Ziele:

Das Arbeitspaket 1 adressierte den Verlauf des Infektionsgeschehens und die Immunität in der Bevölkerung und beinhaltete die folgenden Aspekte:

Eine longitudinale Analyse des COVID-19 Infektionsgeschehens und der Immunantwort sollte anhand einer repräsentativen Kohorte in Gangelt und Rheinbach Aufschluss über die Dauer und Schutzwirkung der humoralen (Antikörper-basierten) und zellulären Immunantwort geben. Da die Kohorte bereits gut etabliert war, erlaubt die Untersuchung dieser Kohorte über einen längeren Zeitraum zudem die detaillierte Charakterisierung von Impfdurchbrüchen und auch die Beobachtung von gegebenenfalls neu auftretenden Varianten.

Darüber hinaus sollte eine Erhebung der Prävalenz von SARS-CoV-2-spezifischer Immunität in den zentralen Notaufnahmen der Universitätsmedizin in NRW erfolgen. Auf Grund erschöpfter Testkapazitäten ist davon auszugehen, dass ein substantieller Anteil von Corona-Infektionen in der Vergangenheit nicht erfasst worden war, weshalb der genaue Anteil der grundimmunisierten Personen in der Bevölkerung unklar war. Ziel war es daher in den Zentralen Notaufnahmen die Zahl der grundimmunisierten Personen nach Impfung bzw. Infektion genauer zu erfassen und so eine Bewertung der pandemischen Gefahrenlage in NRW im Winter 2022 abzuleiten.

Ein weiterer Aspekt dieses Arbeitspaketes untersuchte die Immunität nach SARS-CoV-2 Infektion bei unterschiedlicher Erkrankungsschwere. Hierbei sollte unter anderem adressiert werden, ob und wie die Erkrankungsschwere mit der Dauer und Ausprägung der Immunität nach Infektion zusammenhängt oder welche Bedeutung die Booster-Impfungen nach Infektion hatte.

Ergebnisse:

Zur Abschätzung der Immunitätslage gegen SARS-CoV-2 in der Bevölkerung wurde im August/ September 2022 eine Erhebung in den universitätsmedizinischen Notaufnahmen in NRW durchgeführt. Insgesamt wurden 1.411 Patient*innen untersucht. Dabei konnten in einem hohen Anteil (>95%) der Studienteilnehmenden Antikörper gegen das virale Spike-Protein nachgewiesen werden. In diesem Kollektiv waren 94,4% mindesten einmal geimpft, 54,3% waren dreimal geimpft. 45,7% berichteten eine abgelaufene SARS-CoV-2 Infektion. Wenn diese Infektionen mitberücksichtigt wurden, hatten zu diesem Zeitpunkt allerdings nur 67,7% der Studienteilnehmer*innen den durch die STIKO empfohlenen Impfstatus. Die Daten aus dieser Erhebung decken sich mit den Beobachtungen aus den longitudinalen Untersuchungen, die in Heinsberg und Rheinbach fortgesetzt wurden. Auch hier haben mittlerweile >95% der Bevölkerung eine Grundimmunität erworben, wobei insbesondere mit der Verbreitung der Omikron-Variante zahlreiche Infektionen zu verzeichnen waren, die zu der hohen Grundimmunisierung beigetragen haben. In diesem Kollektiv wurden auch Analysen der T-Zellimmunität durchgeführt, die ebenfalls das Bild einer hohen Grundimmunisierung in der Bevölkerung unterstützen. Ein hoher Grad der Grundimmunisierung durch Impfung und Infektionen konnte auch bei Kindern im Raum Bochum bestätigt werden.
Eine exakte Unterscheidung zwischen einer Impfimmunität und Infektionsimmunität ist nur eingeschränkt möglich. Da im Impfstoff nur das Spike-Protein enthalten ist, ist der Nachweis von Antikörpern gegen das Kapsid-Protein des Virus (N-Antikörper) ein Hinweis auf eine abgelaufene Infektion. In den verschiedenen Untersuchungen waren allerdings nur bei etwa 40–50% der Patient*innen nach Infektion Antikörper gegen das Kapsid-Protein nachweisbar. Dabei fiel auf, dass die Konzentration dieser Antikörper nach Infektion rasch und teilweise bis unter die Nachweisgrenze abfiel. Als Marker für die Prävalenz von abgelaufenen SARS-CoV-2-Infektionen sind N-Antikörper also sehr limitiert.
Insgesamt war die Zahl der Antigenkontakte ein wichtiger Prädiktor für die Stärke der Immunität gegen SARS-CoV-2. Zusätzliche Impfungen im Rahmen von Auffrischungen oder Durchbruchsinfektionen nach Impfung haben die Immunität bis zum 4. Antigenkontakt „geboostert“, anschließend war dieser Boostereffekt weniger eindeutig. Die sogenannte „hybride“ Immunität (Kombination aus Impfung und Infektion) ist der Immunität nur aus Impfung oder nur durch Infektion überlegen, indem sie robuster ist und länger anhält.

