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Corona-Impfstoffe

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Zweck einer Impfung ist es, einen längerfristigen Schutz vor einer Krankheit zu erreichen. Die Idee hinter den für die Bekämpfung von SARS-CoV-2 favorisierten genetischen Impfstoffen ist, dass der Körper aus der RNA Bruchstücke des Virus quasi selbst herstellt, um dann Antikörper zu bilden, die bei eventuellem Kontakt mit dem eigentlichen Virus die Erkrankung verhindern sollen. Im Zuge der SARS-CoV-2 Erkrankungen soll der Rückgang zur „Normalität“ nur mit einem Impfstoff möglich sein.

Viren

Als Virus bezeichnet man in der Medizin eine biologische Struktur, die aus Nukleinsäuren (DNA oder RNA), Proteinen und eventuell einer Virushülle bestehen kann. Viren besitzen keinen eigenen Stoffwechsel und benötigen deshalb zur Vermehrung Wirtszellen. Sie werden daher meist nicht als Lebewesen bezeichnet.1

Corona-Viren

Coronaviren gehören zur Familie der RNA-Viren, die sowohl Tiere als auch Menschen infizieren und beim Menschen vor allem Erkrankungen der Atemwegsorgane auslösen können.2 RNA-Viren sind eine uneinheitliche Gruppe von Viren, die als gemeinsames Strukturelement ein Genom aus RNA (Ribonucleic acid) (dt. Ribonukleinsäure) aufweisen. Neben den RNA-Viren gibt es u.a. noch DNA-Viren, deren Genom in Form von DNA (Deoxyribonucleic acid) (dt. DNS – Desoxyribonukleinsäure) vorliegt. 3

Corona-Impfstoffe

Durch eine Impfung soll der Körper darauf vorbereitet werden, Krankheitserreger vorzeitig zu erkennen und darauf mit einer eigenen Immunabwehr zu reagieren. Das Verabreichen eines Impfstoffes soll dazu führen, dass Antikörper gebildet werden.

Bei der Entwicklung eines Impfstoffes gegen SARS-CoV-2 werden verschiedene Konzepte verfolgt:

  • Virusbasierte Impfstoffe
  • Vektorimpfstoffe
  • Proteinbasierte Impfstoffe
  • Genbasierte RNA- und DNA-Impfstoffe

In der Hoffnung SARS-CoV-2 einzudämmen wird zurzeit an 291 Impfstoffen geforscht, 68 davon befinden sich in klinischen Phasen (Stand 08.01.2021).4

Virusbasierte Impfstoffe

Diese Impfstoffe enthalten einen isolierten SARS-CoV-2 Erreger, entweder in stark abgeschwächter oder inaktivierter Form. Es handelt sich um eine abgeschwächte Version des Krankheitserregers, sodass normalerweise eine Immunantwort ausgelöst wird, ohne krank zu werden. Bei Menschen mit schwachem Immunsystem können Lebendimpfstoffe jedoch zu Krankheiten führen.

Bei der Entwicklung inaktivierter Virusimpfstoffe wird das genetische Material der Viren zerstört. Dadurch gelten sie als sicherer und stabiler als abgeschwächte Lebendimpfstoffe. Menschen mit geschwächtem Immunsystem vertragen diese besser.

Die Immunreaktionen kann bei inaktivierten Impfstoffen schwächer und weniger langlebig sein, deshalb können Auffrischungsdosen erforderlich sein.

Diese Methode der virusbasierten Impfstoffe gründet auf bereits etablierten Technologien.5 Sie sind beispielsweise von konventionellen Grippeimpfungen bekannt.

