sich Temperatur und Luftfeuchtigkeit von gekühltem Lachs im heißen Sommer auf das Überleben und die Verbreitung des neuen Coronavirus außerhalb des Körpers aus?

Geschrieben von | Shi Jun

Am 17. März 2020 veröffentlichte das New England Journal of Medicine eine Korrespondenz amerikanischer Wissenschaftler, die die Überlebenszeit des neuen Coronavirus (SARS-CoV-2) in Aerosolen und auf verschiedenen Umweltoberflächen untersuchten und mit dem SARS-Coronavirus (SARS-CoV-1) verglichen [1]. Das Bayes'sche Regressionsmodell wurde auch verwendet, um die Abklingrate der Virusaktivität zu schätzen.

Die Daten in diesem Artikel umfassen die Überlebenszeit der beiden Viren in fünf Umgebungen mit Temperaturen zwischen 21 °C und 23 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 40 %. Die fünf Umgebungen sind: Aerosole mit einem Durchmesser von weniger als 5 Mikrometern, Kunststoffoberflächen, Edelstahloberflächen, Kupferoberflächen und Kartonoberflächen.

Der Virustiter bestimmt direkt die Infektionsfähigkeit des Virus und bestimmt auch, wie leicht das Virus seine Aktivität verliert. Je höher die Konzentration, desto leichter kann eine Infektion verursacht werden und desto schwieriger ist die Inaktivierung. Wird zur Quantifizierung ein Nukleinsäurenachweis verwendet, ist der Ausgangstiter des in diesem Artikel ausgewählten Virus ähnlich dem in den Atemwegen des Patienten beobachteten Titer.

Die Ergebnisse sind in einem Bild zusammengefasst:

Abbildung 1: Stabilität von SARS-CoV-1 (SARS-Coronavirus) und SARS-CoV-2 (neues Coronavirus) in Aerosolen und auf verschiedenen Oberflächen in der Umwelt (aus Referenz [1]). (Zum Vergrößern anklicken)

Um zusammenzufassen:

In Aerosolen waren die Beobachtungen für das neue Coronavirus ähnlich denen für das SARS-Virus: Während des gesamten Versuchsverlaufs (3 Stunden) wurden infektiöse Viren nachgewiesen, und der Infektionstiter war leicht reduziert (um etwa 1log10).

Die Stabilitätsbewertung des neuen Coronavirus auf verschiedenen Umgebungsoberflächen lautet: Kunststoff > Edelstahl > Karton > Kupferoberfläche.

Auf Kunststoffoberflächen können infektiöse Coronaviren 72 Stunden lang überleben. Auf Edelstahloberflächen kann es 48 Stunden halten. Der Titer des infektiösen Virus nahm jedoch deutlich ab.

Auf der Kupferoberfläche konnten nach 4 Stunden keine infektiösen Coronaviren mehr nachgewiesen werden. Auf Karton konnten nach 24 Stunden keine infektiösen Coronaviren mehr nachgewiesen werden.

Unten sehen Sie ein anschaulicheres Diagramm:

Abbildung 2: Überlebenszeit des neuen Coronavirus (SARS-CoV-2) auf Oberflächen in der Umwelt (modifiziertes Originalbild)
https://www.medscape.com/viewarticle/926929).

Eine weitere neue Studie, bei der ein höherer Ausgangstiter des Virus verwendet wurde, zeigte ähnliche Ergebnisse [2] bei Raumtemperatur (22°C) und einer relativen Luftfeuchtigkeit von etwa 65%:

Derzeit liegen keine direkten Daten zu den Auswirkungen von Temperatur und Luftfeuchtigkeit auf das Überleben des neuen Coronavirus in vitro vor, wir können jedoch etwas über die Situation anderer Coronaviren erfahren.

Eine Studie liefert eine sehr detaillierte Analyse [3].

Ursprünglich sollte in dieser Studie die Überlebensdauer des SARS-Coronavirus auf der Oberfläche von Objekten untersucht werden. Aufgrund der hohen Ansteckungsgefahr von SARS wurden jedoch stattdessen zwei tierische Coronaviren unterschiedlicher Kategorien verwendet. Im Experiment wurde die Überlebenszeit der beiden Viren auf einer harten, nicht porösen Edelstahloberfläche bei unterschiedlichen Temperatur- und Feuchtigkeitskombinationen gemessen.