Ziele:

Das Arbeitspaket 2 wurde vom Institut für medizinische Soziologie an der Universitätsklinik Düsseldorf bearbeitet und sollte umfangreiche und detaillierte Daten zur (Nicht-)Inanspruchnahme der COVID-19-Impfung in NRW liefern. Mittels einer repräsentativen Befragung der erwachsenen Bevölkerung in NRW sollten Gründe für die Inanspruchnahme der Impfung detailliert untersucht werden. Ziel war es, unter Berücksichtigung unterschiedlicher Faktoren (z.B. soziodemographischer, individueller oder regionaler Faktoren), zielgruppenorientierte Handlungsempfehlungen abzuleiten und damit zu einer Akzeptanzsteigerung beizutragen. Die erhobenen Daten können in Zukunft eine wichtige Grundlage darstellen, um gezielte Maßnahmen zur Steigerung der Impfakzeptanz zu entwickeln und so Impflücken zu schließen. Die in diesem Projekt gewonnenen Erkenntnisse werden auch auf künftige Impfkampagnen übertragbar sein.

Ergebnisse:

Die Impfbereitschaft und die Impfinanspruchnahme in NRW in Abhängigkeit der soziodemo-graphischen Faktoren wurden mittels zufälliger telefonischer Befragungsstudie ermittelt. Dabei sollte die Inanspruchnahme der COVID-19-Schutzimpfung, die zukünftige Impfbereitschaft in der Bevölkerung in NRW sowie mögliche Einflussfaktoren auf das Impfverhalten und die Impfbereitschaft untersucht werden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Impfhäufigkeit, die generelle Impfbereitschaft und die Impfabsicht für Herbst/Winter 2022/23 insgesamt hoch waren und 95% der Befragten gaben an, mindestens eine Impfung erhalten zu haben. Davon hatten allerdings 13% der bereits geimpften Personen noch keine Auffrischung erhalten und 18% gaben zudem an, sich im Herbst nicht mehr impfen lassen zu wollen, selbst wenn dies empfohlen würde. Dabei unterschieden sich die Werte für Impfungen und Impfbereitschaft signifikant zwischen einzelnen Bevölkerungsgruppen. Arbeitslosigkeit, geringe Bildung, geringes Einkommen und Migrationshintergrund waren mit einer geringeren Impfbereitschaft verbunden. Die geringste Impfhäufigkeit und -bereitschaft zeigte sich bei Menschen im mittleren Erwachsenenalter (30–44 Jahre). Keine Unterschiede gab es hingegen durch das Geschlecht, den Wohnort oder die Haushaltsgröße. Hauptgrund für eine Impfung war das Interesse, einen eigenen Impfschutz (aufrecht) zu erhalten, während die Angst vor (Langzeit-) Nebenwirkungen der entscheidende Grund gegen die Inanspruchnahme von (weiteren) Impfungen darstellte. Auffällig war, dass in der Gruppe der Personen mit mindestens einer Impfung, aber ohne Auffrischungsimpfung, die Impfbereitschaft niedrig war. Ihre Einschätzung der Risiken und des Nutzens der Impfung ähnelt in einigen Aspekten der von Ungeimpften. Ansonsten unterschied sich die kleine Gruppe der Menschen ohne COVID-19-Impfung in nahezu allen Merkmalen stark von den Geimpften und zeigte eine sehr geringe Impfbereitschaft. Knapp 80% lehnten es auch für die Zukunft ab, sich impfen zu lassen. Es gab starke Assoziation zwischen der ablehnenden Haltung gegen die Impfung und niedrigem institutionellen Vertrauen in die Politik. Zudem fühlte sich die Mehrheit der Befragten nicht ausreichend über die Impfung informiert.

