Superspreading: Manche Coronainfizierte stecken eine große Zahl von Menschen an

Das Phänomen ist zentral dafür, die Pandemie zu verstehen und zu bekämpfen. Von Kai Kupferschmidt

Sascha Schuermann/AFP Das Bild zeigt den Firmensitz der Fleischfirma Tönnies im Landkreis Gütersloh, wo es zu einem Massenausbruch des Coronavirus gekommen ist. Auf dem Dach eines Fabrikgebäudes ist eine Leuchtschrift mit einer Kuh und einem Schwein installiert.

Der Vater der Braut kam vier Tage vor der Hochzeit aus Spanien in Jordanien an. Zwei Tage später bekam er Husten und Fieber, doch die Vermählung seiner Tochter wollte er sich nicht entgehen lassen. Erst nach der Hochzeit suchte der 58-Jährige schließlich eine Notaufnahme auf. Die Diagnose: Covid-19. In den folgenden Tagen erkrankten immer mehr Hochzeitsgäste. Eine Studie zeichnet die Folgen minutiös nach: Insgesamt 76 der rund 360 Gäste haben sich demnach mit dem Coronavirus infiziert, sie steckten zehn weitere Personen an, eine Frau starb.

Es ist nur eine tragische Episode in einer Pandemie, die sich aus zahllosen ähnlichen Vorfällen zusammensetzt. Während einer Chorprobe in den USA infiziert ein Teilnehmer 53 andere. Drei müssen ins Krankenhaus, zwei von ihnen sterben. In einem Gottesdienst in Arkansas stecken sich 35 von 92 Teilnehmerinnen und Teilnehmern an, drei von ihnen sterben. Eine Datenbank, die die Forscherin Gwenan Knight von der London School of Hygiene and Tropical Medicine mit Kollegen zusammengestellt hat, listet Hunderte weiterer solcher Superverbreitungsereignisse oder Superspreading Events auf. Die Konzentration von Fällen im Schlachtbetrieb der Firma Tönnies im Kreis Gütersloh – und der vermutete Zusammenhang mit einem Gottesdienst – ist ein aktuelles Beispiel für ein solches Ereignis.

Bei jeder ansteckenden Krankheit kann es zu solchen gehäuften Infektionen kommen, die man Cluster nennt. Doch es wird immer klarer, dass bei der Ausbreitung des neuen Coronavirus Ereignisse, bei denen einzelne Personen sehr viele Menschen infizieren, eine entscheidende Rolle spielen – und darum auch bei ihrer Bekämpfung.

Die Reproduktionszahl R ist inzwischen vielen Menschen ein Begriff. Für Sars-CoV-2 liegt sie bei ungefähr drei. Das bedeutet, dass ohne aktive Gegenmaßnahmen ein Infizierter im Schnitt drei andere Menschen infiziert. Aber das ist eben ein Durchschnitt. In Wirklichkeit infizieren manche Menschen viele weitere und viele Menschen infizieren kaum jemanden. Tatsächlich geben die meisten Infizierten das Coronavirus wohl gar nicht weiter. Das gelte für die meisten Infektionskrankheiten, sagt der Forscher Jamie Lloyd-Smith von der University of California in Los Angeles. "Das ist immer das gleiche Muster", sagt er. "Die häufigste Zahl ist null. Die meisten Menschen stecken niemand anderen an."

Coronainfektionen treten in Clustern auf

Eine Seuche ist eben kein Uhrwerk, das einem gleichmäßigen Takt gehorcht. Sie ähnelt eher einem Busfahrplan, der verspricht, dass alle zehn Minuten ein Bus kommt, und dann wartet man 30 Minuten und es kommen drei auf einmal. Wie stark diese Unregelmäßigkeit ist – Forscherinnen sprechen von Überdispersion – unterscheidet sich von Erreger zu Erreger. Wissenschaftler haben auch dafür einen Buchstaben: den Dispersionsfaktor k. Ist k sehr groß, gibt es kaum Streuung. Jede und jeder Infizierte steckt dann ähnlich viele Menschen an. Die Busse kommen also in unserem Beispiel regelmäßig. Je kleiner aber k wird, desto mehr Ansteckungen gehen auf einen kleinen Teil der Infizierten zurück: kleines k, große Cluster. Und Coronaviren wie Sars-CoV-2 haben einen besonders niedrigen k-Wert. Sie sind Cluster-Champions.

