Corona Impfstoff

Corona: Impfstoffe im Zeitraffer

Von Juliette Irmer

Noch nie zuvor sind Impfstoffe so schnell entwickelt worden, wie jene gegen das Coronavirus. Knapp ein Jahr nachdem das Erbgut von SARS-CoV-2 entschlüsselt wurde, sind bereits erste Zulassungen für neuartige mRNA-Impfstoffe erteilt. Ende Dezember gab auch die Europäische Arzneimittelbehörde (EMA) grünes Licht: Nun kann Europa mit dem Impfen beginnen. Das Rekordtempo ist auch der Gentechnik zu verdanken, die die Entwicklung neuer Impfstofftechnologien erst möglich gemacht hat.

In den vergangenen Jahrzehnten haben SARS, Ebola, Zika und jetzt COVID-19 gezeigt, dass die Menschheit nicht vor neu entstehenden Infektionskrankheiten gefeit ist. Im Gegenteil: Die Kombination aus dicht bevölkerten Städten und sehr hoher Mobilität bietet Krankheitserregern ideale Ausbreitungsbedingungen.

Impfstoffe COVID19

Impfstoffe gegen COVID19. Impfstofftypen und Wirkungsweisen (Grafik oben), Beispiele für Impfstoffe (Tabelle unten).

Grafik: vfa; Foto oben: iStock/kovop58

mRNA-Technologie

Hersteller Stand EU
BioNtech / Pfizer (1) Studie Phase III: 95% Wirksamkeit; zugelassen
Moderna (2) Studie Phase III: 94% Wirksamkeit: zugelassen
CureVac Studie Phase III; Antrag Zulassung angekündigt

Vektor-Impfstoffe

Astra-Zeneca (3) Studie Phase III: 62/90% Wirksamkeit; Antrag Zulassung

DNA-basierte Impfstoffe

Inovio Studie Phase II/III

(1) zugelassen in Großbritannien, Kanada, USA, Schweiz und weiteren Ländern, in der EU am 21.12.2020

(2) zugelassen in den USA, in der EU am 06.01.2021

(3) zugelassen in Großbritannien, Indien

Vor diesem Hintergrund wird seit über zwanzig Jahren an neuen, gentechnisch herstellbaren Impfstoffen geforscht, die eine schnellere Entwicklung und die Produktion im großen Maßstab ermöglichen sollen. Denn die Entwicklung klassischer Impfstoffe braucht Zeit, da sie in aller Regel aus abgeschwächten oder inaktivierten Erregern oder Bestandteilen derselben bestehen, was die Kultivierung des gesamten Erregers erfordert. So nimmt etwa die Vermehrung von Grippeviren in Hühnereiern zur Herstellung des Impfstoffs mehrere Monate in Anspruch.

Die Corona-Pandemie hat einen historisch einmaligen Wettlauf um einen Impfstoff entfacht, der den genbasierten Kandidaten zum Durchbruch verhelfen könnte. Der „Startschuss“ war der 10. Januar 2020, als chinesische Wissenschaftler die vollständige Genomsequenz von SARS-CoV-2 in einer Online-Datenbank veröffentlichten. Weltweit machen sich Wissenschaftler an die Erbgutanalyse, entwerfen Nachweisverfahren und identifizieren 29 Proteine. Sie kommen rasch voran, auch weil das Erbgut des neuen Coronavirus jenem des bereits bekannten Sars-CoV ähnelt, das 2003 zu mehreren Ausbrüchen führte. So stellt sich schnell heraus, dass das Spike-Protein, der dreiteilige Stachel, der aus der Virushülle herausragt und für den Eintritt in die Wirtszelle zuständig ist, sich als Antigen eignet.

Antigene sind die Grundlage jeder Impfung, egal ob klassisch oder genbasiert. Es handelt sich dabei um jene Virusteile, die das Immunsystem als körperfremd erkennt, woraufhin es Antikörper bildet. Diese können die Antigene, also die abstehenden Stachelproteine oder Teile davon, überall im Körper detektieren. Stoßen sie auf ein Coronavirus, blockieren die Antikörper die Stachelproteine, so dass der Weg ins Innere der Zelle versperrt ist.

