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Coronavirus: Wie könnte ein Impfstoff aussehen?

Impfstoff
Weltweit wird nach einem Impfstoff gegen SARS-CoV-2 gesucht (Bild: chval/ iStock)

Während Länder weltweit gegen Covid-19 und die weitere Ausbreitung der Coronavirus-Pandemie kämpfen, suchen Wissenschaftler mit Hochdruck nach einem Impfstoff gegen Sars-CoV-2. Doch welcher Ansatz dabei den besten Erfolg verspricht, ist noch unklar. Am weitesten fortgeschritten sind neuartige mRNA-Impfstoffe, die die Zellen dazu bringen, das immunstimulierende Virenantigen selbst zu erzeugen. Eine erste Studie ist gerade in den USA angelaufen. Allerdings ist dieser Impfstofftyp noch völlig ungetestet. Andere Teams verfolgen daher einen klassischeren Ansatz gegen das Virus.

Bisher gibt es weder ein zugelassenes Heilmittel noch eine Impfung gegen den neuen Erreger Sars-CoV-2. In China und den USA laufen allerdings bereits klinische Studien mit Wirkstoffen, die die Virenvermehrung unterbinden und so schwere Verläufe von Covid-19 verhindern sollen. Ein Kandidat ist unter anderem das ursprünglich gegen Ebola entwickelte Remdesivir. Sein Einsatz wird jetzt auch in Deutschland durch Tests mit Patienten erprobt. Doch neben der akuten Behandlung erkrankter Patienten geht es auch darum, die Coronavirus-Pandemie durch einen Impfstoff dauerhaft zu stoppen. Denn zurzeit befürchten Epidemiologen, dass sich der aktuelle Ausbruch selbst in der wärmeren Jahreszeit nur leicht abschwächen wird und dass im Herbst eine neue Infektionswelle bevorstehen könnte. Deshalb arbeiten Forscherteams weltweit an der Entwicklung eines Impfstoffs gegen Sars-CoV-2. Er soll das körpereigene Immunsystem vor einer Infektion dazu befähigen, den Erreger zu erkennen und eine Abwehr gegen ihn aufzubauen.

Im Falle des Coronavirus nutzen aktuelle Strategien vor allem Proteine aus der Virenhülle und das für die Bindung an die menschlichen Zellen nötige Spike-Protein als „Virus-Erkennungsmerkmal“ – fachsprachlich Antigen. Die Art, wie das Immunsystem diese Vorab-Information über das Virus erhält, ist bei den zurzeit getesteten Impfstoff-Kandidaten unterschiedlich. Im klassischen Ansatz enthält ein Vakzin typischerweise abgetötete Viren, virale Proteine oder auch harmlose Viren mit aufgepflanzten Corona-Hüllproteinen als Antigen. Sie lösen dann die Immunreaktion und die Bildung von Antikörpern direkt aus. Diese Impfstrategie wird bisher bei den meisten Schutzimpfungen eingesetzt, beispielsweise gegen die saisonale Grippe oder Masern. Aktuell nutzen mehrere Forscherteams und Unternehmen diesen Ansatz. Ausgangspunkt sind dabei meist bereits entwickelte Impfstoffe gegen Influenza, Sars, Mers-CoV oder das Infektiöse-Bronchitis-Virus (IBV). Mittels Gentechnik werden deren Trägerviren so abgewandelt, dass sie nun Hüll- oder Bindungsproteine von Sars-CoV-2 tragen. Einen solchen Impfstoff entwickeln und testen zurzeit Forscher am Deutschen Zentrum für Infektionsforschung, am israelischen MIGAL-Forschungszentrum, in Großbritannien und auch beim Pharmakonzern Janssen in den USA.

mRNA-Vakzine: Der Körper macht das Antigen selbst

Als schnellere Lösung gilt allerdings die neue mRNA-Technologie. Bei dieser enthält der Impfstoff nicht das Antigen selbst, sondern nur die Bauanleitung dafür – in Form einer Boten-RNA. Als Basis für die mRNA-Sequenz dient das bereits im Januar 2020 von chinesischen Forschern entschlüsselte und veröffentlichte Erbgut von Sars-CoV-2. Die in dem Vakzin enthaltene mRNA wird von den Zellen aufgenommen und in den Ribosomen, den Proteinfabriken der Zelle, ausgelesen. Diese produzieren dann das entsprechende virale Protein oder Proteinstück und setzen es im Körper frei. Dann kann das Immunsystem auf dieses Antigen reagieren und entsprechende Antikörper bilden. Der Vorteil: Weil der Körper selbst das Antigen produziert und man nicht erst Trägerviren produzieren muss, kann dieser Impfstoff relativ schnell produziert und auch abgewandelt werden. Dieser Ansatz gilt daher als besonders vielversprechend und Impfstoff-Kandidaten nach diesem Prinzip sind bislang am weitesten fortgeschritten. Zu den aktuellen Entwicklern solcher Coronavirus-Vakzine gehören die jüngst von Donald Trump hofierte deutsche Firma CureVac und das US-Unternehmen Moderna.

