In Lidia Morawskas Heimatstadt Brisbane an der australischen Ostküste verbreiten Schilder am Straßenrand eine einfache Botschaft: ‚Hände waschen, Leben retten‘. Damit hat sie kein Problem: „Händewaschen ist immer eine gute Maßnahme“, sagt die Aerosolwissenschaftlerin, die an der Queensland University of Technology arbeitet. Aber das Schild könnte veraltet sein.

Die sich verdichtenden Beweise deuten darauf hin, dass SARS-CoV-2, das für die COVID-19-Pandemie verantwortliche Coronavirus, in winzigen Tröpfchen, so genannten Aerosolen, die durch die Luft wabern und sich mit der Zeit ansammeln, von Mensch zu Mensch übertragen werden kann. Nach monatelangen Debatten darüber, ob Menschen das Virus über die ausgeatmete Luft übertragen können, wächst unter Wissenschaftlern die Besorgnis über diesen Übertragungsweg.

Am 6. Juli veröffentlichten Morawska und der Aerosolwissenschaftler Donald Milton von der University of Maryland, College Park, unterstützt von einer internationalen Gruppe von 237 anderen Klinikern, Infektionsmedizinern, Epidemiologen, Ingenieuren und Aerosolwissenschaftlern, einen Kommentar1 in der Zeitschrift Clinical Infectious Diseases, in dem sie die medizinische Gemeinschaft und die Behörden des öffentlichen Gesundheitswesens auffordern, das Potenzial der Übertragung über die Luft anzuerkennen. Sie fordern auch Präventivmaßnahmen zur Verringerung dieser Art von Risiko.

Die Forscher sind frustriert, dass wichtige Behörden wie die Weltgesundheitsorganisation (WHO) ihren Rat in ihren öffentlichen Mitteilungen nicht beachtet haben.

Als Reaktion auf den Kommentar hat die WHO ihre Position abgeschwächt. Auf einer Pressekonferenz am 7. Juli sagte Benedetta Allegranzi, technische Leiterin der WHO-Taskforce für Infektionskontrolle: „Wir müssen diesen Erkenntnissen gegenüber offen sein und ihre Auswirkungen auf die Übertragungswege und auch auf die zu treffenden Vorsichtsmaßnahmen verstehen.“

Am 9. Juli veröffentlichte die WHO ein wissenschaftliches Merkblatt zur Virusübertragung. Darin heißt es, dass „in Anbetracht der möglichen Auswirkungen eines solchen Übertragungsweges“ weitere Forschungsarbeiten erforderlich sind, doch wird eingeräumt, dass eine Aerosolübertragung über kurze Distanzen in überfüllten, schlecht belüfteten Räumen nicht ausgeschlossen werden kann. (Die WHO hat gegenüber Nature erklärt, dass sie seit einem Monat an diesem Brief gearbeitet hat und dass er nicht das Ergebnis des Kommentars war.)

„Die Botschaft über die Übertragung durch die Luft ist da“, sagt Morawska.

Monate lang hat sich die WHO hartnäckig gegen die Vorstellung gewehrt, dass das Coronavirus durch Aerosole übertragen werden kann, die sich in schlecht belüfteten Räumen ansammeln und von Luftströmungen getragen werden können. Die Agentur behauptet, dass das Virus hauptsächlich durch kontaminierte Oberflächen und durch Tröpfchen verbreitet wird, die größer als Aerosole sind und durch Husten, Niesen und Sprechen entstehen. Man geht davon aus, dass diese Tröpfchen relativ kurze Entfernungen zurücklegen und schnell aus der Luft fallen.