Der entscheidende Unterschied zwischen den verschiedenen Impfstofftypen ist der Transport des Antigens in die Zelle: Bei klassischen Impfstoffen wird das Antigen direkt gespritzt, in Form inaktivierter oder abgeschwächter Viren oder viraler Proteinbruchstücke. Bei genbasierten Impfstoffen überbringt entweder ein harmloses Virus die genetische Information für das Antigen (Vektorimpfstoff) oder diese wird pur, also als DNA oder Messenger-RNA (mRNA) verabreicht. Hier stellt der Körper das Antigen anhand der gespritzten Bauanleitung also selbst her.

Die WHO listet momentan mehr als 200 Corona-Impfforschungsprojekte weltweit auf. Am weitesten fortgeschritten sind die Impfstoffe des Mainzer Biotech-Unternehmens BioNtech (BNT162b2) und des US-Unternehmens Moderna (mRNA-1273), beide auf der Basis von mRNA. Auch das Tübinger Biotech-Unternehmen CureVac nutzt die mRNA-Technologie für die Entwicklung eines Corona-Impfstoffes und berichtete kürzlich von positiven Zwischenergebnissen.

Im Dezember 2020, noch nicht einmal ein Jahr nach der Sequenzierung des Sars-CoV-2-Genoms, erteilten Behörden in Großbritannien und USA im beschleunigten Verfahren die ersten Zulassungen für mRNA-Impfstoffe, zunächst für den von BioNtech/Pfizer, später auch den von Moderna. Nun hat auch die Europäische Arzneimittelbehörde (EMA) den BioNtech/Pfizer-Impfstoff nach einer umfassenden Überprüfung im regulären Verfahren freigegeben. Nach der Bestätigung durch die EU-Kommission können alle EU-Ländern mit dem Impfen beginnen. Anfang Januar 2021 soll auch der Moderna-Impfstoff folgen.

RNA-Impfstoffe sind ein Novum: Noch nie wurde eine Impfung auf Basis von mRNA zugelassen, und noch nie erhielt ein Impfstoff so schnell grünes Licht. Viele Menschen verunsichert das. Entgegen kursierenden Fehlinformationen kann sich mRNA aber nicht in das menschliche Erbgut integrieren, denn zum einen gelangt sie gar nicht in den Zellkern, und zum anderen kann sich einsträngige RNA nicht in doppelsträngige DNA umwandeln, was eine Integration zusätzlich unmöglich macht. Retroviren wie etwa HIV können RNA in DNA umschreiben, benötigen dazu jedoch das Enzym Reverse Transkriptase. Um diese DNA dann in das Wirtsgenom zu integrieren bedarf es noch eines weiteren Enzyms, der Integrase. Beide Enzyme fehlen Menschen. Im Zellplasma (Zytosol) angekommen, übersetzt die körpereigene Zellmaschinerie die mRNA also automatisch in das Antigen und baut sie danach restlos ab.

An RNA-Impfstoffen wurde außerdem schon lange vor Corona geforscht. So laufen derzeit mehrere klinische Studien zu Krebs und anderen Infektionskrankheiten wie Tollwut, Zika, Chikungunya und Influenza.

Auch die anderen genbasierten Corona-Impfstoffe, die momentan in der Entwicklung sind, kommen nicht aus dem Nichts. Bei DNA-Impfstoffen etwa wird das Antigen-Gen, wieder ein Teil des Spikeproteins, in ein Plasmid, also einen ringförmigen DNA-Strang, eingefügt. Dieses Plasmid mitsamt eingefügtem Antigen muss zunächst in den Zellkern gelangen, wo die DNA in mRNA umgeschrieben wird, die dann ins Zytosol wandert, wo sie in das Spikeprotein übersetzt wird.

Bei dieser Art der Impfung besteht tatsächlich das Risiko, dass sich die plasmidische DNA in das Erbgut integriert und dabei Gene aktiviert oder deaktiviert werden könnten. Klaus Cichutek, Präsident des Paul-Ehrlich-Instituts in Langen, der Zulassungsbehörde für Impfstoffe, relativiert diese Gefahr aber im Deutschen Ärzteblatt: „Wir haben bei den DNA-Impfstoffen lange Jahrzehnte damit verbracht, einem theoretischen Risiko nachzugehen, das sich dann am Tier und in klinischen Prüfungen eigentlich nie bewahrheitet hat“.