Vektorimpfstoffe

Bei diesem völlig neuen Verfahren, welches noch nie bei Impfungen an Menschen erprobt wurde, werden andere Viren, wie z. B. Masern-, Mumps- oder Adenoviren (hoch ansteckende Erregertypen, die eine Vielzahl von Erkrankungen auslösen), abgeschwächt und mit Fragmenten des Erbmaterials von SARS-CoV-2 genetisch manipuliert. Sie werden als Vektor-Viren bezeichnet, weil sie nur als Transportmedium dienen. Die körpereigenen Zellen sollen die Erbinformation aufnehmen und eine Immunität gegen SARS-CoV-2 entwickeln. 6

Bei viralen Vektoren gibt es zwei Arten. Die einen können sich in den körpereigenen Zellen noch vermehren und die anderen nicht mehr, weil wichtige Gene deaktiviert sind.7

Allerdings kann sich die Wirkung des Impfstoffes verringern, falls die betroffenen Personen schon einmal dem Virusvektor (z.B. Masern) ausgesetzt waren, weil eine Immunantwort gegen diesen ausgelöst werden kann. Außerdem macht es solch eine „Anti-Vektor-Immunität“ schwierig, eine zweite Dosis des Impfstoffs zu verabreichen.

Bei einer starken Immunantwort gegen den Impfvektor kann es eventuell zu einer verstärkten Reaktion in geimpften Personen kommen. Das führt zu Sicherheitsrisiken.8

Das Robert-Koch-Institut äußert jedoch keinerlei Bedenken in Bezug auf die Sicherheit von vektorbasierten Impfstoffen. Die vermehrungsfähigen Vektorviren würden sich nur für eine begrenzte Zeit im Körper vermehren und durch das Immunsystem kontrolliert werden. Auch würde keine Erbinformation der Vektoren in die menschliche DNA eingebaut werden. Nach dem Abbau der von den Vektorviren übertragenen Erbinformation würde keine weitere Produktion des Antigens stattfinden.9

Proteinbasierte Impfstoffe

In Bezug auf SARS-CoV-2 sollen Spike-Proteine oder Hüllproteine bzw. Fragmente davon verwendet werden, um diese direkt in den Körper zu injizieren. Bisher wurde nur an Affen nachgewiesen, dass diese Impfmethode vor Infektionen schützt. Studien mit Menschen gibt es bis jetzt noch nicht. Um die gezielte Wirkung zu erreichen, müssten diese Impfstoffe möglicherweise in mehreren Dosen erfolgen.

Eine weitere Methode ist die Verabreichung von leeren Virushüllen, die die Struktur des Coronavirus nachahmen sollen. Sie sind nicht infektiös, weil sie kein genetisches Material enthalten. Die Herstellung ist jedoch schwierig.10

Genbasierte RNA- und DNA-Impfstoffe

Nukleinsäure ist eine chemische Sammelbezeichnung für DNA und RNA.

Die DNA speichert die Erbinformation, die RNA ist an der Übertragung und Umsetzung dieser Information beteiligt. DNA und RNA befinden sich überwiegend im Zellkern (lat. nucleus) und es sind Säuren, daher der Name Nukleinsäuren.

Sie setzen sich aus sogenannten Nukleotiden zusammen, die jeweils aus einer Phosphorsäure einem Zucker und einer Base bestehen. Diese Nukleotiden verbinden sich zu den bekannten Doppelsträngen der DNA. 11

Impstoff

Nukleinsäuren (DNA und RNA), sind bei der Speicherung und Verarbeitung genetischer Informationen besonders entscheidend. Bei dieser Impfmethode werden Nukleinsäuren, die Erbinformationen des gewünschten Antigens enthalten, verabreicht. Die Körperzellen nehmen diese Information über die entsprechenden Proteine auf und der Körper beginnt Virus-Fragmente zu bilden. So soll eine Immunität entwickelt werden. 12

Vorteile

Die genbasierten Impfstoffe sind einfach und dadurch billig herzustellen, sodass eine große Anzahl Impfdosen innerhalb weniger Wochen produziert  werden kann. Die Immunreaktion soll stark ausfallen, weil der Körper das Antigen selbst produziert.