Diese Art von Anleitung hat Bemühungen behindert, die eine Übertragung über die Luft verhindern könnten, wie etwa Maßnahmen, die die Belüftung von Innenräumen verbessern und Versammlungen in geschlossenen Räumen einschränken, so die Forscher in ihrem Kommentar: „Wir sind besorgt, dass die fehlende Anerkennung des Risikos einer Übertragung von COVID-19 über die Luft und das Fehlen klarer Empfehlungen für Kontrollmaßnahmen gegen das über die Luft übertragene Virus erhebliche Folgen haben werden: Die Menschen könnten denken, dass sie durch die Einhaltung der aktuellen Empfehlungen vollständig geschützt sind, aber in Wirklichkeit sind zusätzliche Maßnahmen zur weiteren Verringerung des Infektionsrisikos über die Luft erforderlich.“

Dies ist jetzt besonders wichtig, da die von der Regierung verordneten Schließungen nachlassen und die Geschäfte wieder öffnen. „Um die Krankheit zu bekämpfen, müssen wir alle Infektionswege kontrollieren“, sagt Morawska, die sich mit ihren Bedenken an die WHO gewandt und Anfang April eine Zusammenfassung der Erkenntnisse2 veröffentlicht hat.

Diese Schlussfolgerung ist jedoch bei einigen Experten nicht beliebt, da sie im Widerspruch zu jahrzehntelangen Überlegungen über Atemwegsinfektionen steht. Seit den 1930er Jahren haben Forscher und Beamte des öffentlichen Gesundheitswesens im Allgemeinen die Bedeutung von Aerosolen – Tröpfchen mit einem Durchmesser von weniger als 5 Mikrometern – bei Atemwegserkrankungen wie der Grippe außer Acht gelassen. Stattdessen herrscht die Ansicht vor, dass Atemwegsviren durch größere Tröpfchen oder durch Kontakt mit Tröpfchen, die auf Oberflächen fallen oder von den Händen übertragen werden, übertragen werden. Als SARS-CoV-2 Ende 2019 auftauchte, ging man davon aus, dass es sich auf die gleiche Weise wie andere Atemwegsviren ausbreitet und dass die Übertragung über die Luft keine Rolle spielt.

Die WHO verfolgt die vorliegenden Erkenntnisse und hat ihre frühere Ablehnung der Idee, dass sich das Virus über Aerosole ausbreiten könnte, abgeschwächt, sagt Allegranzi. Sie sagt, dass die WHO zwar anerkennt, dass eine Übertragung über die Luft plausibel ist, dass aber die derzeitigen Beweise nicht ausreichen, um dies zu belegen. Sie fügt hinzu, dass Empfehlungen für räumliche Distanz, Quarantäne und das Tragen von Masken in der Gemeinschaft wahrscheinlich dazu beitragen werden, die Übertragung über Aerosole zu kontrollieren, falls sie stattfindet.

Alte Debatte

Die Debatte über die Übertragungswege hat große Auswirkungen auf die Bemühungen, die Ausbreitung des Virus zu verhindern. Kleinere, leichtere Aerosole können in der Luft verweilen, sich anreichern und mit den Luftströmungen weite Strecken zurücklegen. Studien, die bis zu den Arbeiten des Ingenieurs William Wells in den 1930er Jahren zurückreichen, legen jedoch nahe, dass große Tröpfchen innerhalb von etwa 2 Metern aus der Luft fallen.

Als SARS-CoV-2 auftauchte, empfahlen die Gesundheitsbehörden häufiges Händewaschen und die Einhaltung eines räumlichen Abstands, um die Übertragungswege durch Tröpfchen und Kontakt zu unterbrechen. Einige Forscher und Kliniker halten diese Maßnahmen für ausreichend. Kate Grabowski, eine Epidemiologin für Infektionskrankheiten an der Johns Hopkins University in Baltimore, Maryland, ist der Ansicht, dass die Daten zur Kontaktverfolgung diese Maßnahmen unterstützen. „Das höchste Risiko besteht bei Kontakten mit Personen, mit denen man eine Wohnung teilt oder mit denen man sich über einen längeren Zeitraum in einem geschlossenen Raum aufgehalten hat, was mich zu der Annahme veranlasst, dass die Übertragung wahrscheinlich hauptsächlich durch Tröpfchen erfolgt“, sagt sie, auch wenn es in seltenen Fällen zu einer Übertragung durch Aerosole kommen kann.

