Die Idee ist, den Körper vorzustellen Immunsystem auf das Virus reagieren und es darauf vorbereiten, der Krankheit entgegenzuwirken, wenn es anschließend auf dasselbe Virus trifft. Die Entwicklung und Perfektionierung dieser Impfstoffe, die je nach Ansatz als inaktivierte oder abgeschwächte Lebendimpfstoffe bezeichnet werden, kann jedoch Jahre dauern.
SARS-CoV-2 oder das neuartige Coronavirus, das Ende 2019 auftrat, war ein Krankheitserreger, dem das menschliche Immunsystem noch nie zuvor begegnet war. Als Covid-19 verheerende Schäden in den Gesundheitssystemen anrichtete und die Welt zum Stillstand brachte, beeilten sich Wissenschaftler und Experten, eine dringende Lösung zu finden. Die Zeit war reif dafür mRNA-Impfstoff um seinen Mut zu beweisen.
Auf der Suche nach schnellen Lösungen
Das „m“ in mRNA steht für „Messenger“ und fasst das Wirkprinzip dieser Impfstoffe zusammen. Die Entwicklung dieser Impfstoffe ist den jüngsten Fortschritten auf dem Gebiet der Molekularbiologie zu verdanken. Anstatt das gesamte Virus in den menschlichen Körper einzuschleusen, wirken diese Impfstoffe, indem sie einzelne Viruskomponenten einschleusen, die das Immunsystem stimulieren können. Bei diesen Komponenten handelt es sich hauptsächlich um „Teile des viralen genetischen Codes, die normalerweise Proteine kodieren, die sich auf der Virusoberfläche befinden“, sagt die Nobelstiftung. Diese Oberflächenproteine sind es, die das Virus normalerweise verwendet, um in die Zellen eines menschlichen Wirts einzudringen und sich dort festzusetzen.
Der von der viralen Komponente gelieferte Teil des genetischen Codes dient dazu, die Produktion von Proteinen anzukurbeln, die die Bildung virusblockierender Antikörper stimulieren. Und es sind die Antikörper, die den Kampf des Körpers gegen ein Virus vorantreiben.
Ein bekanntes Beispiel für einen Impfstoff, der auf diesem Ansatz basiert, ist der gegen das Hepatitis-B-Virus. Aber die Herstellung von Impfstoffen auf der Basis ganzer Viren oder ihrer Proteine – zu dieser Kategorie gehören auch vektorbasierte Impfstoffe, wie sie gegen Ebola entwickelt wurden – erfordert eine umfangreiche Infrastruktur und ist mit einem ressourcenintensiven Prozess verbunden. Das bedeutet, dass der Spielraum für eine schnelle Entwicklung, wie sie im Rahmen des neuartigen Coronavirus-Angriffs erforderlich war, begrenzt ist. mRNA-Impfstoffe sollen diese Hürden überwinden. Doch lange Zeit gab es nicht viele Interessenten.
Ein Schuss Hoffnung
Die DNA in menschlichen Zellen enthält die Informationen zur Herstellung von Proteinen und ist ein wichtiger Baustein des Lebens. Aber wie Shurjo Sen, Programmdirektor beim US-amerikanischen National Human Genome Research Institute, sagt, ist es das RNA das ist „die eigentliche funktionelle Form von Nukleinsäuren … (zum) Aufbau von Zellen oder zur Reaktion auf Immunherausforderungen“. Wichtig ist, dass mRNAs „die Form, in der ein Gen von der Zelle gelesen wird“ sind. Während Wissenschaftler darüber nachdachten, mRNA zur Herstellung von Impfstoffen zu verwenden, gab es Probleme, die gelöst werden mussten. Einfach ausgedrückt galten mRNA-Impfstoffe als instabil und schwer zu verabreichen und führten zudem zu Entzündungsreaktionen.
Doch Katalin Kariko, Anfang der 90er Jahre Assistenzprofessorin an der University of Pennsylvania in den USA, blieb standhaft bei der Idee, mRNA für die Therapie einzusetzen, auch wenn es eine Herausforderung war, Geldgeber davon zu überzeugen, ihre Forschung zu unterstützen. Sie fand bald einen Verbündeten im Immunologen Drew Weissman. Er arbeitete an dendritischen Zellen, die für die Immunüberwachung und die Auslösung impfstoffinduzierter Immunantworten von entscheidender Bedeutung sind.
Das Duo fand heraus, dass in vitro oder im Labor entwickelte mRNA von dendritischen Zellen als Fremdsubstanz erkannt wird, die eine Entzündung auslöst. Sie dachten, der Hinweis liege wahrscheinlich auf der Ebene der Basen, die in Nukleinsäuren, also DNA und RNA, enthalten sind. „Sie fragten sich, ob das Fehlen veränderter Basen in der in vitro transkribierten RNA die unerwünschte Entzündungsreaktion erklären könnte“, sagt die Nobelstiftung. Anschließend machten sie sich daran, verschiedene Varianten der mRNA zu entwickeln, nachdem sie deren Basen chemisch verändert hatten.
Ihr Experiment zeigte, dass die Entzündungsreaktion nahezu verschwand, wenn die Basen verändert wurden. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie 2005.
Kariko und Weissman fanden anschließend heraus, dass mit Basenmodifikationen erzeugte mRNA die Proteinproduktion steigerte und gleichzeitig Entzündungsreaktionen hemmte – die beiden Faktoren, die die Entwicklung von mRNA-Impfstoffen behindert hatten.
Danach nahm die mRNA-Forschung Fahrt auf und mit dieser Methode wurden Impfstoffe gegen das Zika-Virus und MERS-CoV erforscht. MERS-CoV-2 ähnelt SARSCoV-2, und so wurden nach Ausbruch der Pandemie von Pfizer-BioNTech und Moderna blitzschnell zwei mRNA-Impfstoffe entwickelt, die ersten überhaupt. Es wurde festgestellt, dass diese Impfstoffe eine starke Immunantwort auslösen. Darüber hinaus haben mRNA-Impfstoffe kürzere Herstellungszeiten und gelten als sicher, da sie kein Lebendvirus enthalten.