Nachteile

Bisher wurden noch keine DNA- oder RNA-Impfstoffe für den menschlichen Gebrauch zugelassen. Es fehlen Langzeitdaten über die Wirksamkeit und Verträglichkeit. Außerdem müssen RNA-Impfstoffe bei extrem niedrigen Temperaturen von ca. -70° C gelagert und transportiert werden. 13  

RNA-Impfstoffe

RNA- oder auch mRNA-Impfstoffe (engl. Messenger-RNA – dt. Boten-RNA) genannt, enthalten Genabschnitte des SARS-CoV-2, in Form von mRNA. Nach Verabreichung werden in den Körperzellen Virusproteine hergestellt, die zur Antikörperbildung gegen SARS-CoV-2 anregen sollen. Somit soll eine Immunreaktion erzeugt werden. Diese Proteine bezeichnet man als Antigene.

Die mRNA wird mit Lipidstoffen (Lipide = wasserunlösliche Naturstoffe, wie Fette) umhüllt, um die Aufnahme durch die Körperzellen zu ermöglichen. So entstehen sogenannte mRNA-Lipidnanopartikel. Die Erbinformation auf der mRNA wird in den Zellen ausgelesen und in Proteine umgewandelt. Dieser Prozess läuft in Körperzellen auch mit der zelleigenen mRNA so ab.

Das Robert-Koch-Institut weist darauf hin, dass die mRNA der RNA-Impfstoffe nach kurzer Zeit von den Zellen abgebaut würde. Sie wird nicht in DNA umgebaut und hat keinen Einfluss auf die menschliche DNA. Nach dem Abbau der mRNA würde keine weitere Produktion des Antigens mehr stattfinden. 14

Für den Herstellungsprozess von mRNA sind keine toxischen Chemikalien oder Zellkulturen erforderlich, weshalb die RNA-basierten Impfstoffe allgemein als sicher gelten. Durch die kurze Herstellungszeit für mRNA gibt es außerdem nur wenige Möglichkeiten, kontaminierte (verunreinigte) Mikroorganismen einzuführen. Weiterhin scheint das theoretische Risiko einer Infektion oder Integration des Vektors in die DNA der Wirtszelle für mRNA sehr gering zu sein, da die mRNA nicht in die Nähe der DNA gelangt, welche sich im Zellkern befindet. 15

Es gibt jedoch mögliche Sicherheitsbedenken, z.B. lokale und systemische Entzündungen, die Stimulation von autoreaktiven Antikörpern oder mögliche toxische Wirkungen nicht körpereigener Nukleotide (Zusatzbausteine für RNA) und Komponenten des Impfstoffes.

Ein weiteres Problem könnte darin bestehen, dass einige mRNA-basierte Impfstoffe starke Typ-I-Interferonreaktionen erzeugen, die nicht nur mit Entzündungen, sondern möglicherweise auch mit Autoimmunität in Verbindung gebracht werden.

Interferone sind Proteine, die in Zellen gebildet werden und immunologische Reaktionen auslösen. 16

Ein weiteres Sicherheitsproblem könnte sich aus dem Vorhandensein von extrazellulärer (außerhalb der Zelle befindlicher) RNA während der mRNA-Impfung ergeben, was zur Bildung von Ödemen beitragen kann. Außerdem kann es die Blutgerinnung und Thrombusbildung (Thrombus = Blutgerinnsel) fördern.

Präklinische Studien mit RNA-Impfstoffen gegen SARS und MERS haben Bedenken hinsichtlich einer Verschlimmerung der Lungenerkrankung durch infektionsverstärkende Antikörper dargelegt. 17

DNA-Impfstoffe

Bei DNA-Impfstoffen wird ein DNA-Stück mit Erbinformation für das Antigen in ein Bakterienplasmid eingefügt, das nach Verabreichung des Impfstoffes in der Körperzelle aufgenommen und abgelesen wird.

