Neuartige Vakzine gegen Corona kommen in Rekordzeit. Wie sie funktionieren.
Um die Covid-19-Pandemie einzudämmen, wurden in Rekordtempo neuartige Impfstoffe entwickelt. Doch auch traditionellere Technologien kommen zum Einsatz.
Wohl nichts bewegt zur Zeit die Gemüter so sehr wie die Fragen nach dem wirksamsten Impfschutz gegen die SarsCoV-2-Viren, gefolgt von Überlegungen zur besten Strategie der Bekämpfung von Covid19. Übertroffen höchstens vom Ärger über die verschiedensten Einschränkungen des täglichen Lebens. Unterschiedlichste Meinungen schwirren durch Internet, Talkshows und sind auf Zeitungsseiten zu lesen. Und selbst die Professoren der Virologie und Immunologie sind nicht immer einer Meinung. Wissenschaftler sind in der Regel eben darauf trainiert, möglichst keine »absoluten« Wahrheiten zu verkünden. Die Verunsicherung wächst auch dadurch, dass besonders von politisch Handelnden nur ganz selten und dann sehr leise gesagt wird: » ’tschuldigung, wir haben es vor kurzem nicht besser gewusst!« oder »tschuldigung, wir mussten aus der Not eine Tugend machen.«
Und so stürzen sich verunsicherte Menschen auf alle erreichbaren Informationsquellen und versuchen, sich ein Bild zu machen. Das ist erst einmal gut und begrüßenswert, aber um ein stimmiges Bild zu erhalten genügt es nicht, hier einen Schnipsel aufzuheben und dort einen anderen anzukleben. Machen doch zwei Halbwahrheiten noch keine ganze.
Wenn man nicht geimpft (immunisiert) ist, ist man zumindest der ersten Infektion schutzlos ausgeliefert. Die kann glimpflich oder aber mit schweren bis tödlichen Komplikationen verlaufen. Wie der Verlauf sein wird, ist nicht vorhersagbar, und auch ein weniger dramatischer Verlauf ist, wie viele Betroffene berichten, alles andere als ein Sonntagsspaziergang. Die Frage ist also: Ungeimpft mit hoher Wahrscheinlichkeit erkranken und weitere Mitmenschen anstecken, oder geimpft von der Krankheit mit hoher Wahrscheinlichkeit verschont bleiben und auch nicht Überträger sein.
Die bisher zugelassenen Impfstoffe (Vakzine) sind in klinischen Studien an jeweils Zehntausenden von Freiwilligen geprüft worden. Die Aussagen über die Wirksamkeit hängen stark von Größe und Zusammensetzung der beteiligten Probanden-Kollektive ab. Wenn im Zusammenhang mit dem Vakzin ungewöhnliche Komplikationen beobachtet worden wären, wäre dies zumindest den Zulassungsstellen, die auch den Produktionsprozess kritisch begleiten, bekannt. Impfskeptiker mögen meinen, die Zulassungsstellen verschweigen diese Fälle. Doch wer jemals mit US-amerikanischen (FDA) oder deutschen (PEI) Zulassungsstellen zu tun hatte, weiß, dass Schummeln sehr, sehr schwierig ist und die Zulassungsstellen keine Veranlassung haben, die Hersteller zu schonen.
Wie wirken nun die bereits in Anwendung (zugelassenen) bzw. noch in der Erprobungsphase befindlichen Vakzine? Eines ist allen gemeinsam: Teilstücke des Virus, in der Regel Bereiche von Virus-Oberflächenproteinen, werden mit dem menschlichen Immunsystem in Kontakt gebracht, das dadurch angeregt wird, Abwehrproteine (Antikörper, »humorales Immunsystem«) zu bilden und die zellbasierten Abwehrsysteme auf den Erreger anzusetzen, etwa durch Bildung von Gedächtniszellen (Abwehrzellen, die bei einem späteren Kontakt mit dem Virus oder Bakterium die Bildung von Antikörpern im Schnelldurchlauf ermöglichen). Eine zweite Impfung Wochen später (Boost) dient einer erneuten, meist stärkeren Immunantwort. Berichte von bisherigen Impfungen zeigen, dass besonders nach der zweiten Impfung gehäuft leichtes Fieber und Schüttelfrost auftreten – ein Zeichen der Immunreaktion.