Aber andere Forscher sagen, dass Fallstudien von großen Clustern die Bedeutung der Übertragung über die Luft gezeigt haben. Als die Medien über eine große Zahl von Menschen berichteten, die nach Zusammenkünften in geschlossenen Räumen erkrankten, begann Kim Prather, Aerosolwissenschaftler an der Universität von Kalifornien in San Diego, die Angemessenheit der Empfehlungen der US-Zentren für Seuchenkontrolle und -prävention (CDC) in Frage zu stellen, die einen Abstand von 1,8 Metern zwischen Menschen vorschreiben. Die Ausbreitung in Innenräumen deutet darauf hin, dass das Virus auf eine andere Weise übertragen wird, als die Gesundheitsbehörden angenommen hatten. „Für einen Atmosphärenchemiker, der ich bin, ist die einzige Möglichkeit, das Virus in die Luft zu bekommen, dass jeder diese Luft einatmet“, sagt Prather, der sich dem Kommentar anschloss. „

Viele Forscher, die sich über die Übertragung durch die Luft Sorgen machen, verweisen auf das Beispiel einer verhängnisvollen Chorprobe, die am 10. März eine Autostunde von Seattle, Washington, entfernt stattfand. Einundsechzig Mitglieder des Skagit Valley Chorale trafen sich zu einer zweieinhalbstündigen Probe. Obwohl es an der Tür Desinfektionsmittel für die Hände gab und die Chormitglieder auf Umarmungen und Händeschütteln verzichteten, erkrankten mindestens 33 Chormitglieder an SARS-CoV-2, von denen zwei schließlich starben. Die Ermittler kamen zu dem Schluss, dass sich das Virus über Aerosole verbreitet haben könnte, die beim Singen entstanden, und über einen „Super-Emitter“, der mehr Aerosolpartikel als üblich produzierte, obwohl sie eine Übertragung durch Gegenstände oder große Tröpfchen nicht ausschließen konnten3.

Morawska hat jedoch die Bedingungen im Probensaal modelliert und sagt, dass es keinen Grund gibt, sich auf die Idee eines Super-Emitters zu berufen4. Unzureichende Belüftung, die lange Expositionszeit und der Gesang reichten aus, um die Zahl der Infizierten zu erklären. Und keine noch so gute Belüftung hätte das Risiko während der zweieinhalbstündigen Probe auf ein akzeptables Maß reduzieren können, sagt sie.

In einem anderen Fall wiesen Forscher mit Hilfe eines Tracergases nach, dass Aerosole, die von einer Klimaanlage in einem Restaurant in Guangzhou, China, mitgeführt wurden, für einen Ausbruch verantwortlich waren, der zehn Gäste aus drei verschiedenen Familien betraf. Keiner der Mitarbeiter oder Gäste, die in der Nähe anderer Klimaanlagen saßen, wurde infiziert5.

In der Provinz Hunan in China infizierte ein Reisebuspassagier 8 der 49 Personen im Bus. Einer von ihnen saß 4,5 Meter von der infizierten Person entfernt und betrat und verließ den Bus durch eine andere Tür. „Das schließt die Möglichkeit einer gegenseitigen Berührung oder eines sehr engen Kontakts aus“, sagt Yang Yang, Epidemiologe an der Universität von Florida in Gainsville und Mitautor eines Berichts über den Fall. „Ich denke, es gibt genügend Beweise dafür, dass wir in Innenräumen sehr besorgt sein sollten, vor allem in engen Räumen“, sagt er.

Gefährliche Tröpfchen

Fallstudien können Indizien dafür liefern, dass Aerosole das Virus übertragen, aber die Forscher wollen herausfinden, wie und wann das geschieht. Das Problem besteht darin, Aerosole auf frischer Tat zu ertappen.

Laborstudien, die bis in die 1930er und 1940er Jahre zurückreichen, kamen zu dem Schluss, dass Tröpfchen, die durch Sprechen oder Husten ausgestoßen werden, größer sind als Aerosole. Diese größeren Tröpfchen mit einem Durchmesser von mehr als 5 Mikrometern fallen schnell aus der Luft, weil sie zu schwer sind, um von leichten Luftströmungen mitgerissen zu werden.

