Astrazeneca und Johnson & Johnson setzen auf Vektorimpfstoffe, Biontech/Pfizer und Moderna auf mRNA-Impfstoffe. Wir erklären die Unterschiede zwischen beiden Technologien.
Oxford - Die Impfkampagne in Deutschland nimmt Fahrt auf. Mittlerweile sind hierzulande fast sieben Millionen Menschen vollständig gegen das Coronavirus geimpft, knapp 24 Millionen Menschen haben zumindest eine Impfdosis erhalten. In der EU sind Impfstoffe von vier Herstellern zugelassen. Astrazeneca und Johnson & Johnson setzen auf Vektorimpfstoffe, Biontech/Pfizer und Moderna auf mRNA-Impfstoffe. Wir erklären die Unterschiede zwischen beiden Technologien.
Ziel jeder Impfung ist es, dem Immunsystem eine Infektion mit einem Krankheitserreger vorzugaukeln. Das Immunsystem antwortet darauf mit der Bildung maßgeschneiderter Antikörper und Abwehrzellen. Kommt der Körper dann in Kontakt mit den betreffenden Viren oder Bakterien, kann er die Eindringlinge ausschalten, bevor sie größeren Schaden anrichten. Lange Zeit wurden für Impfungen meist abgetötete oder abgeschwächte Krankheitserreger eingesetzt. Später kam die Immunisierung mit einzelnen Bestandteilen der Erreger hinzu – etwa mit Hüllproteinen von Viren.
Adenoviren als Transportmittel
Bei Vektorimpfstoffen werden weder Krankheitserreger noch Teile davon injiziert. Stattdessen produziert der Körper selbst die Strukturen, welche die Immunantwort auslösen: die sogenannten Antigene. Bei der Impfung wird ihm lediglich die Anleitung dafür geliefert. So enthält der Corona-Impfstoff von Astrazeneca den genetischen Bauplan des Spike-Proteins, mit dessen Hilfe das Coronavirus in Zellen eindringen kann. Nach der Impfung stellen menschliche Zellen Virusproteine her, die das Immunsystem aktivieren, aber für Menschen unschädlich sind.
Als Transportmittel für Virusgene nutzt Astrazeneca wie auch einige andere Hersteller sogenannte Adenoviren. Derartige Viren wurden auch schon für Gentherapien eingesetzt. Dabei werden schadhafte Gene durch intakte ersetzt, um Erbkrankheiten zu bekämpfen. Allerdings bleiben die Erfolge von Gentherapien bislang hinter den anfänglichen Erwartungen zurück. In der praktischen Anwendung spielen sie noch kaum eine Rolle.
Virusgene werden in DNA übersetzt
Im Astrazeneca-Impfstoff dient als Gentaxi ein nicht mehr vermehrungsfähiges Schimpansen-Erkältungsvirus, das sich in menschlichen Nierenzellen züchten lässt. Dieses Virus enthält den Plan für das Corona-Spike-Protein in Form von DNA-Abschnitten. Da die Gene des Coronavirus in Form von RNA vorliegen, müssen sie zuvor in DNA „übersetzt“ werden. Die DNA-Abschnitte landen schließlich im Kern menschlicher Zellen. Von dort wird der Bauplan mithilfe der sogenannten Boten- oder Messenger-RNA (mRNA) zu den Proteinfabriken der Zellen transportiert, den Ribosomen.
Diese bilden dann Spike-Proteine, welche die Immunantwort auslösen. Weil die Virusgene als DNA-Abschnitte vorliegen, wäre es theoretisch möglich, dass sie in das ebenfalls in Form von DNA gespeicherte menschliche Erbgut eingebaut werden, was etwa zu einem erhöhten Krebsrisiko führen könnte. Virologen halten dies aber bei Adenoviren für sehr unwahrscheinlich.
Vor dem Corona-Vakzin von Astrazeneca wurden bereits Vektorimpfstoffe gegen die Tropenkrankheiten Ebola und Dengue-Fieber zugelassen.
Bei mRNA-Impfstoffen ist kein Gentaxi nötig
Den Begriff mRNA hatten bis vor einem Jahr höchstens diejenigen gehört, die im Bio-Leistungskurs immer schön aufgepasst haben. Heute kommt er bald in jeder Nachrichtensendung vor. Schuld daran sind die mRNA-Impfstoffe, die im Rekordtempo entwickelt wurden und die weltweit bereits viele Millionen Menschen vor einer Corona-Infektion schützen. Mit mRNA-Impfstoffen wird der genetische Bauplan für das charakteristische Spike-Protein in der Hülle des Coronavirus in menschliche Zellen transportiert – im Gegensatz zu den Vektorimpfstoffen ohne die Hilfe eines anderen Virus als Gentaxi.
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Damit eine Zelle ein bestimmtes Protein herstellen kann, muss zunächst der entsprechende Bauplan abgerufen werden, der im Zellkern in Form des Erbmoleküls DNA gespeichert ist. Dazu teilen sich die beiden DNA-Stränge, so dass die Zelle eine Art Stempelabdruck der genetischen Information anfertigen kann: die sogenannte mRNA.
Ohne Umweg über den Zellkern
Diese wandert dann zu den Proteinfabriken der Zellen, wo aus einzelnen Eiweißbausteinen komplexe Proteine entstehen, die für praktisch alle Lebensvorgänge benötigt werden. Die mRNA-Impfstoffe verzichten auf den Umweg über den Zellkern und setzen auf direktem Weg die Produktion des Spike-Proteins in Gang, um schließlich das menschliche Immunsystem zu aktivieren.
Sowohl in den klinischen Studien im Rahmen der Zulassung als auch im praktischen Einsatz – etwa in Israel – zeigten die mRNA-Impfstoffe von Biontech/Pfizer und Moderna bislang eine hohe Wirksamkeit. Vergleicht man geimpfte mit ungeimpften Personen, senken sie das Risiko einer Covid-Erkrankung um 95 Prozent. Der Vektorimpfstoff von Astrazeneca liegt im Durchschnitt bei 70 Prozent.
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In der Praxis kommt es aber nicht unbedingt auf Symptomfreiheit an, sondern vor allem auf die Verhinderung schwerer, womöglich tödlicher Krankheitsverläufe. Und bei diesem Kriterium schneidet der Vektorimpfstoff neueren Studien zufolge nicht schlechter ab als die mRNA-Vakzine.
Krebstherapien auf Basis von mRNA
Trotzdem spricht vieles dafür, dass mRNA-Impfstoffe in Zukunft eine immer wichtigere Rolle spielen werden. Aufgrund der einfachen Herstellung lassen sie sich in wenigen Wochen an neue Virusvarianten anpassen, gegen die bisherige Impfstoffe nicht mehr ausreichend wirken. Zudem arbeiten Hersteller wie Biontech in Mainz oder Curevac in Tübingen schon seit vielen Jahren an anderen Einsatzgebieten für die mRNA-Technik. Ein Beispiel dafür sind Immuntherapien gegen Krebs, bei denen die körpereigene Abwehr gegen Krebszellen in Gang gesetzt wird. Derzeit laufen unter anderem klinische Studien zu mRNA-Wirkstoffen gegen Haut- und Lungenkrebs.