Ziele:

Zur Vorbereitung auf den Herbst/Winter  2022/2023 mussten auch Infektionsketten epidemiologisch besser verstanden werden. Hierzu sollte in Arbeitspaket 3 in enger Kooperation mit den Gesundheitsämtern und der Universitätsmedizin ein für ganz NRW dynamisch einsetzbares System für die gezielte genomische Analyse von SARS-CoV-2-Ausbrüchen entwickelt werden. Ziel war es, Infektionsketten und Übertragungswege besser aufzuklären und die Erkenntnisse für praktische Anwendungen und die Optimierung von Modellierungen des Infektionsgeschehens zu nutzen.

Hierzu sollten folgende Maßnahmen getroffen werden:

Die Entwicklung eines Browser-basierten NRW-Dashboard für die Sequenzanalyse sollte es den NRW-Gesundheitsämtern ermöglichen, gezielte Untersuchungen von regionalen Infektionsausbrüchen durchzuführen und zuvor nicht identifizierte Infektionsketten zu erkennen. Die erforderlichen (informations-)technischen und infrastrukturellen Voraussetzungen sollte dabei in diesem Projekt erarbeitet werden.

Ebenso sollte eine Analyse von Ausbrüchen und Übertragungsketten in relevanten Infektionskontexten in bestimmten Einrichtungen wie Kitas, Schulen, Pflege- oder medizinische Einrichtungen etc., durchgeführt werden. Hierzu sollten zum Teil bereits schon erhobene Daten der VIRAL Partner*innen genutzt und relevante Übertragungsketten intensiv analysiert werden. Aus den existierenden und neu zu generierenden Daten sollte  sich damit ein detailliertes Bild von Infektionsketten ableiten lassen, welches auch auf weitere Kontexte übertragen werden könnte.

In enger Zusammenarbeit mit verschiedenen Gesundheitsämtern war zudem die Etablierung einer Strategie für eine schnelle und effiziente Erhebung genomischer Daten für eine Ausbruchsanalyse vorgesehen. Hierzu sollten Infrastrukturen und Rahmenbedingungen geschaffen, um den Einsatz der SARS-CoV-2-Genomsequenzierung durch die Gesundheitsämter effizient nutzen zu machen zu können. Darüber hinaus sollten mit den Gesundheitsämtern und dem Landeszentrum für Gesundheit (LZG) NRW Prozess- und Handlungsempfehlungen entwickelt werden, um die integrierte molekulare Surveillance für den Herbst/Winter 2022/2023 effizient nutzbar zu machen.

Die in diesem Projekt erhobenen Daten zur Infektionskettenanalyse sollten zudem für die Kalibrierung und Validierung von Epidemie-Simulationen genutzt werden. Damit sollten Modellierungsalgorithmen optimiert und folglich Vorhersagemodelle zum Infektionsgeschehen verbessert werden. Die in diesem Projekt erhobenen Daten sollten demnach wesentlich dazu beitragen, in Zukunft noch detailliertere Abschätzungen über das Infektionsgeschehen und die Wirksamkeit von Interventionsmaßnahmen liefern und valide Vorhersagetools für epidemische Ausbrüche entwickeln zu können.