In einer wegweisenden Studie, die Lloyd-Smith 2005 im Fachblatt Nature veröffentlichte, verglich er diesen k-Wert für acht Krankheiten. Die Lungenpest etwa lag bei 1,37, die Pocken zwischen 0,32 und 0,72. Das 2003 entdeckte Sars-Virus hatte den geringsten Wert: 0,16. Das könnte erklären, warum viele Orte 2003 keine Epidemie erlebten, obwohl dort Menschen mit Sars-Infizierten in Kontakt kamen, während die Krankheit an anderen Orten regelrecht explodierte, schrieb Lloyd-Smith. In Singapur, schätzte er, hätten zwei Drittel der Menschen den Erreger nicht weitergegeben, selbst bevor Eindämmungsmaßnahmen ergriffen wurden.

Die Erfahrung wiederholte sich, nachdem in Saudi-Arabien ein verwandtes Virus entdeckt wurde: Das Mers-Virus wird von Kamelen übertragen und breitet sich eher schlecht von Mensch zu Mensch aus. Doch als das Virus im Frühjahr 2015 von einem Reisenden nach Korea getragen wurde, kam es zu einem großen Ausbruch. Der 68-jährige Koreaner wurde in mehreren Krankenhäusern behandelt und steckte dabei 29 weitere Menschen an. 27 von ihnen infizierten niemanden. Aber einer, Patient 16, infizierte gleich 23 Frauen und Männer. Ein anderer, Patient 14, ging in eine andere Klinik und steckte dort 82 Menschen an. Insgesamt infizierten sich bei dem Ausbruch 185 Personen, 38 von ihnen starben. Der Ausbruch war in Wirklichkeit eine Kette mehrerer Superspreading Events. Der k-Wert von Mers liegt bei etwa 0,25.

Die meisten Funken sind einfach verglommen

Das neue Coronavirus scheint sich ähnlich wie Sars und Mers zu verhalten. Der britische Epidemiologe Adam Kucharski von der London School of Hygiene and Tropical Medicine hat für das neue Virus einen k-Wert von ungefähr 0,1 errechnet. "Vermutlich führen zehn Prozent der Fälle zu 80 Prozent der Ausbreitung", sagt er. Eine Studie aus Israel, die jüngst als Vorveröffentlichung erschienen ist, kommt zu einem ähnlichen Urteil.

In dem Land hätten vermutlich zwischen ein und neun Prozent der Fälle 80 Prozent der Übertragungen verursacht, schreiben die Autorinnen und Autoren. Andere Studien kommen zu einem etwas höheren Wert für k. Die Berner Forscher Julien Riou und Christian Althaus schätzten den k-Wert zu Beginn des Ausbruchs auf etwa 0,58, also höher als für Sars und Mers. Aber auch Althaus ist überzeugt, dass Superspreading bei der Ausbreitung von Sars-CoV-2 eine wichtige Rolle spielt.

Tatsächlich hilft ein niedriger k-Wert, einige Ungereimtheiten dieser Pandemie besser zu verstehen. Zum Beispiel, warum sich das Virus nach dem Ausbruch in China nicht schneller überall verbreitete. Eine Konsequenz eines niedrigen k-Werts ist nämlich, dass ein infizierter Reisender in einem neuen Land mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht zu einem Ausbruch führt. Bei einem k-Wert von 0,1 seien mindestens vier unabhängige Einschleppungen des Virus nötig, damit es mit 50-prozentiger Wahrscheinlichkeit zu einem Ausbruch kommt, rechnet Kucharski vor.

Das könnte vereinzelte Funde früher Sars-CoV-2 Fälle etwa in Frankreich und den USA erklären. Gut möglich, dass es auch in Deutschland neben den Fällen bei einem Autozulieferer in Süddeutschland weitere Covid-19-Fälle gab, die unentdeckt blieben und dennoch zu keinem Ausbruch geführt haben. Wenn der Ausbruch in China ein Feuer war, das Funken in die ganze Welt aussendete, dann sind die meisten dieser Funken einfach verglommen.

Woher der Hang zum Superspreading kommt, ist offen

In gewisser Weise ist die Rolle von Superspreading Events eine gute Nachricht, sagt Jamie Lloyd-Smith. "Wenn man vorhersagen kann, unter welchen Umständen es zu solchen Ereignissen kommt, dann lässt sich mathematisch zeigen, dass man die Ausbreitung der Krankheit wirklich sehr schnell aufhalten kann", sagt er. Das ist allerdings leichter gesagt als getan, denn die Wissenschaft versteht Superspreading Events bislang kaum. Das liegt auch daran, dass dabei mindestens drei verschiedene Ebenen zusammenspielen: das Virus, der Infizierte und sein Umfeld.