Aber empfindlichere Experimente zeichnen jetzt ein komplexeres Bild, das auf die Bedeutung von Aerosolen als Übertragungsweg hinweist. In einer im Mai veröffentlichten Studie wurden mit Hilfe von Laserlichtstreuung Tröpfchen nachgewiesen, die von gesunden Freiwilligen beim Sprechen abgegeben wurden. Die Autoren berechneten6 , dass bei SARS-CoV-2 eine Minute lautes Sprechen mehr als 1.000 kleine, virusbeladene Aerosole mit einem Durchmesser von 4 Mikrometern erzeugt, die mindestens 8 Minuten lang in der Luft bleiben. Sie kommen zu dem Schluss, dass „eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, dass normales Sprechen eine Virusübertragung über die Luft in geschlossenen Räumen verursacht“.

In einer weiteren Studie7, die von Morawska und ihren Kollegen als Preprint veröffentlicht wurde und noch nicht von Fachkollegen geprüft wurde, wurde festgestellt, dass mit SARS-CoV-2 infizierte Personen 1.000-100.000 Kopien pro Minute viraler RNA ausatmeten, ein Marker für das Vorhandensein des Erregers. Da die Probanden einfach ausatmeten, wurde die virale RNA wahrscheinlich in Aerosolen und nicht in den großen Tröpfchen transportiert, die beim Husten, Niesen oder Sprechen entstehen.

Andere Laborstudien legen nahe, dass Aerosole von SARS-CoV-2 länger infektiös bleiben als Aerosole einiger verwandter Atemwegsviren. Als Forscher Aerosole des neuen Coronavirus herstellten, blieben diese mindestens 16 Stunden lang infektiös und wiesen eine höhere Infektiosität auf als die Aerosole der Coronaviren SARS-CoV und MERS-CoV, die das schwere akute respiratorische Syndrom bzw. das Atemwegssyndrom des Nahen Ostens verursachen8.

Außerhalb des Labors ist es viel schwieriger, Aerosole nachzuweisen und zu zeigen, dass sie das Virus übertragen können. In einer Studie haben Forscher in Wuhan, China, SARS-CoV-2-RNA in Aerosolproben nachgewiesen, die in einem Krankenhaus gesammelt wurden9. Doch die WHO und andere haben Studien wie diese kritisiert, weil sie nur virale RNA nachweisen, nicht aber infektiöse Viren. „All diese Forscher kämpfen darum, das lebensfähige Virus im klinischen Umfeld zu finden“, sagt Allegranzi. „

Eines der Probleme, mit denen Forscher bei der Untersuchung der Lebensfähigkeit von Viren in Aerosolen konfrontiert sind, ist die Art und Weise, wie die Proben gesammelt werden. Typische Geräte, mit denen Luftproben angesaugt werden, beschädigen die empfindliche Lipidhülle des Virus, sagt Julian Tang, Virologe an der Universität von Leicester, Großbritannien. „Die Lipidhülle schert ab, und dann versuchen wir, diese Viren zu kultivieren, und erhalten nur eine sehr geringe Ausbeute“, sagt er.

Einige wenige Studien haben jedoch erfolgreich die Lebensfähigkeit von Viruspartikeln in Aerosolen gemessen. Ein Team des Wissenschafts- und Technologiedirektorats des US-Heimatschutzministeriums in Washington DC fand heraus, dass die Umweltbedingungen eine große Rolle dabei spielen, wie lange Viruspartikel in Aerosolen lebensfähig bleiben. SARS-CoV-2 in künstlichen Speichelaerosolen verlor 90 % seiner Lebensfähigkeit innerhalb von 6 Minuten unter Sommersonnenlicht, verglichen mit 125 Minuten in der Dunkelheit10. Diese Studie deutet darauf hin, dass Innenräume besonders riskant sein könnten, weil es dort an ultraviolettem Licht mangelt und sich das Virus stärker konzentrieren kann als im Freien.

