Im Filter bleibt die Spur des Virus

An vier amerikanischen Flughäfen haben Forscher die Luft auf Atemwegsviren untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass sich aus den Filtern erstaunlich viel über die zirkulierenden Erreger ablesen lässt. Ein Frühwarnsystem für neue Virusvarianten ist daraus aber noch nicht geworden.

Flughäfen sind besondere Orte für die Infektionsüberwachung. Täglich kommen hier Menschen aus unterschiedlichen Ländern zusammen, wechseln den Kontinent und reisen weiter. Wenn sich Krankheitserreger ausbreiten, können Flughäfen deshalb früh mit ihnen in Berührung kommen.

Bisher wird vor allem untersucht, was Reisende mitbringen und was sie zurücklassen: Abstriche von Passagieren, klinische Daten oder Abwasser. Eine Forschergruppe hat nun einen weiteren Weg untersucht: die Luft.

Zwischen Oktober 2023 und August 2024 sammelten die Wissenschaftler 463 Luftproben an vier internationalen Flughäfen in den Vereinigten Staaten: San Francisco, Newark, Washington Dulles und Dallas/Fort Worth. Die Geräte standen in Bereichen nahe der Einreise- und Zollkontrollen. Anschließend wurde das gesammelte Material auf genetische Spuren von Atemwegsviren untersucht.

Bei SARS-CoV-2 wurden die Forscher fast immer fündig. In 452 von 460 auswertbaren Proben, also in 98,3 Prozent, ließ sich genetisches Material nachweisen. Influenza A wurde dagegen nur in 79 Proben gefunden, entsprechend 17,2 Prozent. Die Grippeviren traten vor allem zwischen Januar und März 2024 auf. Danach gingen die Nachweise deutlich zurück.

Gerade der Unterschied zwischen den beiden Viren zeigt, wie vorsichtig solche Messungen interpretiert werden müssen. Wenn SARS-CoV-2 nahezu durchgehend nachweisbar ist, lässt sich aus einem einzelnen positiven Luftfilter kaum ableiten, ob die Virusaktivität gerade steigt oder fällt.

Bei Influenza A war das Signal aussagekräftiger. Die Forscher verglichen ihre Luftmessungen mit drei anderen Formen der Überwachung: dem Abwasser von Flugzeugen, Nasenabstrichen freiwillig teilnehmender Reisender und der klinischen Überwachung in den Vereinigten Staaten. Die Zusammenhänge waren bei Influenza A statistisch signifikant. Der Korrelationskoeffizient lag bei 0,48 für das Flugzeugabwasser, bei 0,73 für die Nasenabstriche und bei 0,86 für die nationale klinische Überwachung. Für SARS-CoV-2 fanden sich keine statistisch signifikanten Zusammenhänge.

Die Luftprobe ist damit kein Ersatz für andere Überwachungssysteme. Ihr Aussagewert hängt unter anderem vom Erreger und von den Bedingungen ab, unter denen die Probe genommen wird.

Nicht nur das Virus, sondern seine Variante

Für die Gesundheitsüberwachung ist ohnehin eine andere Frage entscheidend: Welche Variante eines Virus ist unterwegs?

Bei SARS-CoV-2 konnten die Forscher aus 338 Luftproben Sequenzdaten gewinnen. In 216 Fällen waren die Daten ausreichend vollständig, um als hochwertige Genome eingestuft zu werden. In den Proben fanden sich unter anderem die damals verbreiteten Linien JN.1, KP.2 und KP.3. Die zeitliche Entwicklung entsprach im Wesentlichen den national beobachteten Trends: JN.1 ging zurück, während KP.2 und KP.3 zunahmen.

Das ist der interessante Teil des Versuchs. Die Luft kann unter geeigneten Bedingungen nicht nur zeigen, dass genetisches Material eines Virus vorhanden ist. Sie kann auch Informationen über dessen genetische Zusammensetzung liefern.

Ein besonders frühes Warnsignal war sie in dieser Untersuchung allerdings nicht. KP.2 und KP.3 wurden im untersuchten Datensatz im Flugzeugabwasser jeweils früher entdeckt als in den Luftproben – mit einem Vorsprung von 42 beziehungsweise 41 Tagen. Die Autoren weisen zugleich darauf hin, dass die Ergebnisse vom jeweiligen Typ der Abwasserüberwachung abhängen können.