„Mit unserer einzigartigen mRNA-Technologie können wir die Natur nachahmen und dem Körper die Information bereitstellen, die er benötigt, um gegen das Virus zu kämpfen“, erklärt Mariola Fotin-Mleczek von CureVac. Die Firma testet zurzeit zehn verschiedene Versionen eines mRNA-Vakzins gegen Sars-CoV-2, bei denen vor allem an Hüllen zum Schutz der RNA vor der Aufnahme in die Zellen und an verstärkenden Zusatzstoffen experimentiert wird. Eine erste klinische Studie mit einem mRNA-Impfstoff gegen das Coronavirus ist gerade in Seattle angelaufen. Das von der US-Firma Moderna entwickelt Vakzin mRNA-1273 enthält die Bauanleitung für die Konfiguration des viralen Spike-Proteins, die vor Andocken des Virus an die Zelle vorliegt. Das Mittel wird zurzeit 45 gesunden Probanden in zwei 28 Tage auseinander liegenden Dosen gespritzt. Diese Phase-1-Studie soll zunächst testen, ob der Impfstoff verträglich und sicher ist. „Diese Studie ist der erste Schritt in der Entwicklung eines mRNA-Vakzins gegen Sars-CoV-2 und wir erwarten uns davon wichtige Informationen über die Sicherheit und Immunaktivität“, sagt Tal Saks von Moderna. Sollte sich dieser Impfstoff-Kandidat als verträglich erweisen, könnte dann eine erste Phase-2-Studie mit Covid-Patienten folgen.

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RNA-Technologie ist noch Neuland

Doch die mRNA-Technologie ist bisher Neuland – es gibt weltweit noch keinen einzigen zugelassenen Impfstoff nach diesem Wirkprinzip. Erste Erfahrungen gibt es bislang nur aus klinischen Studien, darunter einer Phase-1-Studie von CureVac mit einem mRNA-basierten Tollwut-Vakzin und einer Phase-2-Studie von Moderna gegen das Cytomegalie-Virus. „Es ist wichtig zu betonen, dass wir hier noch am Anfang stehen“, betont auch Moderna. Um die Entwicklung der Impfstoffe zu beschleunigen, haben die Forscher und Unternehmen momentan die sonst übliche Phase der Tierversuche abgekürzt oder führen sie sogar parallel zu den ersten Studien am Menschen durch. Das soll die Entwicklung eines gegen Covid-19 wirksamen Vakzins bis Jahresende ermöglichen, birgt aber erhebliche Risiken. Eines davon: Es kann nicht rechtzeitig abgeklärt werden, ob der Impfstoff im Falle einer Infektion den Krankheitsverlauf nicht sogar verschlimmert. Dann würden geimpfte Personen sogar schwerer an Covid-19 erkranken als nicht geimpfte. Eine solche Verschlimmerung wurde unter anderem 2004 bei Tests eines Sars-Impfstoffs an Frettchen beobachtet.

Und noch eine Frage ist ungeklärt: ob und wie gut eine einmal erworbene Immunität gegen Sars-CoV-2 vor einer Neuinfektion schützt. Denn bislang gibt es noch nicht genug Daten von bereits genesenen Covid-19-Patienten. Erste Studien mit Rhesus-Affen in China sprechen zwar dafür, dass eine durchlebte Covid-Erkrankung gegen das Virus schützt. Und auch bei den verwandten Viren Sars und Mers-CoV wurde dies bereits beobachtet. Doch wie lange dieser durch Antikörper vermittelte Immunschutz anhält, ist offen. So waren Antiköper gegen Sars zwar noch mehrere Jahre lang im Körper von Infizierten nachweisbar, bei Mers-CoV dagegen ebbte diese Immunität schon im Verlauf weniger Monate ab. Ähnlich kurzlebig scheint die Immunantwort auf die eng mit Sars-CoV-2 verwandten Coronaviren zu sein, die schon länger in der menschlichen Bevölkerung kursieren, aber nur milde Erkältungen auslösen, wie Studien zeigen.

Ein weiteres Problem könnten künftige Veränderungen des Coronavirus sein: Wenn sich die Struktur der Hüll- oder Bindungsproteine des Erregers durch Mutationen wandeln, könnten jetzt entwickelte Vakzine bei einer nächsten Pandemiewelle ins Leere gehen. Denn die meisten von ihnen nutzen nur das Spike-Protein oder einen Teil davon als Antigen – und sind daher darauf angewiesen, dass diese Strukturen gleichbleiben. Doch Erfahrungen unter anderem mit der saisonalen Grippe und anderen Viren zeigen, dass solche Hüllproteine nicht gegen Mutationen gefeit sind. Bisher haben vergleichende Genanalysen verschiedener Sars-CoV-2 nur wenige Hinweise auf starke Mutabilität ergeben – das aber heißt nicht, dass das Virus im Laufe der nächsten Monate gleichbleibt. Nach Ansicht einiger Experten könnte es daher wichtig sein, mehrere unterschiedliche Impfstoff-Strategien parallel zu verfolgen.

Quellen: Nature, CureVac, Moderna, Science, Verband Forschender Pharmaunternehmen, Chemistry World, Harvard University

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