Die Ausgangsvirusmenge für dieses Experiment beträgt 10^4-10^5 (MPN, wahrscheinlichste Zahl) infektiöse Viruspartikel. Im wirklichen Leben kann die Ausgangsmenge des Virus hoch oder niedrig sein. Je höher die Ausgangsmenge, desto schwieriger ist es, das Virus vollständig zu inaktivieren.

Bemerkung

Der Virustiter wird in der Literatur häufig angegeben. Der Virustiter bezeichnet die Virusmenge in einem bestimmten Volumen. Abhängig vom Erkennungstyp gibt es zwei mögliche Werte:

Einer davon ist die Gesamtzahl der Viruspartikel in einem bestimmten Volumen (einschließlich infektiöser und nicht infektiöser Viren). Beispielsweise dient die im neuen Coronavirus-Testkit verwendete RT-PCR-Technologie dazu, den Nukleinsäuregehalt des Virus zu erkennen. Nicht alle dieser Viruspartikel sind notwendigerweise infektiös. Einige sind möglicherweise bereits „tot“.

Ein weiterer Faktor ist die Anzahl infektiöser Viruspartikel in einem bestimmten Volumen. Um die Infektiosität eines Virus zu quantifizieren, werden Virus und Wirtszellen normalerweise zusammengebracht und dann die Anzahl der Zellen, die erkranken, beobachtet und berechnet.

Die zur Angabe des Virustiters verwendeten Einheiten variieren je nach der im Experiment verwendeten Nachweisart, beispielsweise PFU/ml, MPN/ml usw. Der besseren Verständlichkeit halber wird in diesem Artikel anstelle dieser Fachbegriffe direkt (die Anzahl der Viren) verwendet.

Das Forschungsergebnis lässt sich in einem Satz zusammenfassen: Die Überlebenszeit des Virus hängt von der Luftfeuchtigkeit und der Temperatur ab (siehe Abbildung 3 unten). Beachten Sie, dass die Innentemperatur im Allgemeinen 20 °C beträgt und die Luftfeuchtigkeit bei etwa 40–50 % liegt:

Bei 4 °C und 20 % relativer Luftfeuchtigkeit können beide Viren bis zu 28 Tage überleben. Je höher die relative Luftfeuchtigkeit, desto schneller wird das Virus inaktiviert.

Bei 20 °C wurde die Inaktivierung beider Viren beschleunigt. Die Deaktivierung erfolgte am schnellsten bei 50 % relativer Luftfeuchtigkeit, nicht bei 80 %. Infektiöse Viren können nach 3–28 Tagen nachgewiesen werden.

Bei 40 °C wurde das Virus schneller inaktiviert. Je höher die Luftfeuchtigkeit, desto schneller erfolgt die Deaktivierung.

Laut früheren Untersuchungen enthielten Nasen-Rachen-Aspirate von SARS-Patienten 10^5 - 10^8 Viren pro Milliliter (quantifiziert mit genomischen Templates, daher kann nicht garantiert werden, dass alle Viren infektiös sind) [4-6]. Unter der Annahme, dass die meisten Viruspartikel im Nasen-Rachen-Abstrich infektiös sind, wird anhand der Daten aus diesem Artikel geschätzt, dass nach fünf Tagen immer noch 1/1000 der ursprünglichen Menge an infektiösen Viruspartikeln vorhanden ist, wenn dieser Abstrich in einem klimatisierten Innenraum (ca. 20 °C, 50 % relative Luftfeuchtigkeit) auf eine Edelstahloberfläche fällt. Das heißt, unter diesen Bedingungen befinden sich in 1 ml Nasen-Rachen-Aspirat mindestens 100 bis 100.000 Viruspartikel, die immer noch infektiös sind.

Muss die Virenkonzentration einen bestimmten Wert erreichen, bevor sie miteinander „kooperieren“ und eine Infektion verursachen können? Kann ein einzelnes Viruspartikel eine Infektion oder Krankheit verursachen?

Eine Studie aus dem Jahr 2009 mit Insektenviren zeigte, dass ein einzelnes Viruspartikel eine Infektion verursachen kann[7]. Die niedrigste Dosis des neuen Coronavirus, mit der Menschen infiziert werden können, ist noch nicht bestätigt.