Der Beitrag des Virus selbst ist am wenigsten verstanden. Warum zeigen Sars-ähnliche Coronaviren so einen Hang zum Clustern, warum also sind ausgerechnet die Ansteckungen mit diesen Viren so ungleichmäßig verteilt? "Das ist eine wirklich interessante, offene Forschungsfrage", sagt der britische Epidemiologe Christophe Fraser von der Oxford University. Und warum geben manche Menschen ein Virus eher weiter als andere? Zu dieser Frage gibt es zahlreiche Hypothesen. Bei Sars und Mers habe es Patienten gegeben, die besonders viel Virus ausscheiden, sagt Maria Van Kerkhove von der Weltgesundheitsorganisation WHO. Das sei bei Sars-CoV-2 vermutlich auch so. "Das kann zum Beispiel an einem schwachen Immunsystem oder einer anderen Vorerkrankung liegen." Und eine Studie, die vergangenes Jahr in Scientific Reports erschienen ist, hat gezeigt, dass manche Menschen, wenn sie sprechen, deutlich mehr kleinste Tröpfchen ausatmen als andere. Wie laut die Personen sprachen, erklärte nur einen Teil der Unterschiede.

Auch das Verhalten spielt eine Rolle: Wie viele Freunde trifft jemand in seiner Freizeit? Wie häufig besucht die Person Konzerte oder andere Großveranstaltungen? Hinzu kommt das Timing: Es werde immer klarer, dass Menschen mit Covid-19 für einen kurzen Zeitraum besonders infektiös seien, sagt Kucharski. Gehen sie während dieser Zeit zu einer Großveranstaltung, können sie leicht zum Superspreader werden: falsche Zeit, falscher Ort. "Zwei Tage später könnte derselbe Mensch sich genauso verhalten und man würde nicht das gleiche Resultat sehen", sagt Kucharski.

Schweres, tiefes und schnelles Atmen als Problem

Auch wenn sich bislang kaum vorhersagen lässt, wer wann zu einer explosiven Verbreitung von Sars-CoV-2 beitragen könnte: Beim "Wo" machen Forscherinnen und Forscher Fortschritte. "Das Risiko, sich anzustecken, ist in geschlossenen Räumen offensichtlich viel höher als draußen", sagt Christian Althaus. Chinesische Wissenschaftler konnten in Wuhan zwischen dem 4. Januar und dem 11. Februar 318 Cluster mit drei oder mehr Fällen ausmachen. Nur in einem Fall fand die Ansteckung an der frischen Luft statt, schreiben sie in einem Preprint. Und eine japanische Studie kommt zu dem Schluss, dass das Infektionsrisiko in Innenräumen 19-mal höher ist als draußen.

Das Bild zeigt zwei Coronaviren in einer extremen Vergrößerung. Sie sind rundlich und haben dornenartige Fortsätze, die ihnen beim Eindringen in menschliche Zellen helfen.
Das Coronavirus im Elektronenmikroskop: Wissenschaftler versuchen zu verstehen, wie sich der Erreger ausbreitet.
© NIAID / CC BY 2.0

Ein Muster, das sich langsam herausbilde, sei die Häufung von Infektionen an Orten mit vielen Menschen, an denen laut gesungen oder gesprochen wird, sagt die Wissenschaftlerin Gwenan Knight aus London: Chorproben, Gottesdienste, Bars, Hochzeiten. "Es ist auffällig, dass es mehrere Cluster in Zumba-Kursen gab, aber zum Beispiel keine in einem Pilates-Kurs", sagt Knight. "Möglicherweise ist langsames, sanftes Atmen kein Risikofaktor, aber schweres, tiefes oder schnelles Atmen und Rufen schon." Das könnte auch die Häufung von Infektionen in Fleischbetrieben erklären: Dort arbeiten häufig viele Menschen eng gedrängt und müssen wegen des Lärms der Maschinen laut sprechen. Die Kälte könnte das Überleben des Virus dort zusätzlich begünstigen. 

Bislang sind all das nur Hypothesen. Um diese Fragen besser zu beantworten, brauche es mehr detaillierte Untersuchungen von Superspreading Events wie etwa der Hochzeit in Jordanien, sagt Knight. Einige allgemeine Schlussfolgerungen lassen sich aus der Überdispersion von Sars-CoV-2 trotzdem ziehen. So scheint es wichtiger denn je, auf Großveranstaltungen in geschlossenen Räumen möglichst zu verzichten. Wo sich der enge Kontakt vieler Menschen nicht verhindern lässt, etwa in Gefängnissen, Krankenhäusern oder Altenheimen, müssen besondere Vorkehrungen getroffen werden. "Man muss immer davon ausgehen, dass es in einem Krankenhaus oder einem Altenheim zu einem Superspreading Event kommen kann und darum größtmögliche Vorsicht walten lassen", sagt Van Kerkhove. 

