Wissenschaftler arbeiten an "Alleskönner-Vakzinen". Eine einzige Impfung könnte vor einer Vielzahl von Krankheitserregern schützen, sogar ein simpler Nasenspray könnte reichen. Warum die Forschung Hoffnung macht, wo sie vor Euphorie warnt.
Die entscheidende Bedeutung von Impfstoffen wird am deutlichsten, wenn sie versagen. Die Covid-19-Pandemie hat gezeigt, wie schnell sich ein neues Virus ausbreiten kann, während Wissenschaftler darum wetteifern, mit Impfstoffen nachzuziehen.
Sich schnell entwickelnde Viren können auch bestehenden Schutzmaßnahmen umgehen. Der jährliche Grippeimpfstoff wird auf der Grundlage der besten Einschätzung der Wissenschaftler darüber entwickelt, welche Stämme dominieren werden, ausgehend von den in der vorangegangenen Saison zirkulierenden Viren.
Im Jahr 2025 entwickelte der H3N2-Stamm mehrere Mutationen, nachdem die Weltgesundheitsorganisation bereits ausgewählt hatte, welche Varianten in den Impfstoff aufgenommen werden sollten. Dies beeinträchtigte die Wirksamkeit des Impfstoffs erheblich. Die Folge war eine frühe und schwere Grippesaison sowohl in Amerika als auch in Europa.
Diese Defizite sind eine unvermeidliche Folge der Wirkungsweise von Impfstoffen. Sie trainieren das Immunsystem darauf, bestimmte Merkmale auf der Außenhaut von Krankheitserregern zu erkennen. Doch diese Merkmale können sich verändern. Eine Reaktion darauf ist, die Produktion von Impfstoffen zu beschleunigen, um sie an neue Varianten anzupassen.
Es gibt jedoch noch eine andere Strategie. Was wäre, wenn Impfstoffe so hergestellt werden könnten, dass sie vor einer ganzen Familie von Viren schützen, wie Influenza oder Coronaviren, anstatt nur vor einzelnen Mitgliedern dieser Familien? Noch verlockender ist die Frage: Was wäre, wenn eine einzige Impfung vor vielen Familien von Viren, Bakterien und sogar Allergenen schützen könnte?
Die meisten Impfstoffe wirken, indem sie den Teil des Immunsystems, der auf Infektionen reagiert, durch Erinnerungen an frühere Infektionen vorbereiten. Dieses "adaptive" System besteht hauptsächlich aus B- und T-Zellen, die mit Rezeptoren ausgestattet sind, welche spezifische Antigene – Moleküle auf der Oberfläche von Viren oder Bakterien – erkennen.
Wenn ein neuer Erreger im Körper auftaucht, finden die Immunzellen mit passenden Rezeptoren den fremden Eindringling und beginnen, sich zu vermehren. Dieser Prozess kann mehrere Tage dauern, wodurch sich Infektionen in der Zwischenzeit ausbreiten können. Nach dieser ersten Exposition verbleiben jedoch einige dieser Immunzellen als Gedächtniszellen im Körper.
Impfstoffe nutzen dies aus, indem sie vorab eine harmlose Version eines Antigens präsentieren. Bei Coronavirus-Impfstoffen ist dies ein Teil des Spike-Proteins; bei Influenza handelt es sich üblicherweise um den Kopf des Hämagglutinin-Proteins, das Grippeviren ihre "H"-Klassifizierung verleiht (z. B. H1N1).
Beide Proteine ermöglichen es den Viren, in Wirtszellen einzudringen. Dies sind jedoch auch die Teile des Virus, die am anfälligsten für Mutationen sind, wodurch Krankheitserreger den Gedächtniszellen entkommen können.
Es gibt eine Möglichkeit, Impfstoffe über verschiedene Virusvarianten hinweg wirksamer zu machen. Sie besteht darin, sie so zu konzipieren, dass sie auf die Merkmale abzielen, die sich seltener verändern.
Pamela Bjorkman vom California Institute of Technology (Caltech) und ihre Kollegen haben einen "Mosaik"-Coronavirus-Impfstoff entwickelt, der aus winzigen molekularen "Fußbällen" mit 60 Oberflächen besteht. Jede Oberfläche ist mit einem Fragment des Spike-Proteins besetzt.