Die Forscher sagen, dass eine große Unbekannte bleibt: Wie viele Viruspartikel sind nötig, um eine Infektion auszulösen? Das ist ein Grund, warum Allegranzi gerne randomisierte Studien sehen würde, die zeigen, dass Maßnahmen zur Kontrolle von Aerosolen tatsächlich funktionieren. Ein Beispiel wäre eine Studie, die zeigt, dass eng anliegende Atemschutzmasken einen besseren Schutz bieten als locker sitzende medizinische Masken im Gesundheitswesen.

Tang, der an dem Kommentar mitgewirkt hat, meint, dass die Messlatte für die Übertragung durch die Luft zu hoch liegt. „Er sagt: „Es ist sehr schwer, den Nachweis zu erbringen, dass die Übertragung über die Luft erfolgt. „Tatsächlich sind die Beweise für die Übertragung über die Luft inzwischen so gut, dass sie viel besser sind als die Beweise für Kontakt oder Tröpfcheninfektion, für die es heißt, dass sich jeder die Hände waschen soll.“

Politikentwicklung

Endlich, sagt Morawska, ist ein starkes Handeln von oben entscheidend. „

In dem Kommentar in Clinical Infectious Diseases argumentieren sie und die anderen Forscher, dass Studien zu SARS-CoV-2 und anderen Viren stark darauf hindeuten, dass die Übertragung von SARS-CoV-2 über die Luft ein wichtiger Weg ist1.

Die WHO sagt, dass sie solchen Bedenken Aufmerksamkeit schenkt. Sie werde „weiterhin alles untersuchen, was auftaucht“, sagt Allegranzi. Im Juni stellte sie jedoch die Qualifikation derjenigen in Frage, die die Debatte vorantreiben. „Es gibt diese Bewegung, die sich durch die Veröffentlichung verschiedener Positions- und Meinungspapiere sehr lautstark zu Wort gemeldet hat“, sagt sie. „Warum fragen wir uns nicht, warum diese Theorien hauptsächlich von Ingenieuren, Aerobiologen usw. aufgestellt werden, während die Mehrheit der klinischen Fachleute, der Fachleute für Infektionskrankheiten, Epidemiologie, öffentliche Gesundheit und Infektionsprävention und -kontrolle nicht genau dasselbe denken? Oder sie wissen diese Erkenntnisse zu schätzen, sind aber nicht der Meinung, dass sie eine so herausragende Rolle spielen?“

Morawska bestreitet diese Charakterisierung. Auf der Liste der Personen, die sich dem Kommentar angeschlossen haben, stehen 40 Ärzte, Virologen und Epidemiologen für Infektionskrankheiten sowie mindestens 20 Aerosol-Wissenschaftler, die sich direkt mit der Übertragung von Infektionserregern befassen.

Auf der Pressekonferenz am 7. Juli sagte Maria Van Kerkhove, die technische Leiterin der WHO für COVID-19, über den Kommentar: „Viele der Unterzeichner sind Ingenieure, was ein wunderbares Fachgebiet ist, das zum wachsenden Wissen über die Bedeutung der Belüftung beiträgt.“

Regierungen haben begonnen, auf eigene Faust gegen die Übertragung über die Luft vorzugehen. Im Mai wurde der Leitfaden des deutschen Gesundheitsamtes dahingehend geändert, dass „Studien darauf hindeuten, dass das neuartige Coronavirus auch durch Aerosole übertragen werden kann … Diese Tröpfchenkerne können über längere Zeit in der Luft schweben bleiben und möglicherweise Viren übertragen. Räume, in denen sich mehrere Personen aufhalten, sollten daher regelmäßig gelüftet werden.“ Die CDC erwähnt weder Aerosole noch die Übertragung über die Luft, aber sie hat ihre Website am 16. Juni aktualisiert, um darauf hinzuweisen, dass die Nähe des Kontakts und die Dauer der Exposition wichtig sind.

