Impfstoff ist nicht gleich Impfstoff

Eine Impfung bereitet den Körper auf eine mögliche Infektion vor. Dazu wird meist ein Impfstoff gespritzt. Seine Bestandteile haben Merkmale des Virus, können aber die Krankheit nicht auslösen. Seit dem 19. Jahrhundert sind verschiedene Impfstoffe entwickelt worden, die sehr erfolgreich sind; schwere bis tödliche Viruserkrankungen wie die Masern konnten so in weiten Teilen Amerikas und Europas fast ausgerottet werden.

Impfstoff ist nicht gleich Impfstoff. Manchmal wird nur ein Teil des Virus genutzt, manchmal das vollständige, aber beispielsweise durch Hitze abgetötete Virus (ein Beispiel ist die Hepatitis-B-Impfung), manchmal eine harmlose Virusvariante, die für den Körper ähnlich genug aussieht (wie bei der Rötelnimpfung). Diese „traditionellen“ Impfstoffe sind weltweit auch gegen das Coronavirus in der Entwicklung. Doch ihre Produktion ist oft sehr langwierig.

Während der SARS-CoV-2-Pandemie konnten Impfstoffe, die auf neuen Plattform- Technologien beruhen, am schnellsten auf das neue Virus angepasst und entwickelt werden. Dazu gehören die RNA-Impfstoffe der Firmen BioNTech/Pfizer bzw. Moderna oder der vektorbasierte Impfstoff der Universität Oxford und der Firma AstraZeneca. Der RNAImpfstoff von BioNTech/Pfizer wird seit Ende Dezember 2020 in Deutschland angewandt, der Moderna-Impfstoff sowie der Impfstoff der Universität Oxford/AstraZeneca ist seit Januar 2021 für den europäischen Markt zugelassen. Die Daten zu einem weiteren RNA-Impfstoff der Firma CureVac sowie zu den vektorbasierten Impfstoffen Sputnik V (Gamaleya) und dem proteinbasierten Impfstoff Novavax (Johnson & Johnson) liegen der Europäischen Zulassungsbehörde EMA zur Beurteilung vor.

RNA-Impfstoffe wie der von BioNTech bestehen aus zwei Teilen: einem RNA-Molekül sowie „Verpackungsmaterial“. Die Verpackung ist nötig, damit diese RNA-Moleküle in die Zellen des Körpers hineinkommen und nicht abgebaut werden. RNA-Moleküle sind als kurzzeitiger Speicher unserer Erbinformation wichtiger Bestandteil aller menschlichen Körperzellen. Wenn man sich unser Erbgut, das aus DNA-Molekülen im Zellkern besteht, als ein Kochbuch vorstellt, dann sind RNA-Moleküle daraus abgeschriebene Notizzettel, die im Zellplasma genutzt und wieder entsorgt werden.

Das Erbgut des Corona-Virus besteht aus RNA, die neuen Impfstoffe nutzen einen Ausschnitt daraus. Statt des kompletten Gänge- Menüs (das Erbgut des ganzen Virus) umfasst der Notizzettel nur das Rezept für die Vorspeise: die kleinen Stacheln des Virus. Wenn unsere Körperzellen den Impfstoff aufnehmen, „kochen“ sie damit im Zellplasma ein Protein (Eiweiß), das normalerweise auf der Oberfläche der Viren sitzt, und präsentieren es anschließend auf ihrer Hülle. Das Immunsystem kann nun Antikörper und andere Immunzellen gegen die Stacheln bilden. Sobald nach einer Ansteckung das richtige Virus in den Körper gelangt, wird er von den Antikörpern erkannt und bekämpft. So kann es viel weniger Schaden anrichten.

Das RNA-Molekül im Impfstoff ist so konstruiert, dass es möglichst oft abgelesen werden kann. Es ist quasi ein sehr robuster Notizzettel. Das macht die Impfung so effizient.

Im Durchschnitt enthält jede Körperzelle im Zellplasma etwa 360.000 Boten-RNA-Moleküle. Und bei jeder Virusinfektion, also auch bei jeder leichten Erkältung, gelangt fremde RNA in unsere Zellen. Sie dringt aber nicht in den Zellkern vor, wo unser Erbgut lagert.

Eine Integration von RNA in DNA ist unter anderem aufgrund der unterschiedlichen chemischen Struktur äußerst unwahrscheinlich. Die beiden Biomoleküle passen nicht zusammen und können keine Ketten bilden. Die wichtigsten Abweichungen: DNA besteht aus einem Doppelstrang, RNA aus einem Einzelstrang. Beide verwenden zudem unterschiedliche Zuckermoleküle als Gerüst. RNA und DNA unterscheiden sich auch in einer der jeweils vier organischen Basen, welche die „Sprossen“ der wie Leitern aussehenden Biomoleküle bilden.

Die bereits verfügbaren Impfstoffe liefern also kein vollständiges Gänge-Menü, sondern nur das Rezept für die Vorspeise: die kleinen Stacheln des Virus. Wie dieses Rezept genau aussieht und in unsere Zellen kommt, ist nicht immer gleich: Bei den RNA-Impfstoffen ist ein RNA-Molekül in einem Fettkügelchen (Lipid-Nanopartikel) verpackt. Bei den vektorbasierten Impfstoffen der Universität Oxford/AstraZeneca oder Sputnik V von Gamaleya ist das Rezept ein DNA-Molekül und die Verpackung ein Adenovirus. Das Adenovirus ist also der Träger („Vektor“) für den Impfstoff.