In einer Version des Impfstoffs sind acht verschiedene Spike-Protein-Abschnitte zufällig über die Oberflächen verteilt, einer stammt von SARS-CoV-2 (dem Covid-19-Virus) und die übrigen von verschiedenen Sarbecoviren, einer Gruppe von SARS-ähnlichen Viren, die bei Tieren vorkommen.
Bei Tests an Mäusen und Makaken löste der Impfstoff eine Immunantwort auf Teile des Spike-Proteins aus, die allen Viren in der Probe gemeinsam sind. Die B-Zellen des Immunsystems haben zwei Arme, die jeweils einen Rezeptor tragen, und sie binden am stärksten, wenn beide Arme an dasselbe Ziel andocken können.
Angesichts des Mosaiks banden die B -Zellen, die die konservierten (d. h. am wenigsten veränderlichen) Teile der Spike-Proteine erkannten, am erfolgreichsten. Diese B-Zellen wurden dann im Körper vermehrt und als Gedächtniszellen gespeichert. Die Forscher fanden heraus, dass ihr Impfstoff die Tiere vor dem ursprünglichen SARS-Virus schützte, das nicht im Mosaik enthalten war.
Solche komplexen Moleküle sind jedoch für die Anwendung am Menschen schwer herzustellen und zu regulieren. Um dies zu umgehen, entwickeln die Forscher eine Messenger-RNA (mRNA)-Version des Impfstoffs, die nach der Injektion die körpereigenen Zellen des Tieres anweist, den Impfstoff zusammenzusetzen.
Die mRNA-Stränge kodieren mehrere Varianten des Spike-Proteins sowie Anweisungen, wie aus der zelleigenen Membran ein Mosaikkügelchen gebildet werden soll.
Dabei ist ein Molekül beteiligt, das die Spike-Protein-Fragmente an die Zelloberfläche transportiert, sowie ein weiteres, das Maschinen aus dem Zellinneren rekrutiert, um den Membranabschnitt zu blasenartigen Vesikeln abknospen zu lassen. Dadurch entstehen die winzigen Mosaik-Impfstoffkügelchen direkt an der Zelloberfläche.
Andere Wissenschaftler wenden ähnliche Ideen auf die Influenza an. Forscher der Duke University haben 80.000 Varianten des Influenza-Oberflächenproteins Hämagglutinin hergestellt und diese Mischung Mäusen und Frettchen injiziert. Ihr Impfstoff bot einen breiten Schutz gegen verschiedene Grippestämme, indem er das Immunsystem dazu zwang, Reaktionen auf den konservierten Stielbereich des Proteins zu entwickeln, anstatt auf den variablen Kopfbereich. "Das ist der Schachmattzug", sagt Nicholas Heaton, der die Studie leitete. "Das Virus kommt da nicht drum herum."
Einige klinische Studien mit Breitbandimpfstoffen sind bereits im Gange. Doch die Arbeit gerät zunehmend in politische Verwicklungen. US-Gesundheitsminister Robert F. Kennedy junior hat Forschungen zu Impfstoffen gefordert, die auf das abzielen, was er als "natürliche Immunität" bezeichnet, während er sich skeptisch gegenüber mRNA äußerte.
Viele der derzeit vielversprechendsten Breitbandansätze basieren jedoch auf mRNA. Eine unter Kennedys neuer Führung finanzierte Studie testet einen Grippeimpfstoff, der aus Mischungen ganzer inaktivierter Viren hergestellt wird. Einige Forscher bezweifeln, dass dies eine so breite Reaktion auf verschiedene Stämme hervorrufen wird.
All diese Breitbandansätze beruhen auf denselben Prinzipien wie herkömmliche Impfstoffe: Sie trainieren das adaptive Immunsystem darauf, spezifische Merkmale eines Erregers zu erkennen, wenn auch solche, die sich weniger leicht verändern.
In einer neuen Studie an der Stanford University verfolgten die Forscher jedoch einen anderen Ansatz. Anstatt das Immunsystem darauf zu trainieren, sich bestimmte Krankheitserreger zu merken, wollten sie die Lunge in einen ständigen Bereitschaftszustand versetzen, der schnelle Reaktionen auf fast jeden eindringenden Keim ermöglicht.