DNA-Impfstoffe wurden bislang nur in der Tiermedizin zugelassen, sie werden derzeit aber gegen etwa zwanzig Krankheiten, darunter Influenza, Aids, Hepatitis B und C und Tollwut, getestet.

Eine weitere moderne Technologie sind Vektorimpfstoffe: Dazu nutzen Wissenschaftler harmlose Schnupfenviren, entfernen deren Erbgut und fügen das Gen für das gewünschte Antigen ein. Werden diese Viren geimpft, tun sie das, worauf Viren spezialisiert sind: Sie entern Zellen und sorgen dafür, dass ihr Erbgut, in diesem Fall aber nur das Antigen, von der Zellmaschinerie übersetzt wird. Gegen Ebola ist ein solcher Impfstoff in der EU bereits zugelassen.

Das Problem mit solchen harmlosen Virusvektoren ist oft, dass Menschen aus früheren Infektionen bereits neutralisierende Antikörper haben, die den Vektor abfangen können, bevor er in ihre Zellen eindringt. Der Pharmakonzern AstraZeneca umgeht das Problem, indem ein Schimpansen-Virus verwendet wird. Verabreicht man denselben Vektor zweimal, kann das Problem aber dennoch entstehen. Womöglich erklärt das die zunächst merkwürdigen Ergebnisse von AstraZeneca, bei der die halbe Impfdosis beim ersten Impftermin zu besseren Ergebnissen führte.

Genbasierte Impfstoffe haben den Vorteil, dass sie vollständig gentechnisch hergestellt werden können, Hühnereier und aufwändige Zellkulturen also wegfallen. Die technischen Fortschritte der vergangenen Jahrzehnte sind enorm, die Preise massiv gesunken. DNA lässt sich äußerst schnell und günstig entziffern, und DNA und RNA ebenso leicht Baustein für Baustein neu synthetisieren. Wissenschaftler haben außerdem einen Weg gefunden, die grundsätzlich instabilen RNA-Moleküle zu stabilisieren, indem sie sie mit Lipidnanopartikeln, also Fetttröpfchen, umhüllen und so für den Transport ins Zellinnere rüsten.

Die überraschende Geschwindigkeit, mit der Corona-Impfstoffe entwickelt werden, geht aber nur zum Teil auf die Gentechnik zurück: Das Antigen, das Stachelprotein, war von der Impfstoffforschung an SARS-CoV bereits bekannt, die Rekrutierung von Studienteilnehmern in ausreichender Anzahl ist während einer Pandemie leichter, und der entscheidende, limitierende Faktor, Geld, spielt keine Rolle.

Die Frage, die sehr viele Menschen beschäftigt, ist nun aber jene nach der Sicherheit. Die Impfstoffentwickler versichern reihum eine hohe Wirksamkeit und geringe Nebenwirkungen wie Kopfschmerzen oder Schmerzen an der Einstichstelle. Die Daten beruhen immerhin auf 44.000 Studienteilnehmern bei BioNtech/Pfizer und 30.000 bei Moderna, von denen jeweils die Hälfte einen Impfstoff erhielt. Die Zulassungsbehörden sichten nun also die Daten von Zehntausenden Impflingen.

Einige Fragen sind aber noch offen: Wie lange hält die Schutzwirkung der Impfung an? Und geben geimpfte Personen das Virus trotzdem weiter oder nicht? Auch aus diesem Grund steht schon fest, dass die Wirkung der Impfstoffe auch nach der Zulassung weiter überwacht wird.

Impfstoffe sind eine der größten Errungenschaften der Medizin. Mithilfe klassischer Impfstoffe wurden die Pocken ausgerottet und andere schwere Infektionskrankheiten wie Polio, Tetanus und Masern erfolgreich zurückgedrängt. Die neuen, genbasierten Impfstoffe werden bald Gelegenheit bekommen, sich zu bewähren.

Diskussion / Kommentare

Kommentare werden geladen…