Interne NIH-Dokumente zeigen, dass Wissenschaftler, unterstützt durch Zuschüsse der US-Regierung, vorgeschlagen haben, virale Spike-Proteine zu verändern, um zu testen, ob Fledermausviren stärker an menschliche Rezeptoren binden können. Sie untersuchten auch Veränderungen an den Spaltstellen der Viren – molekulare Schalter, die es ihnen ermöglichen, Zellen effizienter zu öffnen und einzudringen.

Von Lewis Kamb

Jahre bevor die ersten bekannten COVID-19-Fälle in Wuhan auftraten, führte ein loses Netzwerk von Wissenschaftlern – unterstützt durch Zuschüsse der US-Regierung und durch wiederkehrende Kooperationen miteinander verbunden – bereits Experimente durch, um eine scheinbar einfache Frage zu beantworten: Was wäre nötig, damit neu entdeckte Fledermaus-Coronaviren Menschen infizieren können?

Diese Frage tauchte wiederholt in Förderanträgen, E-Mails und internen Prüfungen der National Institutes of Health (NIH) auf.

Forscher schlugen vor, virale Spike-Proteine – den Teil, der sich an Wirtszellen anheftet – zu verändern, um zu testen, ob Fledermausviren stärker an menschliche Rezeptoren binden könnten. Sie untersuchten auch Veränderungen an den Spaltstellen der Viren, molekularen Schaltern, die es ihnen ermöglichen, Zellen effizienter zu öffnen und einzudringen.

Diese Arten von Virusmodifikationen würden bald in die umstrittenste Frage der Pandemie verwickelt werden: Entstand SARS-CoV-2 durch einen natürlichen Übersprung von Tieren auf Menschen oder durch einen Laborvorfall im Zusammenhang mit Forschung, die darauf abzielte, den nächsten Ausbruch vorherzusehen?

Ein Brennpunkt dieser Debatte war DEFUSE – ein Förderantrag aus dem Jahr 2018, der bei der Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) eingereicht wurde.

Angeführt von der US-Non-Profit-Organisation EcoHealth Alliance zusammen mit Partnern, darunter der Virologe Ralph Baric von der University of North Carolina, ein Pionier der Coronavirus-Reverse-Genetik, sowie Zhengli Shi vom Wuhan Institute of Virology, die Chinas größtes Probenprogramm für Fledermaus-Coronaviren leitete, skizzierte DEFUSE Pläne, Spike-Protein-Austausche und Spaltstellen-Einfügungen in Fledermaus-Coronaviren zu testen. Das Projekt wurde nie finanziert.

Nachdem Details des Vorschlags nach der Pandemie bekannt wurden, argumentieren einige Befürworter der Laborleck-Hypothese, DEFUSE lese sich wie eine Bauanleitung für SARS-CoV-2.

Sie verweisen auf die charakteristische Furin-Spaltstelle des Virus – ein Spike-Merkmal, das bei seinen engsten bekannten Verwandten fehlt und die Infektiosität und Übertragbarkeit beim Menschen erhöhen kann – sowie auf das Ziel von DEFUSE, ähnliche menschenspezifische Spaltstellen in Fledermaus-Coronavirus-Spikes einzufügen. Kritiker entgegnen, der Vorschlag sei irrelevant, weil DARPA ihn abgelehnt habe.

Eine grundlegendere Frage ist jedoch, ob DEFUSE eine isolierte Idee war oder Teil einer breiteren, bereits laufenden Forschungslinie.

Neu erhaltene NIH-Unterlagen legen nahe, dass die experimentellen Konzepte, die später in DEFUSE hervorgehoben wurden – das Anpassen der Infektiosität von Fledermaus-Coronaviren durch Spike-Austausch, Veränderungen der Rezeptorbindung und Einfügungen von Spaltstellen – bereits Jahre vor der Pandemie in mehreren von den USA finanzierten Coronavirus-Forschungsprojekten verankert waren.

Ende letzten Monats gingen Mitglieder der Scientific Advisory Group for the Origins of Novel Pathogens (SAGO) der Weltgesundheitsorganisation in einem Kommentar in Nature direkt auf DEFUSE ein.

„Selbst wenn der DEFUSE-Förderantrag genehmigt worden wäre“, schrieb SAGO, „ist es wissenschaftlich unplausibel, dass SARS-CoV-2 aus den Genomelementen des chimären Impfstoff-Backbones oder des vorgeschlagenen Spike-Proteins hervorgegangen ist.“

Die Gruppe betonte, dass die umfassendere Untersuchung der Ursprünge weiterhin offen sei und kritische Datenlücken bestehen.