Japan hat früh auf Superspreader fokussiert – mit Erfolg

Die ungleiche Verteilung der Übertragungen führt dazu, dass es auch bei einer niedrigen Reproduktionszahl R zu explosionsartigen Ausbrüchen kommen kann. Länder, die die Verbreitung des Virus weitgehend im Griff haben, müssen deshalb besonders auf solche Cluster achten. Das zeigt etwa das Beispiel Südkorea: Nach Wochen mit wenigen Fällen waren dort Bars und Discos wieder geöffnet worden. Doch Anfang Mai feierte ein junger Mann an einem Wochenende in mehreren Clubs in Seoul. Als er wenig später positiv auf Sars-CoV-2 getestet wurde, begann eine riesige Aktion, um alle Kontaktpersonen zu finden. Tausende Menschen wurden auf das Virus getestet, mehr als 200 Infektionen sind bereits bestätigt. 

Auch in Deutschland kommt es trotz niedriger Reproduktionszahl weiter zu Ausbrüchen, etwa bei Gottesdienstenin Logistikzentren oder in Schlachthöfen. Weil Covid-19-Fälle örtlich gehäuft auftreten, sei es wichtig, dass Teams, die Kontakte suchen, mobil sind und an den Orten, wo sie gebraucht werden, zusammengezogen werden können, sagt der Oxford-Forscher Fraser. Und Kucharski weist darauf hin, dass die Schließung solcher Veranstaltungsorte nicht nur eine explosive Ausbreitung des Virus verhindern könne, sondern auch genau solche Situationen, in denen die Gesundheitsbehörden bei der Suche nach Kontakten an ihre Grenzen stoßen.

Ein Land hat frühzeitig erkannt, wie wichtig Cluster bei der Ausbreitung des Virus sind und seine Antwort darauf ausgerichtet: Japan. Das liegt auch an Menschen wie dem Virologen Hitoshi Oshitani von der Universität Tōhoku in Sendai. Oshitani unterstützt die Arbeit der Regierung in Tokio im Kampf gegen Covid-19. Aufgrund seiner Erfahrungen mit dem Ausbruch des Sars-Virus vor 17 Jahren, als er bei der WHO arbeitete, sei er frühzeitig davon ausgegangen, dass Cluster eine wichtige Rolle spielen, sagt Oshitani.

Eine wichtige Konsequenz sei, dass bei der Suche nach Kontaktpersonen die Vergangenheit wichtiger ist als die Zukunft. Wenn ein neuer Covid-19-Patient gefunden werde, sei die Wahrscheinlichkeit hoch, dass er selbst keinen weiteren Menschen anstecke. Verfolge man aber zurück, wo er sich infiziert habe, sei es wahrscheinlich, dass man auf ein Superspreading Event stoße, das zu weiteren Infizierten geführt habe. So können andere Menschen gefunden werden, die sich angesteckt haben.

Solch eine Strategie könnte – wenn sie gelingt – den Verlauf der Pandemie auch in Deutschland entscheidend beeinflussen. Der Virologe Christian Drosten hält es sogar für denkbar, dass sich eine zweite Infektionswelle vermeiden lassen könnte. War man anfangs noch davon ausgegangen, dass sich das neue Coronavirus gleichmäßig unter dem Radar verteilt, sei nun zunehmend klarer, dass sich der Erreger vor allem über wenige Superspreader verbreite. Um darauf zu reagieren, sei es nötig, die jetzigen Maßnahmen nachzujustieren, sagte Drosten im NDR-Podcast.

Dafür ist es wichtig, mehr darüber zu lernen, wo solche Superspreading-Ereignisse stattfinden, sagt Oshitani. Japan hat diese Strategie von Anfang an verfolgt und so Orte wie Kneipen, Karaokebars und Fitnessstudios als besonders wichtige Übertragungsorte identifiziert. Die Regierung warnte Bürger vor Menschenansammlungen, geschlossenen Räumen und engem Kontakt. Breit getestet hat das Land dagegen nicht. "Wir haben früh versucht, unsere Strategie auch anderen Ländern zu erklären", sagt Oshitani. "Aber viele glaubten, was Japan macht, ist verrückt." Ende Juni 2020 verzeichnete das Land knapp 18.000 Fälle und 955 Tote. An der Bevölkerungsgröße gemessen sind das deutlich niedrigere Zahlen als in den meisten anderen Industrienationen.

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