Die einzelnen Vakzine unterscheiden sich darin, wie dieser Immunmechanismus ausgelöst wird. Anfang 2021 wurde weltweit an über 250 möglichen Vakzinen geforscht. In der Endphase der klinischen Erprobung befanden sich sechs mRNA-basierte, sechs DNAbasierte, 13 vektorbasierte, acht Vakzine mit inaktivierten Viren und 15 Vakzine mit Virusproteinen.
mRNA-basierte Vakzine
mRNA (messenger RNA, Boten-RNA) ist eine Nukleinsäure, die unmittelbar die »Bauanleitung« (Code) enthält, nach der in einer
Zelle mit zelleigenen Komponenten aus einfachen Bausteinen Eiweißstoffe (Proteine) synthetisiert werden. Codiert nun eine mRNA für ein Virusprotein und wird diese mRNA in eine Zelle eingeschleust, wird in dieser Zelle auch das virale Protein gebildet, das anschließend, weil die Zelle keine rechte Verwendung dafür hat, an die die Zelle umgebende Flüssigkeit (z.B. das Blut) abgegeben oder an der Zelloberfläche präsentiert. Da dieses Protein für den Organismus fremd ist, tritt das Immunsystem in Aktion. Eine Virusvermehrung kann nicht erfolgen, da die dafür notwendige virale RNA viel umfangreicher ist als die für ein einzelnes Protein.
Vakzine, die auf diesem Prinzip beruhen, sind z.B. die von den Firmen Biontech/Pfizer, Moderna, Curevac oder vom Forschungsinstitut der chinesischen Volksbefreiungsarmee entwickelten. Technologisch lassen sich nach diesem Verfahren hergestellte Impfstoffe rasch auf Veränderungen im Erreger (Stichwort: Mutanten) anpassen, das Zulassungsverfahren für diese dann veränderten Impfstoffe wird aber nicht zwingend einfacher.
Vektorbasierte Vakzine
Es gibt Viren, die keine Erkrankung im Menschen verursachen, die aber eine eingebaute Erbsubstanz schützen können und über Mechanismen verfügen, um in menschliche Zellen einzudringen und dort ihre Proteine produzieren zu lassen. In solche Viren wird gentechnisch der Code für Sars-CoV-2-Proteine eingeschleust. Mit dieser Technologie, die schon bei Impfstoffen gegen andere Viren erfolgreich angewandt wurde, wurden die Vakzine vom Gamaleya Forschungsinstitut (Sputnik V), von Astra-Zeneca, vom Beijing Institut für Biotechnologie, von Johnson & Johnson (Jansen Pharmaceutical) und anderen entwickelt. Das Prinzip dieses Impfstofftyps hat Reinhard Renneberg im »nd« vom 20./21.2.2021 dargestellt. Wie bei den mRNA-Impfstoffen produziert die geimpfte Zelle Virusproteine, die das Immunsystem in Gang setzen.
Manche(r) mag sich fragen, ob die verwendete Virus-Erbsubstanz in den mRNAund Vektor-Vakzinen in das menschliche Erbgut eingebaut werden und vielleicht dort später Unheil anrichten kann. Beides kann mit fast absoluter Sicherheit verneint werden. Im Falle der mRNA-Vakzine müsste die Erbinformation in den Zellen zuerst in DNA umgeschrieben werden, doch dafür fehlen den Säugerzellen die nötigen Enzyme. Und das Prinzip der Vektor-Vakzine wird schon seit einigen Jahren angewandt. Noch nie wurde ein Fall beschrieben, bei dem eine zelluläre Entartung auf das verwendete Vakzin zurückzuführen wäre – es bleibt also bei einer sehr theoretischen Möglichkeit.
