Corona

Corona: Impfstoffe gegen Virusmutationen

Von Juliette Irmer

Die neuen Virusvarianten sind ein eindrucksvolles Beispiel für Evolution. Die Varianten werfen allerdings Fragen auf hinsichtlich der Wirksamkeit der Impfstoffe. Behörden und Impfstoffentwickler arbeiten bereits an Lösungen.

Viren sind strenggenommen keine Lebewesen, da ihnen ein eigener Stoffwechsel fehlt und sie für ihre Vermehrung zwingend auf eine Wirtszelle angewiesen sind. Entsprechend sind Viren wahre Spezialisten, wenn es darum geht, in Körperzellen einzudringen. Ist ihnen das gelungen, programmieren sie die Zellmaschinerie um, so dass diese fortan massenweise neue Viren produziert: bis zu 10000 pro Zelle. Die Informationen für diesen Vorgang sind im viralen Erbgut codiert, das bei SARS-CoV-2 aus 30000 RNA-Nukleotiden besteht, was im Virenreich riesig ist. Zum Vergleich: Bei HIV sind es 10000 Nukleotide, bei Influenza 14000. (Das Erbgut des Menschen ist mit 3,2 Milliarden DNA-Nukleotiden 100000-mal größer.)

Corona Spike Protein

Mutationen im Spike-Protein haben dazu geführt, dass das Corona-Virus leichter in Zellen eindringen kann.

Varianten B.1.1.7 (UK) B.1.351 (ZAF) P.1 (BRA)
Mutationen 23 21 17
Spike Mutationen 8 9 10
Gemeldete Länder 93 46 22

Stand: 23.02.2021

Foto: iStock, großes Foto oben: cetkauskas / 123RF

Am 10. Januar 2020 stellten chinesische Wissenschaftler das erste vollständig entschlüsselte Genom des neuen Coronavirus online. Heute (Stand Februar 2021) umfasst die GISAID-Datenbank, die Wissenschaftlern rund um den Globus normalerweise dazu dient, Daten über Influenzaviren zu teilen und gemeinsam zu analysieren, über 614000 vollständig sequenzierte SARS-CoV-2-Genome. (Rund ein Drittel stammt aus England, das Vorreiter in Sachen Sequenzieren ist.)

Das Viren-Erbgut ist nicht nur der Schlüssel für die Entwicklung von Impfstoffen und Medikamenten, sondern dient auch der Kontrolle der Pandemie. Zentral ist dabei das Open-Source-Projekt Nextstrain. Das Projektteam analysiert die Genomsequenzen, erstellt Stammbäume, visualisiert Übertragungsketten und Ausbreitungswege und stellt alles online. Kürzlich hinzugekommen ist die Plattform CoVariants, die die Ausbreitung der unterschiedlichen Coronavirus-Varianten in einzelnen Ländern grafisch dargestellt.

Ursache für die Varianten sind Mutationen, kleine Veränderungen des Erbguts, die durch das Entschlüsseln der Genome nachverfolgt werden können. Mutationen passieren zufällig und sie passieren ständig: Denn bei der Virusvermehrung werden die 30000 RNA-Bausteine tausende Male kopiert, was nicht immer fehlerfrei gelingt - trotz des Reparaturmechanismus, der Coronaviren eigen ist.

Infizieren die frischvermehrten Viren neue Zellen bzw. Wirte, erben die Nachkommen diese „Kopierfehler“ und möglicherweise kommen bei ihrer erneuten Vermehrung weitere hinzu. Der Großteil der Mutationen ist bedeutungslos. Ab und an führen sie aber zu neuen Eigenschaften, die sich auf das Infektionsgeschehen auswirken können. Im Falle des Coronavirus sind das vor allem Mutationen im Spike-Protein, das dem Virus Zugang ins Zellinnere verschafft. Bietet die neue Mutation Vorteile, kann sie zum Trend werden.

Gut zu beobachten ist das aktuell bei der erstmals in England nachgewiesenen Virusvariante B.1.1.7, die mittlerweile das Infektionsgeschehen in England, Irland und Belgien dominiert und sich in zahlreichen anderen Ländern, auch Deutschland, ausbreitet. Die Mutationen im Spike-Protein sorgen dafür, dass B.1.1.7 leichter in Zellen eindringen kann. B.1.1.7 infiziert also mehr Menschen, hat mehr Nachkommen, die ebenfalls leichter übertragen werden etc.

