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

Eine longitudinale Analyse des COVID-19 Infektionsgeschehens und der Immunantwort soll 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 ist, 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 soll 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 ist, weshalb der genaue Anteil der grundimmunisierten Personen in der Bevölkerung unklar ist. Ziel ist 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 nächsten Winter abzuleiten.

Ein weiterer Aspekt dieses Arbeitspaketes untersucht die Immunität nach SARS-CoV-2 Infektion bei unterschiedlicher Erkrankungsschwere. Hierbei soll 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 hat.

Das Arbeitspaket 2 wird vom Institut für medizinische Soziologie an der Universitätsklinik Düsseldorf bearbeitet und wird umfangreiche und detaillierte Daten zur (Nicht-)Inanspruchnahme der COVID-19-Impfung in NRW liefern. Mittels einer repräsentativen Befragung der erwachsenen Bevölkerung in NRW sollen Gründe für die Inanspruchnahme der Impfung detailliert untersucht werden. Ziel ist 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.

Zur Vorbereitung auf den Herbst/Winter müssen auch Infektionsketten epidemiologisch besser verstanden werden. Hierzu werden 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 ist es, Infektionsketten und Übertragungswege besser aufzuklären und die Erkenntnisse für praktische Anwendungen und die Optimierung von Modellierungen des Infektionsgeschehens zu nutzen.

Hierzu sollen folgende Maßnahmen getroffen werden:

Die Entwicklung eines Browser-basierten NRW-Dashboard für die Sequenzanalyse soll 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 werden dabei in diesem Projekt erarbeitet werden.

Ebenso soll eine Analyse von Ausbrüchen und Übertragungsketten in relevanten Infektionskontexten in bestimmten Einrichtungen wie Kitas, Schulen, Pflege- oder medizinische Einrichtungen etc., durchgeführt werden. Hierzu werden 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 lässt sich damit ein detailliertes Bild von Infektionsketten ableiten, welches auch auf weitere Kontexte übertragen werden kann.

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

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

In diesem Arbeitspaket werden verschiedene Aspekte der Immunität nach Impfung untersucht. Neben der Quantifizierung der Impfimmunität im zeitlichen Verlauf sind funktionelle Untersuchungen der Immunantwort bei Durchbruchsinfektionen vorgesehen, 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 wird (siehe auch VIRAL Impfstudie). Im Rahmen der hier geförderten Studie sollen bisher noch ungeklärte Fragen adressiert werden, z.B. wie sich der Verlauf der Immunität nach der 4. Impfung (2. Boosterimpfung) verhält. Hierzu sollen regelmäßig Antikörpertiter sowie quantitative Analysen zur T-Zellaktivität durchgeführt werden. Bei bereits geimpfte Personen aus dieser Kohorte, die eine akute Corona Infektion aufweisen, werden detaillierte Bestimmung der Viruslast und -varianten sowie der Immunantwort durchgeführt.

Impfimmunität in Gruppen mit geschwächtem Immunsystem oder Autoimmunität: Bisher noch nicht geklärt ist die Frage, wie hoch die Impfimmunität in Gruppen mit geschwächtem Immunsystem oder Autoimmunität ist. Auch für diese Fragestellung sind im VIRAL Netzwerk geeignete Kohorten etabliert, die im Rahmen dieses Forschungsprojektes detailliert untersucht werden sollen. Hierzu sollen 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 sollen genetische Faktoren identifiziert werden, die einen Einfluss auf die Stärke der Immunantwort nach Impfung haben können.

Bestimmung der Immunantwort nach Impfdurchbrüchen: Die Zahl geimpfter Personen, die einen Impfdurchbruch erleben, wächst stetig an. Daher ist es von hohem Interesse zu untersuchen, wie sich die Immunantwort von Proband*innen mit Impfdurchbrüchen im Vergleich zu geboosterten Proband*innen ohne Infektion verhält. Daher wird in diesem Arbeitspaket detailliert untersucht, wie sich die Antikörpertiter bedingt durch unterschiedliche Impfschemata (gemeint ist eine Kombination aus unterschiedlichen Impfstoffen) verändert und ob ein bestimmtes Impfschema einen besonderen zellulären und/oder humoralen Schutz bietet. Eine weitere noch ungeklärte Fragestellung ist, inwiefern die B-Gedächtniszellen und T Zell-Immunantwort von genesenen und zusätzlich geimpften Personen mehr Schutz vor Impfdurchbrüchen verspricht 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 wird ein weiterer Schwerpunkt der VIRAL Initiative die Untersuchung des Einflusses von SARS-CoV-2 Varianten und Mutationen für die humorale Immunabwehr sein. Die Immunflucht der aktuell 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) werden auf der Ebene einzelner Antikörper genau untersucht. Das Probandenmaterial wird 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 aktuell zugelassener oder in klinischer Prüfung befindlicher Antikörper können zudem Rückschlüsse auf die Wirksamkeit von therapeutischen Antikörpern gezogen werden und somit für Therapieempfehlungen herangezogen werden.