Ergebnisse:

Die Grundidee der genomisch gestützten Infektionskettenanalyse basiert auf der gemeinsamen Nutzung von Virussequenzdaten und Daten der Kontaktnachverfolgung der Gesundheitsämter zur Rekonstruktion von Infektionsketten und Ausbruchsgeschehen. Ein wichtiges Ziel im Rahmen dieses Projekts war es, im Austausch mit dem öffentlichen Gesundheitsdienst die Voraussetzungen für die Nutzbarkeit von Virussequenzdaten zu schaffen. Dazu wurde eine Erhebung des Bedarfs im öffentlichen Gesundheitsdienst durchgeführt und eine erste Version eines „Dashboards“ für die Nutzung durch die Gesundheitsämter erstellt. Mit Hilfe des „Dashboards“ können aus neuen Virussequenzdaten und aus verfügbaren Daten der bundesweiten integrierten molekularen Surveillance (IMS) Verdachtsfälle für Übertragungsereignisse und Infektionsketten identifiziert werden, denen das Gesundheitsamt im Rahmen ihrer Kontaktnachverfolgung weiter nachgehen kann.

Das System arbeitet grundsätzlich unabhängig vom Erreger und kann nun weiter optimiert und im Realbetrieb genutzt werden.
Die Algorithmen zur Identifizierung von Ausbrüchen anhand von Virussequenzen wurden weiter optimiert und vor allem für die Aufklärung relevanter Übertragungsszenarien von SARS-CoV-2 im Krankenhaus genutzt. In der Phase der hohen Inzidenz waren vermutlich infizierte aber initial negativ getestete Patient*innen eine wichtige Infektionsquelle. Dabei fanden sich neben Hinweisen auf Übertragungen zwischen Patient*innen im gleichen Behandlungszimmer auch Übertragungen auf das Personal. Es fanden sich auch Hinweise von Übertragungen, die vom Personal ausgegangen sind. Dabei kam es zu Infektionsketten zwischen Mitarbeitenden, die am ehesten durch ungeschützte Kontakte in den Pausenräumen erklärt werden konnten. Die Daten aus dem Pilotprojekt zur genomisch gestützten Infektionskettenanalyse in Düsseldorf wurden hinsichtlich relevanter Übertragungsszenarien ausge-wertet. Dabei zeigte sich, dass die Mehrheit der Infektionen im privaten Haushalt übertragen wurde. Trotzdem gibt es auch Hinweise auf Übertragungen im Freizeitbereich (Bars, Restaurants) oder am Arbeitsplatz. An der Quantifizierung der Relevanz einzelner Übertragungsszenarien wird aktuell weitergearbeitet und ist zum gegenwärtigen Zeitpunkt noch nicht möglich.
Im Rahmen des Projekts wurden außerdem Modelle weiterentwickelt, mit denen insbesondere die frühe Phase eines pandemischen Ausbruchsgeschehens abgebildet und Prognosen über den weiteren Verlauf abgeleitet werden können. Dazu wurden die Parameter zur Feinjustierung der Modelle aus den verfügbaren Daten der Studien aus Heinsberg und Rheinbach genutzt. Das Verständnis der Relevanz einzelner epidemiologischer Parameter für den weiteren Infektionsverlauf ist von entscheidender Bedeutung für die Priorisierung von Forschungsfragen zur Bewältigung zukünftiger Pandemien.

Ziele:

In diesem Arbeitspaket wurden verschiedene Aspekte der Immunität nach Impfung untersucht. Neben der Quantifizierung der Impfimmunität im zeitlichen Verlauf sind funktionelle Untersuchungen der Immunantwort bei Durchbruchsinfektionen vorgesehen gewesen, die für das Verständnis des Immunschutzes besonders wertvoll sind. Das Arbeitspaket 4 erörtert dabei die folgenden Aspekte:

Immunität nach Impfung bei Tätigen in medizinischen Einrichtungen: Unsere Essener VIRAL Partner*innen verfügen über eine einzigartige Kohorte mit ca. 2.500 Proband*innen, anhand derer die Immunität nach Erst-, Zweit- und Boosterimpfung untersucht werden sollte. Im Rahmen der hier geförderten Studie sollten bisher noch ungeklärte Fragen adressiert werden, z.B. wie sich der Verlauf der Immunität nach der 4. Impfung (2. Boosterimpfung) verhält. Hierzu sollten regelmäßig Antikörpertiter sowie quantitative Analysen zur T-Zellaktivität durchgeführt werden. Bei bereits geimpfte Personen aus dieser Kohorte, die eine akute Corona Infektion aufweisen, sollten detaillierte Bestimmung der Viruslast und -varianten sowie der Immunantwort durchgeführt werden.