Auch in Südafrika und Brasilien wurden neue Virusvarianten identifiziert, die leichter übertragbar sind. B.1.351 und P.1 ähneln sich, sie teilen unter anderem eine Mutation namens E484K, bei der es sich wohl um eine Immun-Escape Mutation handelt. Das ist eine Veränderung, die dazu führt, dass das mutierte Virus Antikörpern entkommt, die nach einer Impfung oder einer Infektion mit dem ursprünglichen Coronavirus gebildet wurden. (Die Erbgutveränderung bewirkt einen Aminosäure-Austausch im Spikeprotein, was dazu führt, dass Antikörper dort nicht mehr binden können). Im Klartext: Eine solche Virusvariante könnte bereits infizierte Personen und Geimpfte re-infizieren. Die drei oben beschriebenen Virusvarianten von SARS-CoV-2 werden aufgrund ihres möglichen Gefährdungspotentials als Variants of Concern (VOC) bezeichnet.

Die Evolution des Coronavirus führt damit zwangsläufig zur Frage wie lange die gerade entwickelten Impfstoffe wirksam sein werden und, ob sie gegen die Varianten schützen. Daten aus England und einige Studien weisen darauf hin, dass die Impfstoffe gegen B.1.1.7, die in Europa am weitesten verbreitete Variante, verlässlich schützen.

Bei der südafrikanischen Variante hingegen lässt die Impfwirkung nach. (Daten zu P.1. sind noch kaum vorhanden). So können Antikörper aus dem Blutserum von Menschen, die mit dem BioNTech- oder Moderna -Vakzin geimpft wurden, Viren mit der E484K-Mutation nicht mehr so gut neutralisieren.

Eine kleinere Studie aus Südafrika hatte gezeigt, dass der Impfstoff von AstraZeneca bei einer Infektion mit B.1.351 nur schwach vor milden bis moderaten Verläufen schützt. Experten betonen jedoch, dass alle derzeit verfügbare Impfstoffe vor schweren Verläufen schützen.

Die Virenvarianten erschweren zweifellos die Lage. Allerdings wurden in einem Jahr Pandemie wertvolle Erfahrungen gewonnen und binnen eines Jahres allein drei Impfstoffe zugelassen (und drei weitere stehen kurz davor). Wissenschaftler, Impfstoffhersteller und Zulassungsbehörden reagieren bereits auf die neue Situation und bereiten sich vor: Geprüft und entwickelt werden

  • Booster-Impfungen mit dem ursprünglichen Impfstoff, die die Antikörper-Konzentration erhöhen
  • Impf-Kombinationen mit unterschiedlichen Vakzinen (mRNA-+Vektor-Impfstoff oder umgekehrt)
  • Impfstoff-Updates gegen die neuen Varianten

So lassen sich die neuen, genbasierten Impfstoffe relativ einfach aktualisieren, indem die Antigen-Information für das Spike-Protein an die mutierte Virussequenz angepasst wird.

Die Behörden bereiten außerdem einen neuen Zulassungsmechanismus vor, mit dem Impfstoff-Updates möglichst zügig zugelassen werden sollen. So soll die Entwicklung eines solchen Updates und dessen Herstellung innerhalb von drei Monaten ermöglicht werden.

Experten weisen darauf hin, dass weitere Varianten entstehen werden. Das können harmlosere sein oder VOCs. Die Wahrscheinlichkeit dafür steigt bei einem hohen Infektionsgeschehen. Wichtig in diesem Zusammenhang ist auch das Zusammenspiel von Mutation und Selektion: Sind viele Menschen durch eine Impfung oder natürliche Infektion immun, gerät SARS-CoV-2 unter Selektionsdruck: Jene Viren, die Antikörper entgehen, haben dann einen Überlebensvorteil. So sind B.1.351 und P.1 an Orten in Südafrika und Brasilien entstanden, wo schon ein relativ großer Bevölkerungsteil immun war.

Die Empfehlungen lauten deswegen: Rasch impfen und die Fallzahlen niedrig halten – nicht nur in Deutschland, sondern weltweit. So zirkulieren weniger Viren und so bremst man die Entstehung von neuen Mutationen.

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