Die Unterlagen, die kürzlich von U.S. Right To Know erhalten wurden, widersprechen nicht der engen Schlussfolgerung von SAGO darüber, ob SARS-CoV-2 direkt aus dem DEFUSE-Vorschlag hervorgegangen sein könnte. Sie zeigen jedoch, dass mehrere Forschungsanträge bereits ähnliche Ansätze untersuchten, um zu verändern, wie Fledermaus-Coronaviren in Zellen eindringen – Experimente, die testen sollten, ob genetische Veränderungen die Fähigkeit der Viren erweitern könnten, neue Wirte zu infizieren, einschließlich Menschen.

Interne NIH-Prüfungen zeigen außerdem, dass Wissenschaftler der Behörde die potenziellen Gefahren erkannten. Bereits 2016 warnten Gutachter, dass das Verändern von Spike-Bindung oder Spaltstellen in rekombinanten Coronaviren „neuartige und unerwartete“ Viruseigenschaften erzeugen könne, selbst während ähnliche Arbeiten unter anderen staatlich finanzierten Zuschüssen fortgesetzt wurden.

Die Dokumente zeigen, dass Projekte mit klaren konzeptionellen Überschneidungen in den Jahren vor 2019 vorgeschlagen, diskutiert, überarbeitet, abgelehnt und genehmigt wurden – wobei immer wieder dieselben Forscher beteiligt waren.

„Das stimmt absolut“, sagte Dr. Stanley Perlman, ein Coronavirus-Forscher der University of Iowa, als er gefragt wurde, ob das breitere wissenschaftliche Ökosystem darauf drängte zu untersuchen, wie Fledermaus-Coronaviren ansteckender werden könnten. „Daran besteht kein Zweifel.“

Die neu veröffentlichten Unterlagen enthalten interne NIH-Korrespondenz aus der Zeit der von der Obama-Regierung verhängten Pause für bestimmte Gain-of-Function-Experimente sowie zuvor geschwärzte E-Mails der University of Minnesota, die nach fünf Jahren nun freigegeben wurden. Zusammen rekonstruieren sie, wie US-chinesische Coronavirus-Kooperationen funktionierten und wie Bundesbeamte die Risiken bewerteten.

Im Zentrum vieler dieser Austauschprozesse steht Fang Li, ein Virologe der University of Minnesota, dessen Labor zu einem wichtigen strukturbio­logischen Knotenpunkt wurde, der mehrere Forschungsgruppen miteinander verband.

Lis Expertise bei der Kartierung, wie Spike-Proteine mit Rezeptoren und Antikörpern interagieren, positionierte sein Team so, dass es zentrale Virusmerkmale identifizieren konnte, während Kooperationspartner rekombinante Viren konstruierten, Spike-Proteine austauschten und Tierinfektionsstudien durchführten.

Eine Zusammenarbeit von Li mit Baric im Jahr 2016 erregte innerhalb des NIH Aufmerksamkeit. Unterlagen zeigen, dass Gutachter der Behörde zu dem Schluss kamen, ein vorgeschlagenes Experiment zur Veränderung der Rezeptorbindung in SARS-ähnlichen Fledermaus-Coronaviren könne ein Virus mit erhöhtem Risiko erzeugen – und die Arbeit schließlich unter der bundesweiten Gain-of-Function-Finanzierungspause blockierten.

„Neuartige und unerwartete“ Risiken

Im Frühjahr 2016 formte eine vom Weißen Haus angeordnete Pause bei der Finanzierung bestimmter Gain-of-Function-Forschung die Virologie neu, und NIH-Beamte drängten Antragsteller, zu klären, ob ihre Coronavirus-Experimente unter die Einschränkungen fallen könnten.

Das Moratorium galt für Influenza-, SARS- und MERS-Viren. Eng verwandte Fledermaus-Coronaviren fielen manchmal außerhalb der Pause, weil noch nicht gezeigt worden war, dass sie Menschen infizieren können.

Diese Unterscheidung wurde Anfang 2016 zentral, als das NIH einen Verlängerungsantrag von Li und Baric mit dem Titel „Rezeptorerkennung und Zelleintritt von Coronaviren“ prüfte.