Von einem generellen Vorteil der Luftüberwachung bei der Suche nach neuen Varianten kann deshalb keine Rede sein.

Was ein Luftfilter nicht verrät

Hinzu kommt ein grundsätzliches Problem: Eine Luftprobe hat keine eindeutige Herkunft.

Findet sich in einem Filter genetisches Material eines Virus, lässt sich daraus nicht ohne weiteres sagen, wer es abgegeben hat. Es kann von einem internationalen Passagier stammen, von einem anderen Reisenden oder von einem Beschäftigten des Flughafens. Auch lässt sich nicht unmittelbar bestimmen, mit welchem Flugzeug oder aus welchem Land das Material gekommen ist.

Die technische Ausbeute ist ebenfalls begrenzt. Virales Erbgut liegt in der Umgebungsluft in vergleichsweise geringer Konzentration vor. Entsprechend schwierig kann es sein, aus den gesammelten Spuren ein vollständiges Genom zu rekonstruieren.

Die Forscher erprobten deshalb verschiedene Sequenzierungsverfahren. Bei einer Methode zur gezielten Anreicherung viraler Erbinformation wurden 98 Luftproben untersucht. Dabei fanden sich genetische Spuren von 30 verschiedenen Virusarten. Hochwertige Genome konnten allerdings nur aus 24 dieser Proben rekonstruiert werden. Nachgewiesen wurden unter anderem SARS-CoV-2, Influenza A und B sowie saisonale Coronaviren.

Auch die Bedingungen im Terminal können das Ergebnis beeinflussen. Luftströmungen, die Position der Messgeräte, die Zahl der Menschen im Raum und die Dauer der Probenahme spielen eine Rolle. Die Autoren sehen deshalb weiteren Forschungsbedarf, bevor sich aus solchen Messungen zuverlässig auf Veränderungen der Virusaktivität schließen lässt.

Ein weiterer Sensor

Die Stärke der Methode liegt deshalb nicht darin, andere Überwachungssysteme überflüssig zu machen. Sie könnte eine zusätzliche Informationsquelle sein.

Klinische Daten zeigen, welche Infektionen zu Arztbesuchen und Krankenhausaufenthalten führen. Abwasser kann Hinweise auf die Verbreitung eines Erregers in größeren Gruppen liefern. Abstriche geben Auskunft über einzelne Menschen. Luftproben lassen sich dagegen kontinuierlich sammeln, ohne dass Reisende getestet werden müssen.

Das macht sie vor allem als Ergänzung interessant.

Die Ergebnisse dieser Studie zeigen allerdings auch, wie unterschiedlich solche Systeme reagieren können. SARS-CoV-2 war in den Luftproben fast ständig nachweisbar, ohne dass sich daraus eine klare Beziehung zu den anderen Überwachungsdaten ergab. Bei Influenza A war eine solche Beziehung deutlich erkennbarer. Bei den untersuchten SARS-CoV-2-Linien wiederum war das Flugzeugabwasser der Luftmessung zeitlich voraus.

Was sich aus der Luft ablesen lässt, hängt also davon ab, was man sucht.

Die Forscher kommen deshalb zu einem vorsichtigen Schluss: Die Überwachung der Umgebungsluft kann die bestehende Überwachung von Atemwegserregern ergänzen. Ob sie bei anderen Erregern oder unter anderen Bedingungen einmal einen zeitlichen Vorsprung bei der Erkennung neuer Varianten ermöglichen kann, ist damit noch nicht beantwortet. Dafür braucht es weitere Untersuchungen.

An der Studie waren Forscher der amerikanischen Centers for Disease Control and Prevention, der University of Wisconsin-Madison und des Biotechnologieunternehmens Ginkgo Biosecurity beteiligt. Mehrere Autoren legten finanzielle Verbindungen zu Ginkgo Bioworks beziehungsweise zu der Beratungsgesellschaft Pathogenuity LLC offen. Diese Angaben sind in der Publikation aufgeführt.

Ein Flughafenfilter ist damit noch kein Virenradar. Aber er kann etwas sichtbar machen, das bisher schwer zu beobachten war: die genetischen Spuren von Krankheitserregern in der Luft eines Ortes, an dem täglich Menschen aus aller Welt zusammenkommen.