Biosicherheit : Wenn im Labor die Spritze verrutscht

Nr.  41 –

Dass Sars-CoV-2 in einer Forschungseinrichtung in Wuhan gezüchtet wurde, ist unwahrscheinlich. Bedenklich sind manche wissenschaftlichen Experimente mit Viren und Bakterien dennoch – und wie sicher diese wirklich sind, ist wenig transparent.

Freitagnachmittag vor drei Jahren in einem medizinischen Forschungslabor in einer deutschen Grossstadt: Die Mikrobiologin Sabine Pfeiffer zieht eine verflüssigte Zellkultur in ihre Spritze. Die Flüssigkeit enthält Tuberkulosebakterien, die gegen fast alle Antibiotika resistent sind. Deshalb sitzt die Laborangestellte an einer Sicherheitswerkbank mit einer Glasscheibe, die sie vor Spritzern schützt, die Luft im Innern des Kastens wird abgesaugt. Das Labor gehört zur zweithöchsten Sicherheitsstufe BSL-3. Tageslicht dringt hier nicht herein. Noch zwei Stunden bis Feierabend, Sabine Pfeiffer ist müde, mit den Gedanken anderswo. Da verrutscht ihr die Spritze, die Nadel durchdringt den Handschuh. So kommt es zu einer Infektion mit dem Bakterium. Sabine Pfeiffer (die eigentlich anders heisst, aber ihren Namen nicht veröffentlicht sehen will) muss deswegen jahrelang aufwendig gegen Tuberkulose behandelt werden.

Das Erforschen, die Vermehrung und die Lagerung von Krankheitserregern bringen Risiken mit sich. Nicht nur für Labormitarbeiter:innen, sondern auch für die Gesellschaft. Immer wieder nahmen Krankheitsausbrüche ihren Ausgang in wissenschaftlichen und medizinischen Labors: vom Marburg-Virus in der Bundesrepublik Deutschland im Jahr 1967 über Pocken in Nordengland im Jahr 1978 bis zu Sars-CoV-1 in den Jahren 2003 und 2004. Sars-CoV-1 entkam mindestens viermal. In einem dieser Fälle steckte ein infizierter Labormitarbeiter in einem Krankenhaus in Peking sieben weitere Menschen an.

Den Erreger gefährlicher machen

Wegen Covid-19 steht die Biosicherheit erneut im Zentrum einer weltweiten Debatte. Seit Beginn der Pandemie kursieren Spekulationen, die das Virus Sars-CoV-2 mit Labors in der Stadt Wuhan in Verbindung bringen. Viele dieser Theorien sind haltlos, die Verdächtigungen Teil des gegenwärtigen amerikanisch-chinesischen Propagandakriegs. Manche Blogger:innen in den USA behaupten, das Virus stamme aus einem chinesischen Biowaffenprogramm. Mittlerweile schlägt die chinesische Seite zurück und streut Gerüchte, dass das Virus eigentlich aus Fort Detrick in den USA komme, wo militärische und zivile Forschung mit hochgefährlichen Pathogenen betrieben wird. 25 Millionen Chines:innen unterstützten kürzlich eine Onlinepetition für eine unabhängige internationale Untersuchung dieser Einrichtung.

Wäre es möglich, ein Virus wie Sars-CoV-2 in einem Labor zu erzeugen? Die Spekulationen erhielten neue Nahrung, als bekannt wurde, dass in Wuhan in zwei Einrichtungen sogenannte Gain-of-Function-Experimente durchgeführt wurden. Gain of Function (GOF, Funktionsgewinn) bezieht sich auf bestimmte Eigenschaften der Krankheitserreger, etwa deren Übertragbarkeit oder Schädlichkeit für den Wirt. Mittels gentechnischer Methoden oder gezielter Züchtung werden Erreger so verändert, dass sie sich zum Beispiel schneller vermehren oder an menschliches Gewebe anpassen.

In der Biowaffenforschung spielt GOF naturgemäss eine wichtige Rolle, schliesslich wollen die Militärs möglichst tödliche Pathogene zur Verfügung haben (oder sich vor diesen schützen können). Aber es gibt auch zivile, medizinische Ansätze. Denn um herauszufinden, wie gefährlich ein Erreger aus dem Tierreich für Menschen wirklich ist, wird im Labor dessen Entwicklung sozusagen modellhaft nachgestellt. In Wuhan experimentierten Virolog:innen 2003 und 2004 beispielsweise mit Sars-CoV-1 und kreuzten es mit einem anderen Coronavirus, das in Fledermäusen zirkuliert. Auf diese Art wollten sie herausfinden, wie weit entfernt der Fledermauserreger vom Überspringen auf den Menschen ist.

Geht es darum, eine Pandemie abzuwehren oder zu kontrollieren, halten die meisten Virolog:innen solche Experimente für unverzichtbar. Die Gefahr, in der die Menschheit schwebe, sei enorm, argumentieren sie. Gegen neuartige Zoonosen, die aus dem Tierreich auf Menschen übergehen, gibt es keine oder eine nur geringe Immunität. Sogenannt potenziell pandemische Erreger können sich rasch und unkontrolliert ausbreiten. In manchen Schreckensszenarien töten sie über die Hälfte der Erkrankten. GOF soll dazu dienen, sehr gefährliche Erreger von den weniger gefährlichen zu unterscheiden. Dann könne ihre Entwicklung vor der Mensch-zu-Mensch-Übertragung anhand von genetischen Markern überwacht und Ausbrüche könnten mit strengen Quarantänemassnahmen erstickt werden, sagen die Befürworter:innen.

Die GOF-Gegner:innen halten das für illusorisch und die Gefahr einer unabsichtlichen Freisetzung für zu gross. Schliesslich entstehen bei diesen Experimenten potenziell pandemische Erreger, die es in der Natur noch gar nicht gibt.