Plasmide sind kleine ringförmige DNA-Moleküle, die u.a. in Bakterien vorkommen und zum Speichern und Teilen von Genen verwendet werden. Sie können sich unabhängig von der Haupt-DNA vervielfältigen und bieten ein einfaches Werkzeug für den Transfer von Genen zwischen Zellen. Deshalb sind sie im Bereich der Gentechnik ein bereits etabliertes System.

Der schwierige Teil des Verfahrens besteht darin, die DNA-Plasmide, mit der Antigeninformation, in die Körperzelle des Menschen zu bringen. Dies ist wichtig, weil sich das System, das das Antigen in Proteine übersetzt, in den Zellen befindet. Eine Art der Technologie, um diesen Vorgang zu unterstützen, sind kurze elektrische Stromimpulse (Elektroporation). Diese werden verwendet, um kleine kurzfristige Öffnungen in der Zellmembran (Zellwand) zu erzeugen.

Wenn sich die Antigeninformation in der Zelle befindet und Antigene produziert werden, werden diese auf ihrer Oberfläche angezeigt, wo sie vom Immunsystem erkannt werden können und eine Reaktion auslösen, die die Antikörperproduktion unterstützt. Die Fähigkeit der Immunantwort der DNA-Impfstoffe ist jedoch vergleichsweise gering. Deshalb wären nach derzeitigem Stand Wiederholungen der Immunisierung nötig und die Langzeitwirkung wäre nicht ausreichend gesichert.

Bisher sind DNA-Impfstoffe nur in der Tiermedizin zugelassen.

Eine zufällige Integration von plasmidischer DNA (durch die injizierten DNA-Plasmiden) in das Genom (Erbgut) des Patienten könnte ein mögliches Sicherheitsrisiko darstellen. Das könnte zu einer eventuellen Aktivierung von Onkogenen (Krebs-Genen) oder einer Deaktivierung antikarzinogener (krebshemmender) DNA-Sequenzen führen. Außerdem können Autoimmunkrankheiten hervorgerufen werden.

Zusätzlich benötigen DNA-Impfstoffe in der Regel starke Hilfsstoffe (Adjuvantien), damit eine wirksame Immunantwort ausgelöst werden kann. 18


Quellen:

1 https://flexikon.doccheck.com/de/Virus#Definition

2 https://flexikon.doccheck.com/de/Coronavirus

3 https://flexikon.doccheck.com/de/RNA-Virus

4 https://vac-lshtm.shinyapps.io/ncov_vaccine_landscape/

5 https://www.gelbe-liste.de/nachrichten/unterschiede-corona-impfstoffe

6 https://www.apotheken-umschau.de/Coronavirus/Corona-In-fuenf-Schritten-zum-Impfstoff-559221.html

7 https://www.spektrum.de/news/acht-wege-zum-corona-impfstoff/1729652

8 https://www.gelbe-liste.de/nachrichten/unterschiede-corona-impfstoffe

9 https://www.rki.de/SharedDocs/FAQ/COVID-Impfen/gesamt.html

10 https://www.spektrum.de/news/acht-wege-zum-corona-impfstoff/1729652

11 https://www.transgen.de/lexikon/1603.nukleinsaeure.html

12 https://www.apotheken-umschau.de/Coronavirus/Corona-In-fuenf-Schritten-zum-Impfstoff-559221.html

13 https://www.gelbe-liste.de/nachrichten/unterschiede-corona-impfstoffe

14 https://www.rki.de/SharedDocs/FAQ/COVID-Impfen/gesamt.html

15 https://www.gelbe-liste.de/nachrichten/unterschiede-corona-impfstoffe

16 https://www.spektrum.de/lexikon/biologie/interferone/34289

17 https://www.gelbe-liste.de/nachrichten/unterschiede-corona-impfstoffe

18 https://www.gelbe-liste.de/nachrichten/unterschiede-corona-impfstoffe

Dieser Artikel wurde in deutscher Sprache verfasst, die französische und englischen Versionen sind Übersetzungen. Auf der luxemburgischen Seite haben wir ein Duplikat aus dem Deutschen veröffentlicht.