Abbildung 3: Überleben zweier tierischer Coronaviren auf Edelstahloberflächen bei unterschiedlicher relativer Luftfeuchtigkeit und Temperatur. Jede Kurve stellt ein Virus dar (modifiziert gegenüber der Originalabbildung in Referenz [3]). (Zum Vergrößern anklicken)

Ein anderer Artikel befasste sich direkt mit dem SARS-Coronavirus [8], und die Schlussfolgerung war der des vorherigen sehr ähnlich:

Die Forscher träufelten das SARS-Coronavirus (aktiver Virustiter von 10^7/ml, was dem Gesamtvirustiter in Nasen-Rachen-Abstrichen von SARS-infizierten Personen entspricht) auf Kunststoff (eine nicht poröse, harte Oberfläche). Bei einer Temperatur von 22–25 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 40–50 % hatte das auf dem Kunststoff getrocknete Virus nach 5 Tagen immer noch eine Infektiosität von 10^6/ml, also nur einen log10 weniger im Titer. Nach 2 Wochen sind noch viele infektiöse Viren vorhanden. Auch nach 4 Wochen sind noch infektiöse Viren nachweisbar.

Sie stellten außerdem fest, dass das Virus umso schneller inaktiviert wurde, je höher die Temperatur und Luftfeuchtigkeit waren.

Abbildung 4: Inaktivierungsrate des SARS-Coronavirus unter verschiedenen Umweltbedingungen in vitro (aus Referenz [3] Abbildung 1).

Die rote Kurve in der obigen Abbildung ist die Inaktivierungskurve des SARS-Coronavirus in Flüssigkeit. Es lässt sich feststellen, dass das SARS-Coronavirus in einer flüssigen Umgebung bei Raumtemperatur mindestens 3 Wochen überleben kann. Eine Erhitzung auf 56 °C für 15 Minuten kann sie jedoch leicht töten.[9] Für Coronaviren in Flüssigkeiten gilt: Je höher die Temperatur, desto schneller werden sie inaktiviert [10, 11].

Noch zwei Punkte zum Coronavirus:

Einfluss des pH-Werts auf Coronaviren: Die meisten Coronaviren sind unter schwach sauren Bedingungen (pH = 6~6,5) stabiler als unter alkalischen Bedingungen (pH = 8) [12-16].

Das neue Coronavirus ist im Stuhl nachweisbar. Untersuchungen zum SARS-Virus zufolge kann das SARS-Virus im normalen Stuhl von Erwachsenen nicht länger als 24 Stunden überleben, im Stuhl von Neugeborenen (saurer pH-Wert) beträgt die Überlebenszeit maximal 3 Stunden. Es kann jedoch für längere Zeit, bis zu 4 Tage, in Durchfallstühlen überleben, die einen pH-Wert von 9 aufweisen können.[17] Gleichzeitig ergab eine neue Studie, dass 48,5 % der COVID-19-Patienten Symptome des Verdauungssystems wie Durchfall, Erbrechen und Bauchschmerzen hatten[18]. Daher muss der Durchfall bei Patienten, die möglicherweise an COVID-19 erkrankt sind, umgehend und sorgfältig behandelt werden.

Obwohl es noch keine Schlussfolgerungen hinsichtlich der genauen Viruskonzentration gibt, die eine Infektion verursacht, deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass das neue Coronavirus wahrscheinlich durch Aerosole (ein Ereignis mit geringer Wahrscheinlichkeit unter Bedingungen hoher Viruskonzentration) und Kontakt übertragen wird.

Wie effizient wird das Coronavirus von kontaminierten Oberflächen in der Umgebung auf die Hände übertragen? Es wurden noch keine Daten gesehen. Studien zum Influenza-A-Virus haben jedoch gezeigt, dass 31,6 % der Viruslast bereits nach 5 Sekunden Kontakt mit einer kontaminierten Oberfläche in der Umgebung auf die Hände übertragen werden[19].

Erinnern Sie alle noch einmal daran: Handhygiene ist sehr wichtig!

Verweise

[1] N. van Dormalen et al., Aerosol- und Oberflächenstabilität von SARS-CoV-2 im Vergleich zu SARS-CoV-1. New England Journal of Medicine, (2020).

[2] AWH Chin et al., Stabilität von SARS-CoV-2 unter verschiedenen Umweltbedingungen. Die Lancet-Mikrobe.

[3] LM Casanova, S. Jeon, WA Rutala, DJ Weber, MD Sobsey, Auswirkungen der Lufttemperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit auf das Überleben des Coronavirus auf Oberflächen. Appl Environ Microbiol 76, 2712-2717 (2010).