Baric, ein Virologe der University of North Carolina, der weithin für seine Pionierarbeit bei Reverse-Genetik-Systemen für Coronaviren bekannt ist, hatte jahrelang mit Li und anderen internationalen Forschern zusammengearbeitet, die untersuchten, wie Coronaviren sich an neue Wirte anpassen.

Am 31. März 2016 teilte das NIH der University of Minnesota mit, dass der Li-Baric-Antrag Forschung enthalten könnte, die unter die Finanzierungspause fällt, und bat die Wissenschaftler zu klären, ob vorgeschlagene Arbeiten zu „erhöhter Pathogenität und/oder Übertragbarkeit bei Säugetieren über den Atemweg“ führen könnten.

Einige Tage später sandten Li und Baric ihre Antwort.

Der Großteil des Antrags, schrieben sie, betreffe strukturelle Biologie und Pseudovirus-Systeme. Eine Komponente – „Experiment 4“ – schlug jedoch vor, lebende rekombinante SARS-ähnliche Viren mit Mutationen zu erzeugen, um zu testen, wie effizient die Viren verschiedene Spezies infizieren könnten.

Insbesondere sollten die Experimente testen, wie effizient das konstruierte Virus ACE2-Rezeptoren nutzen könnte – Proteine auf der Oberfläche von Zellen, die einige Coronaviren als „Tür“ nutzen, um sie zu infizieren.

Die Wissenschaftler argumentierten, dass eine stärkere Rezeptorbindung – auf die ihr Experiment abzielte – nicht notwendigerweise eine erhöhte „Pathogenität“, also die Fähigkeit eines Virus, Krankheit zu verursachen, bedeute. Sie versprachen außerdem, die Arbeit zu stoppen, falls die konstruierten Viren deutliche Steigerungen der Replikation zeigten, also sich in infizierten Zellen schneller vermehrten.

Innerhalb des NIH sahen die Gutachter jedoch potenzielle Risiken.

In einem internen „Biohazard-Kommentar“ warnte ein Fördermanager, dass rekombinante Coronaviren, die konstruiert wurden, um die Spike-Spaltung zu verstärken oder die ACE2-Bindung zu stärken, „neuartige und unerwartete Virulenz-Phänotypen“ haben könnten – also neue und unvorhersehbare Eigenschaften, die das Virus gefährlicher machen könnten.

Der Kommentar empfahl, die Arbeit unter Biosicherheitsstufe-3-Vorkehrungen zuzulassen, bevor der Vorschlag an das interne Gain-of-Function-Aufsichtskomitee der Behörde ging.

Am 18. Mai 2016 trafen NIH-Beamte eine Entscheidung.

Während andere Teile des Antrags genehmigt wurden, blockierte die Behörde Experiment 4. Das Konstruieren von SARS-ähnlichen Viren mit erhöhter Rezeptorbindung falle unter die bundesweite Finanzierungspause für Gain-of-Function-Forschung und „darf unter diesem Zuschuss nicht durchgeführt werden“, heißt es in einem Brief des NIH-Programmbeauftragten Erik Stemmy, Ph.D., der Coronavirus-Zuschüsse der Behörde betreute.

Diese Entscheidung war ein frühes Beispiel dafür, dass das NIH formal zu dem Schluss kam, dass Veränderungen der Rezeptorbindung bei SARS-ähnlichen Fledermaus-Viren plausibel einen gefährlicheren Erreger erzeugen könnten.

Gleichzeitig zeigte sie Inkonsistenzen in der Anwendung der Pause. Während das NIH die vorgeschlagenen „erhöhten Affinitäts“-Experimente von Li und Baric stoppte, erlaubte die Behörde eng verwandte Arbeiten im Rahmen eines EcoHealth-Alliance-Zuschusses unter Beteiligung des Wuhan-Instituts.

In diesem Fall kamen Gutachter – darunter Stemmy – zu dem Schluss, dass die untersuchten Fledermaus-Coronaviren noch nicht nachweislich Menschen infizieren konnten und daher außerhalb des Geltungsbereichs der Pause lagen, trotz interner Fragen zu den Experimenten.

Die Entscheidung, das Experiment von Li und Baric zu blockieren, beendete die breitere wissenschaftliche Debatte nicht – und hielt die Wissenschaftler auch nicht davon ab, ähnliche Experimente vorzuschlagen.

Eine regulatorische Grauzone

Trotz der Ablehnung durch das NIH im Jahr 2016 untersuchten Li und Baric weiterhin verwandte Ideen, während sich die Bundespolitik weiterentwickelte.