Adenoviren sind weit verbreitete Viren, und sie verursachen vor allem Erkältungen. Dem Adenovirus im Impfstoff fehlen allerdings einige Gene, sodass es sich nicht vermehren kann. Es infiziert also einmal unsere Zellen, schaltet schon mal das Immunsystem an und bringt das Rezept für den Coronavirus- Stachel (Spike-Protein) mit in die Zelle, kann sich dann aber nicht im menschlichen Körper ausbreiten.

In der Zelle entlässt das Adenovirus seine DNA in den Zellkern, wo sie auf Boten-RNA abgeschrieben und dann wieder ins Zellplasma geschleust wird. Dort werden die kleinen Coronavirus-Stacheln hergestellt. Schließlich präsentiert die Zelle dieses Erkennungsmerkmal auf seiner Hülle dem Immunsystem.

Verglichen mit den RNA-Impfstoffen hat die andere Zusammensetzung des Impfstoffes mehrere Vorteile: Seine Bestandteile sind robuster, und so muss der Impfstoff nicht so kalt lagern wie die mRNA-Impfstoffe. Ein normaler Kühlschrank reicht, auch über Monate hinweg. Das vereinfacht die Logistik. Die biotechnologische Herstellung ist zwar langwieriger, aber auch deutlich billiger.

Anders als bei Coronaviren oder den mRNA-Impfstoffen von BioNTech/Pfizer und Moderna besteht das Erbgut der Adenoviren wie unser eigenes Erbgut aus DNA-Molekülen. Das Impfvirus bringt sie außerdem in den Zellkern. Solche zellfremde DNA wird mit der Zeit abgebaut. Dennoch ist nicht komplett auszuschließen, dass sie sich – so wie es auch bei einer Infektion mit einem Adeno-Erkältungsvirus geschehen kann –, ganz oder teilweise in unser Erbgut einbaut.

Die häufigste Ursache für Veränderungen im Erbgut sind UV-Strahlungen, Schadstoffe aus Rauch, aber auch zufällige Schäden, die sich im Laufe des Lebens ansammeln. So können Krebserkrankungen entstehen. Es ist daher grundsätzlich möglich, dass nach einer Adenovirus-Impfung beispielsweise eine erhöhte Neigung zu einer Krebserkrankung vorkommen kann. Es ist allerdings sehr unwahrscheinlich. Diese Einschätzung beruht unter anderem auf zwei Beobachtungen: Zum einen wurden Adenoviren bisher nicht als eine von sehr vielen bekannten Krebs-Ursachen beim Menschen identifiziert. Zum anderen fehlen die Gene E1A und E1B im nicht vermehrungsfähigen Adenovirus im Impfstoff. Diese Gene waren in Tierversuchen aber notwendig, damit der Impfstoff ein krebserregendes Potenzial hatte.

Durch die Impfung wird unser Immunsystem auf eine mögliche Infektion vorbereitet. Es stellt verschiedene „Werkzeuge“ her. Der Körper setzt sie ein, wenn er mit dem Virus in Berührung kommt, und sorgt mit den Werkzeugen dafür, dass die Infektion gar nicht erst stattfinden kann oder zumindest schnell vorübergeht und nur milde Symptome auftreten. Bei den Varianten passen die Werkzeuge nicht mehr perfekt, denn einzelne Buchstaben im Erbgut des Virus sind ausgewechselt. Bei den jetzt bekannten Virusvarianten heißt das aber nicht, dass alle Werkzeuge gar nicht mehr passen.

Das Immunsystem erkennt die britische Variante B1.1.7 beispielsweise noch ähnlich gut, die in Südafrika entdeckte Variante B1.351 hingegen weniger. Das könnte zum Beispiel bedeuten, dass man bei einer Infektion nicht ganz symptomfrei bleibt, sondern einen milden Verlauf hat – etwa einen Husten – und dass sich B1.351 in einer geimpften Bevölkerung verbreiten kann, die mit dem ersten verfügbaren Impfstofftyp geimpft wurde. Bei jeder neuen Variante wird daher genau untersucht, wie sehr die Impfstoffe sie noch erfassen und ob das Virus noch ausreichend neutralisiert werden kann. Die Hersteller erarbeiten Entwicklungspipelines, mit denen sie ihre Impfstoffe innerhalb von sechs bis acht Wochen an eine neu aufgetretene Variante anpassen können.

Viele der bisher entdeckten SARS-CoV-2-Varianten weisen aber genau die gleichen Mutationen auf – und zwar unabhängig davon, wo sie ihren Ursprung haben. Das könnte darauf hindeuten, dass das Virus nur ein begrenztes Repertoire hat. Forscher*innen sind außerdem optimistisch, dass die bestehenden Impfstoffe zum Beispiel dank der anpassungsfähigen B-Gedächtniszellen vor Verläufen schützen, die nur im Krankenhaus behandelt werden können. Die B-Gedächtniszellen erinnern sich nicht nur an das Virus, sondern sie verändern sich und entwickeln sich weiter. So bilden sie vielfältige neue Antikörper.