Sars-CoV-2-basierte Vakzine
Seit Langem werden Impfstoffe aus abgetöteten (inaktivierten) Viren (z.B. gegen Tollwut oder Grippe) oder isolierten Oberflächenproteinen natürlichen oder gentechnischen Ursprungs der jeweiligen Viren hergestellt (z.B. gegen Keuchhusten oder Grippe) und dann in Verbindungen mit Begleitstoffen und Immunverstärkern (Adjuvantien und Enhancer) injiziert. Auch genetisch veränderte Viren, die ihrer Gefährlichkeit beraubt wurden, werden eingesetzt (z.B. bei Impfungen gegen Windpocken, Masern oder Kinderlähmung). Ob nun abgetötete oder abgeschwächte Viren oder Virusbestandteile, um sie in großen Mengen zu produzieren, müssen sie massenhaft in geeigneten Zellkulturen vermehrt werden. Da man es ursprünglich mit dem vollständigen Erreger zu tun hat, sind aufwendige Sicherheitsmaßnahmen nötig. Das Verfahren muss zudem sicherstellen, dass am Ende keinesfalls funktionsfähige Viren in den Impfstoff kommen. Impfstoffe dieser Art werden, wie das Beispiel der Impfung gegen Pocken-Viren zeigt, bereits seit mehr als 200 Jahren erfolgreich eingesetzt. Prinzipiell ist das auch für Impfstoffe gegen Sars-CoV-2 möglich, wie die Entwicklungen von SinoVac, Sinopharm, Wuhan Institut für biologische Produkte und zahlreichen anderen zeigen.
Für alle Impfstoffe gilt: Im Kleinen, im Labor ist immer alles relativ einfach. Man braucht nicht viel Substanz, man kann improvisieren. Und wenn dann die Experimente geklappt haben, schäumt die Freude über das Gelingen über: »Wir haben’s geschafft!« Das hört sich gut an, und so schallt es aus allen Blättern und auf allen Kanälen: »Der Impfstoff kommt! Die Wirksamkeit ist gezeigt!« Nichts wird begieriger aufgenommen als eine Nachricht, die das Ende aller Schrecken verkündet.
Aber leider ist es nicht so einfach. Da müssen Apparaturen beschafft werden, in denen der Impfstoff im großen Maßstab mit der gleichen oder höheren Qualität hergestellt werden kann wie im Entwicklungslabor. Die Rohstoffe, die es nicht an jeder Ecke gibt, werden plötzlich in ungeahnten Mengen benötigt, was auch die Rohstofflieferanten überrascht und herausfordert. Es müssen plötzlich größere Produktmengen gereinigt und sterilisiert werden. Abfüllung und Lagerung unter Reinstraumbedingungen müssen geschaffen werden. Selbst die Frage, ob geeignete Ampullen, Spritzen und Transportcontainer in ausreichender Menge beschafft werden können, ist zu klären. Welcher (Impfstoff-)Produzent hat schon auf puren Verdacht hin auf Vorrat produziert? Begleitend müssen Qualitätssicherung und -kontrolle für die Großproduktion entwickelt, etabliert und validiert werden. Das alles ist machbar, man kann mit Geld und personellem Einsatz vieles beschleunigen, aber in wenigen Tagen geht das nicht.
Die Entwicklung von Impfstoffen zur Eindämmung der Pandemie hat gezeigt, dass es möglich ist, in bisher unvorstellbar kurzer Zeit zu einem Erfolg zu kommen, wenn Kräfte zusammengeführt werden und wenn es gelingt, über den eigenen Schatten zu springen. Es ist nun zu wünschen, dass diese Kraftanstrengung allen Menschen auf der Erde zugutekommt. Und mit Besonnenheit und Ruhe sollte den Menschen die Angst vor dem Unbekannten, Unsichtbaren, nicht leicht Verständlichen genommen werden, damit sie aus freien Stücken, mit Überzeugung durch Teilnahme am Impfprogramm ihren weiteren Anteil am Kampf gegen diese und vielleicht noch folgende Pandemien übernehmen.
– Basis Virusproteine – in Kuba