[4] C.-M. Chu et al., Viruslastverteilung beim SARS-Ausbruch. Emerg Infect Dis 11, 1882-1886 (2005).

[5] IFN Hung et al., Viruslast in klinischen Proben und SARS-Manifestationen. Emerg Infect Dis 10, 1550-1557 (2004).

[6] SCC Wong, JKC Chan, KC Lee, ESF Lo, DNC Tsang, Entwicklung eines quantitativen Tests für das SARS-Coronavirus und Korrelation von GAPDH-mRNA mit dem SARS-Coronavirus in klinischen Proben. J Clin Pathol 58, 276-280 (2005).

[7] MP Zwart et al., Ein experimenteller Test der Hypothese der unabhängigen Wirkung in Virus-Insekten-Pathosystemen. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences 276, 2233-2242 (2009).

[8] KH Chan et al., Die Auswirkungen von Temperatur und relativer Luftfeuchtigkeit auf die Lebensfähigkeit des SARS-Coronavirus. Adv Virol 2011, 734690 (2011).

[9] L. Casanova, WA Rutala, DJ Weber, MD Sobsey, Überleben von Surrogat-Coronaviren im Wasser. Wasserforschung 43, 1893-1898 (2009).

[10] BJ Tennant, RM Gaskell, CJ Gaskell, Studien zum Überleben des Hunde-Coronavirus unter verschiedenen Umweltbedingungen. Veterinärmikrobiologie 42, 255-259 (1994).

[11] GJ Harper, Luftgetragene Mikroorganismen: Überlebenstests mit vier Viren. J Hyg (Lond) 59, 479-486 (1961).

[12] A. Lamarre, PJ Talbot, Einfluss von pH-Wert und Temperatur auf die Infektiosität des menschlichen Coronavirus 229E. Canadian Journal of Microbiology 35, 972-974 (1989).

[13] BD Zelus, JH Schickli, DM Blau, SR Weiss, KV Holmes, Konformationsänderungen im Spike-Glykoprotein des murinen Coronavirus werden bei 37°C entweder durch lösliche murine CEACAM1-Rezeptoren oder durch einen pH-Wert von 8 induziert. Journal of Virology 77, 830-840 (2003).

[14] C. Daniel, PJ Talbot, Physikalisch-chemische Eigenschaften des murinen Hepatitisvirus, Stamm A 59. Kurzbericht. Arch Virol 96, 241-248 (1987).

[15] DH Pocock, DJ Garwes, Der Einfluss des pH-Werts auf das Wachstum und die Stabilität des übertragbaren Gastroenteritisvirus in vitro. Arch Virol 49, 239-247 (1975).

[16] A. Pratelli, Inaktivierung des Caninen Coronavirus mit physikalischen und chemischen Wirkstoffen. The Veterinary Journal 177, 71-79 (2008).

[17] MYY Lai, PKC Cheng, WWL Lim, Überleben des schweren akuten respiratorischen Syndroms Coronavirus. Klinische Infektionskrankheiten 41, e67-e71 (2005).

[18] MM Lei Pan, Pengcheng Yang, Yu Sun, Runsheng Wang, Junhong Yan, Pibao Li, Baoguang Hu, Jing Wang, Chao Hu, Yuan Jin, Xun Niu, Rongyu Ping, Yingzhen Du, Tianzhi Li, Guogang Das American Journal of Gastroenterology, (2020).

[19] B. Bean et al., Überleben von Influenzaviren auf Oberflächen in der Umwelt. Das Journal of Infectious Diseases 146, 47-51 (1982).

Shi Jun, Pseudonym „The Free-spirited Cat“, lebt derzeit in Boston, USA. Er absolvierte die Fakultät für Biowissenschaften und Technologie der Tsinghua-Universität und begann nach seiner Promotion in den USA bei einem bekannten multinationalen Pharmaunternehmen in der Arzneimittelforschung und -entwicklung zu arbeiten. Seit mehr als zehn Jahren leitet er mit seinem Team den Kampf gegen Diabetes, Muskeldystrophie usw. und hat sich in den letzten Jahren auf die Forschung und Entwicklung von Anti-Aging-Medikamenten konzentriert. Auf meinem persönlichen öffentlichen WeChat-Konto „Yiran Suixin“ chatte ich mit Ihnen über das Gesundheitswesen.