Der Streit eskalierte vor zehn Jahren, als Forschungsteams in den Niederlanden und den Vereinigten Staaten das Influenza-A-Virus H5N1 so mutieren liessen, dass es über die Luft übertragbar wurde, und gleichzeitig im Tierversuch menschliche Atemwegszellen simulierten. So schufen sie potenziell eine neue, enorm gefährliche Krankheit. H5N1 springt sporadisch von Vögeln auf Menschen über, rund sechzig Prozent der Infektionen verlaufen tödlich.

Für Linda Brunotte überwiegt der Nutzen: Das Wissen über gefährliche Mutationen könne für Überwachungsprogramme bei Tieren genutzt werden, um Erreger im Blick zu behalten, bevor sie auf den Menschen übergingen, sagt die Forschungsgruppenleiterin am Institut für molekulare Virologie in Münster. Völlig anders sieht das der Virologe Simon Wain-Hobson, Professor am Pasteur-Institut in Paris. «Mit GOF-Forschung lässt sich nicht feststellen, welcher Stamm pandemisch werden wird», sagt er. «Es gibt viele verschiedene Wege, um ein erfolgreiches Virus zu sein.»

So umstritten wie der Nutzen ist das Risiko. Wain-Hobson findet die gezielte Steigerung von Virulenz und Übertragbarkeit extrem gefährlich. Die Kolleginnen und Kollegen hantierten «mit einer Bombe mit einer sehr kurzen Zündschnur». «Die GOF-Debatte hat bereits zu einem Umdenken und einer differenzierten Bewertung solcher Arbeiten geführt», betont dagegen Brunotte. Wo immer möglich, würden Wissenschaftler:innen auf GOF verzichten oder mit insgesamt abgeschwächten Erregern arbeiten.

Wie häufig sind Laborunfälle?

Im Fall von Covid-19 hat GOF wohl keine Rolle gespielt. Jedenfalls gibt es keine Hinweise darauf, dass Sars-CoV-2 im Labor erzeugt wurde – weder die Gensequenz noch die Eigenschaften des Virus deuten darauf hin. Allerdings bedeutet dies nicht notwendigerweise, dass die Virologie nicht zur Verbreitung beigetragen hat. «Dass sich ein Laborangestellter infiziert hat, vielleicht während er in einer Fledermaushöhle Proben einsammelte, das gehört zu den wahrscheinlichen Hypothesen», sagte Mitte August Peter Ben Embarek, ein dänischer Experte für Zoonosen und Leiter der jüngsten nach Wuhan entsandten WHO-Mission. Möglich sei auch eine Freisetzung aus einer Einrichtung der örtlichen Gesundheitsbehörde.

Das sind Spekulationen – aber keine abwegigen, wie die Geschichte der Laborunfälle zeigt. Zwischen 2015 und 2020 kam es an der Universität Chapel Hill im US-Bundesstaat North Carolina zu insgesamt 28 Störfällen in BSL-3-Labors, 6 davon mit (genetisch veränderten) Coronaviren. 3 betrafen Versuchsmäuse, 2 verschüttete Proben. Die alltäglichen Sicherheitsprobleme sind oft banal, aber hartnäckig: die versäumte Inaktivierung einer Probe, verwechselte Zellkulturen, der Biss einer Labormaus, gestresste und unkonzentrierte Beschäftigte.

So wie im eingangs erwähnten Fall der Biologin Susanne Pfeiffer. Was ihr geschehen ist, heisst im Fachjargon «Laborinfektion», auf Englisch «laboratory acquired infection» (LAI). Eine solche droht, weil die Forschenden mit scharfen Skalpellen und spitzen Nadeln hantieren und mit Erregern umgehen, die schon in kleinsten Mengen infektiös sind. Marc Lipsitch, ein Epidemiologe der Harvard-Universität, hat ausgerechnet, dass das Risiko mindestens 0,2 Prozent beträgt, wahrscheinlich aber bei rund einem Prozent liegt, dass sich ein:e Mitarbeiter:in eines BSL-3-Labors innerhalb eines Jahres unabsichtlich ansteckt. Das würde bedeuten, dass sich von 500 Vollzeitangestellten jedes Jahr zwischen einer und fünf Personen infizieren.

Diese Zahlen sind umstritten, viele Virolog:innen halten sie für übertrieben. Sie argumentieren ausserdem, dass kaum eine Infektion zu einer weiteren Übertragung führt. Allerdings sind die Schätzungen von Marc Lipsitch die einzigen, an denen sich die Öffentlichkeit orientieren kann. Vergleichbare Berechnungen sind für Deutschland oder die Schweiz überhaupt nicht möglich, denn es existiert keine vergleichbare behördliche Aufsicht.

In der Bundesrepublik besteht zwar eine Meldepflicht für Unfälle und Störfälle, aber dies nur bei der kommunalen Gewerbeaufsicht. Die Zahlen werden nicht bundesweit erfasst. Eine Anfrage bei insgesamt zehn Behörden in Regionen, wo sich Labors der Sicherheitsstufen 3 und 4 befinden, ergibt, dass seit 2006 nur sechs technische Störungen gemeldet wurden. Eine einzige Meldung aus dem Jahr 2009 betraf einen Arbeitsunfall, der eine Infektion auszulösen drohte – obwohl LAI nach Expert:innenmeinung deutlich häufiger vorkommen als technische Störungen. In der Schweiz mussten Firmen bis zum Jahr 2012 «im Labor erworbene Infektionen» melden. Weil die Labors dies nur selten taten, wurde die Vorschrift abgeschafft. Wie es um die Biosicherheit wirklich steht, erfährt die Öffentlichkeit nicht.