Im März 2017 – zwei Monate nach Amtsantritt der ersten Trump-Regierung – kontaktierte Li Stemmy wegen eines neuen Vorschlags.

Baric, schrieb Li, erwäge „die Herstellung eines synthetischen Konstrukts eines chimären SARS-ähnlichen Fledermaus-Coronavirus“.

Li leitete ein Schreiben weiter, das von Baric unterzeichnet war und die Idee formal vorschlug: ein Hybridvirus zu schaffen, indem der Großteil eines Fledermaus-SARS-ähnlichen Coronavirus, SHC014, mit dem Spike-Protein eines anderen Fledermausvirus kombiniert wird, das kürzlich in Uganda entdeckt worden war.

E-Mails zeigen, dass Baric die vollständige Sequenz des Uganda-Virus einen Monat zuvor vom Columbia-University-Virologen Simon Anthony erhalten hatte, der damals mit der EcoHealth Alliance und anderen am PREDICT-Projekt arbeitete – einem zehnjährigen, von der US-Behörde USAID finanzierten Projekt unter Leitung von Forschern der University of California-Davis zur Katalogisierung neu auftretender Viren in Wildtieren.

Der neue Vorschlag von Baric und Li sah auch vor, die Spike-Region zu verändern, die an ACE2-Rezeptoren bindet – im Wesentlichen also anzupassen, wie fest der Uganda-Hybrid an Zellen verschiedener Arten binden kann.

Das Team plante zu testen, ob das konstruierte Virus Zellen infizieren könnte, die menschliche, Maus-, Fledermaus- oder Zibetkatzen-Rezeptoren tragen. Falls sich das modifizierte Virus effizient replizierte, schlugen die Forscher vor, vollständige Versionen des Uganda-Virus zu konstruieren, die diese rezeptorverstärkenden Mutationen enthalten.

In ihrem Schreiben argumentierten die Wissenschaftler, dass das Experiment nicht unter die bundesweite Definition eines potenziellen Pandemie-Erregers falle, da keines der ursprünglichen Fledermausviren nachweislich beim Menschen Krankheiten verursacht habe.

Sie versprachen außerdem, die Arbeit zu stoppen, falls ein konstruiertes Virus mehr als zehnmal besser replizieren sollte als das SARS-Virus, das als Vergleichsmaßstab diente.

Zwei Wochen später antwortete Stemmy, dass das interne Komitee des NIH noch keine Entscheidung getroffen habe.

Der Vorschlag, schrieb er, befinde sich in einem regulatorischen Übergang.

„Dazu gibt es noch nichts zu berichten“, schrieb Stemmy. „Unser internes Komitee hat sich noch nicht getroffen. Es ist im Moment ein bisschen eine Grauzone, da die Finanzierungspause für GoF-Forschung technisch noch gilt, während das Ministerium die P3CO-Richtlinie umsetzt, die sie ersetzen wird.“

Die verfügbaren Unterlagen zeigen nicht, welche Entscheidung das NIH letztlich über den Uganda-Chimärenvorschlag traf.

Weder Li noch Baric reagierten auf Anfragen nach Stellungnahmen. Auch das NIH und Stemmy beantworteten keine Fragen zu ihren Förderentscheidungen.

Der Austausch verdeutlicht, wie Forscher weiterhin neue Kombinationen von Fledermaus-Coronavirus-Genomen und Spike-Proteinen untersuchten, während Bundesbeamte darum rangen, zu definieren, wo die Grenze der Gain-of-Function-Forschung lag.

Wissenschaftler debattieren die Risiken

Stanley Perlman, der Coronavirus-Forscher der University of Iowa, der mit Li zusammenarbeitet, sagte, das in den Unterlagen beschriebene breitere Forschungsökosystem sei real gewesen, wenn auch lose organisiert.

Forscher hätten versucht herauszufinden, welche Fledermaus-Coronaviren „menschliche Zellen infizieren könnten“ und damit ein Pandemierisiko darstellen.

Gleichzeitig sagte Perlman, er glaube, dass einige der wissenschaftlichen Fragen hinter Chimärenexperimenten oft auch mit einfacheren Methoden beantwortet werden könnten.

„Es war nicht notwendig, chimäre Viren zu erzeugen, um einige Informationen zu bekommen“, sagte Perlman, der hinzufügte, dass er glaubt, SARS-CoV-2 sei natürlichen Ursprungs. „Chimäre Viren sind nicht meine bevorzugte Methode.“

Zwei andere Wissenschaftler, die die neu aufgetauchten NIH-Dateien separat überprüften, waren kritischer.