Ein Sprecher der wissenschaftlichen Beratungsgruppe für Notfälle des Vereinigten Königreichs sagt, es gebe schwache Beweise für die Übertragung über Aerosole in einigen Situationen, aber die Gruppe empfiehlt dennoch, „dass Maßnahmen zur Kontrolle der Übertragung auch solche umfassen, die auf Aerosolwege abzielen“. Als das Vereinigte Königreich seine Richtlinien für die soziale Distanzierung überarbeitete, riet es den Menschen, in Situationen, in denen es nicht möglich ist, 2 Meter Abstand zu halten, zusätzliche Vorsichtsmaßnahmen zu treffen. Zu den Empfehlungen gehören das Tragen einer Gesichtsmaske und das Vermeiden von Interaktionen von Angesicht zu Angesicht, schlechte Belüftung und lautes Sprechen oder Singen.

Allegranzi sagt, dass das 35-köpfige Expertengremium der WHO, das neue Erkenntnisse prüft, mindestens viermal über die Übertragung über die Luft diskutiert hat und dass die WHO mit Aerobiologen und Ingenieuren zusammenarbeitet, um neue Erkenntnisse zu erörtern und bessere Belüftungsrichtlinien zu entwickeln.

Es ist nicht das erste Mal, dass Kliniker und Forscher während der Pandemie die WHO für ihre Langsamkeit bei der Aktualisierung der Richtlinien kritisiert haben. Viele hatten die Behörde schon früh aufgefordert, anzuerkennen, dass Gesichtsmasken zum Schutz der Bevölkerung beitragen können. Doch erst am 5. Juni änderte die WHO ihre Haltung und empfahl das Tragen von Stoffmasken, wenn eine soziale Distanzierung nicht möglich ist, wie z. B. in öffentlichen Verkehrsmitteln und in Geschäften. Viele Länder hatten die Verwendung von Masken bereits empfohlen oder vorgeschrieben. Am 3. April gab die CDC Empfehlungen zur Verwendung von Masken in Gebieten mit hohen Übertragungsraten heraus. Und die Beweise untermauern diese Maßnahmen: Eine systematische Überprüfung ergab zehn Studien zu COVID-19 und verwandten Coronaviren – vorwiegend in Einrichtungen des Gesundheitswesens -, die zusammengenommen zeigen, dass Gesichtsmasken das Infektionsrisiko verringern11.

Allegranzi räumt ein, dass die Position der WHO zu Masken „früher vielleicht weniger klar oder vorsichtiger war“. Sie sagt, dass neue Erkenntnisse darüber, dass eine Person mit SARS-CoV-2 in der Lage ist, die Krankheit weiterzugeben, bevor Symptome auftreten (präsymptomatisch) oder ohne jemals Symptome zu zeigen (asymptomatisch), in die Entscheidung zur Änderung der Leitlinien eingeflossen sind. Ein weiterer wichtiger Faktor war eine von der WHO in Auftrag gegebene Studie, die zeigte, dass Gesichtsmasken aus Stoff eine wirksame Barriere darstellen.

Forscher, die für die Bedeutung von Aerosolen plädieren, sagen, dass Regierungen und Unternehmen spezifische Maßnahmen ergreifen sollten, um diesen potenziellen Übertragungsweg zu reduzieren. Morawska wünscht sich Empfehlungen gegen die Luftzirkulation in Gebäuden und gegen die Überbelegung; sie fordert Normen, die ein wirksames Maß an Belüftung vorschreiben, und möglicherweise solche, die verlangen, dass Luftsysteme Partikel herausfiltern oder ultraviolettes Licht verwenden, um über die Luft übertragene Viren abzutöten12.

Allegranzi behauptet, dass die derzeitigen WHO-Empfehlungen solide sind. „Es handelt sich um ein Bündel von Vorsichtsmaßnahmen, einschließlich Handhygiene, einschließlich Masken, einschließlich Distanzierung, die alle wichtig sind“, sagt sie. Einige dieser Maßnahmen werden sich auch auf die Aerosol-Übertragung auswirken, wenn diese Realität ist.“