Dieser Ansatz stützt sich teilweise auf das angeborene Immunsystem, ein schnelleres, aber weniger spezifisches Abwehrsystem, das aus Zellen wie Makrophagen besteht, die Krankheitserreger verschlingen und zerstören können. Jahrzehntelang ging man davon aus, dass das angeborene Immunsystem kein Gedächtnis habe, doch neuere Forschungen deuten auf etwas anderes hin.
Die Erkenntnis stammte aus einer unerwarteten Quelle: dem jahrhundertealten Tuberkulose-Impfstoff Bacillus Calmette-Guérin (BCG). Wissenschaftler wissen seit Langem, dass nach der Einführung der BCG-Impfung auch die Sterblichkeitsrate bei anderen Infektionsarten drastisch sank.
Dies führte die Forscher zu der Entdeckung, dass das angeborene Immunsystem tatsächlich trainiert werden kann. Die BCG-Impfung verändert etwa den Grad, in dem bestimmte Gene in den Zellen des Immunsystems ein- oder ausgeschaltet werden. Diese Veränderungen sorgen dafür, dass die Zellen in höchster Alarmbereitschaft bleiben.
Sie bewirken auch, dass T-Zellen in die Lunge wandern, wo sie mithilfe von Signalmolekülen, sogenannten Zytokinen, das angeborene Immunsystem weiter aktivieren.
Das Team aus Stanford machte sich daran, diesen Effekt nachzubilden. Es entwickelte einen Impfstoff in Form eines Nasensprays, der zwei Komponenten kombinierte. Die erste war ein Molekül, das die Zellen des angeborenen Immunsystems dazu veranlasste, sofort in Aktion zu treten. Die zweite war ein harmloses Eiprotein, das als Antigen fungierte. Dies veranlasste die T-Zellen, in die Lunge zu wandern, wo sie die angeborenen Immunzellen über Monate hinweg weiter aktivierten.
Das Team verabreichte Mäusen über mehrere Wochen hinweg viermal einen Tropfen des Impfstoffs in die Nase. Sie stellten fest, dass die auf diese Weise geimpften Mäuse vor SARS-CoV-2 und verwandten Coronaviren geschützt waren, wobei die Viruskonzentrationen in ihren Lungen etwa 700-mal niedriger waren als bei ungeimpften Tieren.
Die Wirkung hielt mindestens drei Monate an. Als Nächstes probierte das Team es mit Bakterien und stellte fest, dass die Mäuse auch Infektionen durch Staphylococcus aureus und Acinetobacter baumannii abwehren konnten. Sogar ihre Reaktion auf Allergene war abgeschwächt.
"Es ist eine großartige Arbeit", sagte Mihai Netea, Professor für Immunologie an der Radboud-Universität in den Niederlanden, der nicht an der Studie beteiligt war.
So spannend das auch ist, es ist noch früh. Die Forscher aus Stanford hoffen, ihren Impfstoff als Nächstes am Menschen zu testen, und sammeln derzeit Spenden für eine Phase-1-Studie. Sie glauben, dass ihr Impfstoff Kennedys Wunsch nach Breitbandimpfstoffen auf der Grundlage "natürlicher Immunität" entspricht.
Doch selbst wenn die Politik es zulässt, tut es die Biologie vielleicht nicht. Ergebnisse bei Mäusen lassen sich oft nicht auf den Menschen übertragen. Außerdem gibt es bei den Immunreaktionen zwischen Menschen ein enormes Maß an genetischer Vielfalt.
Die meisten Wissenschaftler betrachten diese Art von Breitbandimpfstoffen als Ergänzung zu traditionellen antigenspezifischen Impfungen. "Traditionelle Impfstoffe haben sich seit zwei Jahrhunderten bewährt", sagte Bali Pulendran, der die Stanford-Studie leitete.
Universelle Impfstoffe halten möglicherweise nicht so lange an oder schützen nicht so stark gegen bestimmte Varianten. Doch im unvermeidlichen Fall, dass ein neues Virus auf den Menschen übergreift oder gerade zu Beginn des Winters ein mutierter Grippestamm auftritt, wäre die Welt für sie dankbar.
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"From The Economist, translated by www.deepl.com, published under licence. The original article, in English, can be found on www.economist.com"