Simon Wain-Hobson, ein britisch-französischer Virologe, der sich seit langem gegen Gain-of-Function-Forschung ausspricht, nannte eines von Barics vorgeschlagenen rekombinanten Viruskonzepten „verrückt“.

„Nach der GoF-Grippevirus-Kontroverse“, sagte er mit Bezug auf eine jahrzehntelange Debatte darüber, ob Forscher absichtlich tödliche Viren ansteckender machen sollten, um sie zu untersuchen, „zeigt das, dass Baric nichts gelernt hat.“

Steve Massey, ein Bioinformatik-Professor, der die Unterlagen ebenfalls untersuchte, sagte, sie zeigten ein wiederkehrendes Muster: Forscher – insbesondere Baric – hätten experimentelle Grenzen verschoben, technische Sprache genutzt, um Gutachter zu „blenden“, und sie überzeugt, Studien zu genehmigen, die seiner Ansicht nach Gain-of-Function-Forschung darstellten.

Massey verwies auch auf einen roten Faden: Vorschläge zur Veränderung „menschlicher Protease-Spaltstellen“ bei MERS, die seiner Meinung nach den späteren Debatten über Spaltstellen-Engineering bei SARS-CoV-2 ähneln.

„Solche Experimente könnten leicht Pathogenität oder Übertragbarkeit erhöhen“, sagte Massey. „Das ist Spielen mit dem Feuer.“

Nach dem Ausbruch: Tests der Furin-Spaltstelle

Die Unterlagen enthalten auch einen Vorschlag, der früh in der Pandemie ausgearbeitet wurde und sich auf eines der meistdiskutierten Merkmale von SARS-CoV-2 konzentrierte: seine Furin-Spaltstelle.

Anfang 2020 schlugen Baric und Li Experimente vor, bei denen diese Spaltstelle in RaTG13 eingefügt werden sollte – das Fledermaus-Coronavirus, das SARS-CoV-2 am nächsten verwandt ist – zusammen mit zusätzlichen Mutationen, die die Spike-Bindung und den Viruseintritt beeinflussen.

Das Ziel war zu testen, ob diese Veränderungen dem Virus ermöglichen könnten, neue Arten zu infizieren oder Zellen leichter zu infizieren.

Die Forscher räumten ein, dass solche Arbeiten möglicherweise zusätzliche Prüfungen nach den Regeln zur Aufsicht über potenzielle Pandemie-Erreger (P3CO) erfordern könnten, dem bundesweiten Rahmen, der nach der Finanzierungspause für Gain-of-Function-Forschung eingeführt wurde.

Sie schlugen vor, die Experimente unter strengen Biosicherheitsbedingungen durchzuführen und gleichzeitig Loss-of-Function-Studien zu verfolgen, die darauf abzielen, das Virus zu schwächen.

Der Vorschlag machte jedoch auch klar, was die Wissenschaftler erwarteten, dass die Mutationen bewirken könnten.

„Wir erwarten“, schrieben die Forscher, dass das Einfügen der Furin-Spaltstelle in RaTG13 die Fähigkeit des Virus erhöhen könnte, lebende Organismen zu infizieren und Krankheiten zu verursachen.

Was die Unterlagen zeigen

Die neu aufgetauchten Dokumente beweisen nicht, dass SARS-CoV-2 konstruiert wurde oder aus einem Labor entkam.

Aber sie liefern zeitgenössische Belege dafür, wie Forscher und Bundesbeamte Jahre vor Beginn des Ausbruchs über Coronavirus-Engineering dachten.

NIH-Gutachter warnten, dass Veränderungen an Spike-Proteinen „neuartige und unerwartete“ Viruseigenschaften erzeugen könnten. Wissenschaftler diskutierten, wie weit solche Experimente gehen sollten. Und Vorschläge zur Veränderung von Rezeptorbindung oder Spaltstellen tauchten in mehreren Förderanträgen auf.

Als die Pandemie begann – und sogar bevor DEFUSE abgelehnt wurde – waren die Werkzeuge und wissenschaftlichen Konzepte zur Anpassung, wie Coronaviren in menschliche Zellen eindringen, nicht mehr spekulativ. Sie waren bereits vorgeschlagen, in behördlichen Aufsichtsschreiben diskutiert und in einem internationalen Netzwerk kooperierender Labore verfolgt worden.