Impfimmunität in Gruppen mit geschwächtem Immunsystem oder Autoimmunität: Im Jahr 2022 war noch nicht geklärt, wie hoch die Impfimmunität in Gruppen mit geschwächtem Immunsystem oder Autoimmunität war. Auch für diese Fragestellung gab es im VIRAL Netzwerk geeignete Kohorten, die im Rahmen dieses Forschungsprojektes detailliert untersucht werden sollten. Hierzu sollten vor allem stark immunsupprimierte nierentransplantierte Patient*innen und über 80-jährige Proband*innen aus Seniorenheimen untersucht werden.

Genetik der Immunantwort: Es ist bekannt, dass nicht-genetische Faktoren (wie z.B. die Medikation mit Immunsuppressiva bzw. Erkrankungen des Immunsystems) die Impfantwort beeinträchtigen. Daneben modulieren viele Wirts- und Impfstoff-spezifische Faktoren die Aktivierung der humoralen und zellulären Immunität nach Impfung. Dabei spielen genetische Wirtsfaktoren eine besondere Rolle, die sich über die Bestimmung von so genannten Punktmutationen (single nucleotide polymorphisms; SNPs) näher eingrenzen lassen. Aus diesem Grund sollten genetische Faktoren identifiziert werden, die einen Einfluss auf die Stärke der Immunantwort nach Impfung haben könnten.

Bestimmung der Immunantwort nach Impfdurchbrüchen: Die Zahl geimpfter Personen, die einen Impfdurchbruch erleben, wuchs im JAhr 2022 stetig an. Daher war es von hohem Interesse zu untersuchen, wie sich die Immunantwort von Proband*innen mit Impfdurchbrüchen im Vergleich zu geboosterten Proband*innen ohne Infektion verhielt. Daher wurde in diesem Arbeitspaket detailliert untersucht, wie sich die Antikörpertiter bedingt durch unterschiedliche Impfschemata (gemeint ist eine Kombination aus unterschiedlichen Impfstoffen) veränderten und ob ein bestimmtes Impfschema einen besonderen zellulären und/oder humoralen Schutz bot. Eine weitere noch ungeklärte Fragestellung war, inwiefern die B-Gedächtniszellen und T Zell-Immunantwort von genesenen und zusätzlich geimpften Personen mehr Schutz vor Impfdurchbrüchen versprach und ob es Immunparameter (quantitative/qualitative Antikörperantwort, B und T-Zellen) gibt, die eventuell Rückschlüsse auf einen geeigneten Schutz für bestimmte Zeiträume zulassen.

Bedeutung von SARS-CoV-2 Varianten und Mutationen für die humorale Immunabwehr: Das Auftreten neuer SARS-CoV-2 Virusvarianten kann zur Umgehung der durch Impfung oder Infektion gebildeten Immunität (sog. Immune Escape) führen und stellt damit eine potentielle Gefahr für den Impfschutz unserer Gesellschaft dar. Daher war ein weiterer Schwerpunkt der VIRAL Initiative die Untersuchung des Einflusses von SARS-CoV-2 Varianten und Mutationen für die humorale Immunabwehr. Die Immunflucht der 2022 prävalenten Virusvarianten BA.1, BA.1.1 und BA.2 sowie der im Zeitraum der Förderperiode neu auftretenden Varianten (z.B. BA.4 und BA.5) sollten auf der Ebene einzelner Antikörper genau untersucht werden. Das Probandenmaterial wurde dabei aus verschiedenen gut charakterisierten und longitudinalen Kohorten gewonnen und die Proband*innen nachverfolgt, um die Beständigkeit der humoralen Immunantwort im Zeitverlauf zu beobachten. Durch die Testung 2022 zugelassener oder in klinischer Prüfung befindlicher Antikörper könnten zudem Rückschlüsse auf die Wirksamkeit von therapeutischen Antikörpern gezogen werden und somit für Therapieempfehlungen herangezogen werden.