Wir müssen das Virus genau beobachten

  

publiziert am 18. Februar 2021

Die mRNA-Technologie ist oft Teil der Diskussion im Zusammenhang mit der Impfstoffentwicklung gegen SARS-CoV-2. Prof. Stephanie Kreis, Associate Professor am Fachbereich Lebenswissenschaften und Medizin, ist ausgebildete Virologin und jetzt in der Krebsforschung tätig. Sie erklärt uns im Interview, wie Virusmutationen aktuelle und zukünftige Impfstrategien beeinflussen könnten.

 

Können Sie kurz erklären, was ein Virus ist und was es bewirkt?

Ein Virus ist ein kleines Partikel, in dem genetisches Material in Form von RNA oder DNA von Lipiden und Proteinen umhüllt ist. Da sie nicht autonom überleben können, werden Viren nicht als lebende Organismen betrachtet. Stattdessen müssen sie eine Wirtszelle infizieren, wo sie die molekulare Maschinerie und Ressourcen kapern, um sich zu replizieren und noch mehr Zellen zu infizieren. Es gibt Tausende von verschiedenen Viren, von denen viele noch unbekannt sind. Typischerweise hat jedes Virus eine Spezifität gegenüber einem bestimmten Wirt oder Zelltyp und infiziert daher nur bestimmte Spezies, einschließlich des Menschen.

Eine Infektion wird ausgelöst, wenn Oberflächenproteine des Virus mit spezifischen Rezeptoren auf der zu infizierenden Zelle in Kontakt kommen. Im Fall von SARS-CoV-2, dem neuen Coronavirus, ist dies das sogenannte Spike-Protein. Es dockt an ACE-2 an, ein Molekül, das auf vielen verschiedenen Zelltypen in unserem Körper vorhanden ist. Nach dem Andocken an diesen Rezeptor setzt das Virus sein eigenes genetisches Material (RNA) in unsere Zellen frei und diese RNA dient dann als Bauplan, um neue Viruspartikel zu generieren und zusammenzusetzen. Viren haben so die Fähigkeit, unsere eigenen Zellen in Virus-produzierende Fabriken zu verwandeln. Die freigesetzten Viruspartikel beginnen dann, andere Zellen und schließlich andere Personen zu infizieren. Glücklicherweise verfügt unser Immunsystem über mehrere clevere Strategien, um eine solche Infektion zu bekämpfen, das Virus einzudämmen und es schließlich zu eliminieren.

Wie unterstützt eine Impfung das Immunsystem dabei?

Indem wir bei der Impfung dem Körper ein abgeschwächtes Virus oder Teile eines Virus – wie z. B. das Spike-Protein – präsentieren  bereiten wir unser Immunsystem vor, so dass es seine Verteidigung aufbauen kann. Bereits 1796 führte Edward Jenner in England bei einem Jungen die erste gut dokumentierte Impfung gegen das Pockenvirus durch. Mehr als 200 Jahre Forschung haben seither viele verschiedene Impfstoffe hervorgebracht, die wahrscheinlich insgesamt mehr Leben gerettet haben als jede andere klinische Intervention.

Wie genau funktioniert eine Impfung?

Das Immunsystem erkennt diese geimpften viralen Proteinstücke, auch Antigene genannt, und erzeugt sehr spezifische Reaktionen und schließlich auch Antikörper, die diese Antigene erkennen. Bei einer echten Infektion mit diesem speziellen Virus kann unser Immunsystem nun viel schneller und gezielter auf dieses Virus reagieren, so dass der Eindringling keine Zeit hat, sich zu vermehren und uns krank zu machen. Wenn das Immunsystem hingegen weder durch eine Impfung noch durch frühere natürliche Infektionen vorbereitet ist, sind die viralen Replikationszyklen in der Regel schneller als unsere Immunantwort, so dass wir Symptome entwickeln und krank werden.

Es ist wichtig zu erwähnen, dass Viren zudem ständig mutieren: Wenn das Virus die Zusammensetzung seiner Schlüsselantigene verändert, kann die zuvor erworbene Immunität beeinträchtigt werden. Höchstwahrscheinlich verschwindet sie nicht plötzlich vollständig, aber es ist möglich, dass neue Virusvarianten von unserem Immunsystem trotz voriger Immunisierung nicht mehr effizient erkannt werden. Dieses Phänomen wird regelmäßig bei Influenza-Viren beobachtet.

Warum und wo treten solche Mutationen auf?

RNA-Viren wie SARS-CoV-2 mutieren ständig auf mehr oder weniger zufällige Weise. Die meisten dieser Mutationen verändern weder die Zusammensetzung noch die Form des Viruspartikels und haben keine zusätzlichen nachteilige Konsequenzen für die Wirtszelle. In dem seltenen Fall jedoch, dass solche stochastisch erzeugten Mutanten dem Virus einen Überlebensvorteil verschaffen, setzen sich diese Varianten durch. Dies kann zum Beispiel durch bessere Anpassung an eine veränderte Umweltbedingung oder Entgehen einer Immunantwort bzw. medikamentösen Behandlung geschehen.

Generell ist dies jedoch ein normaler evolutionärer Prozess, der nicht nur bei Viren, sondern bei allen lebenden Organismen, einschließlich uns Menschen, zu beobachten ist. Der einzige Unterschied ist, dass Viren, insbesondere RNA-Viren, viel häufiger mutieren und es daher wichtig ist, die genetischen Sequenzen von pathogenen Viren routinemäßig zu überwachen. Dieses Wissen ist eine Voraussetzung, um schnell und adäquat zu reagieren, wenn wir die Komposition bestehender Impfstoffe ändern müssen. Solche molekularen epidemiologischen Studien werden bereits seit vielen Jahren für verschiedene wichtige Viren auf der ganzen Welt durchgeführt. Zu dieser Liste der überwachten Viren müssen wir nun auch Coronaviren hinzufügen.

Die UK-Variante von SARS-CoV-2, die zu den ersten neuen Varianten gehörte, über die in den Medien berichtet wurde, hat kleine Veränderungen im Spike-Protein erworben, welches auch das Ziel unserer Antikörper ist, die das Virus neutralisieren sollen. Das Spike-Protein von SARS-CoV-2 besteht aus mehr als 1.200 Aminosäuren, den Bausteinen aller Proteine. Je nachdem, welche dieser Aminosäuren entfernt oder ausgetauscht wurde, können die Auswirkungen auf unsere Immunantwort mehr oder weniger kritisch sein. Nach allem, was wir bisher wissen, schützen die aktuellen Impfstoffe in vollem Umfang auch gegen die britische Variante, könnten aber gegen andere Varianten etwas weniger wirksam sein.

Wie kann die Impfstrategie schnell genug angepasst werden, um zu verhindern, dass das Virus den Impfungen entkommt?

Interessanterweise könnte die neue mRNA-basierte Impftechnologie auch Möglichkeiten bieten, schnell auf neue Virusvarianten zu reagieren. Die mRNA, welche die Information für die Herstellung eines SARS-CoV-2-Spike-Proteins kodiert, könnte hierzu leicht angepasst werden, um entweder andere virale Proteine oder die mutierte Variante des Spike-Proteins zu kodieren. Da die mRNA-Sequenzen synthetisch erzeugt werden, könnten sie beispielweise so angepasst werden, dass sie die neuen Sequenzen enthalten, die in der britischen, südafrikanischen oder anderen Varianten vorhanden sind. Es ist sogar denkbar, mehrere verschiedene mRNAs in einem Impfstoff zu kombinieren. Impftstoffe auf mRNA-Basis sind eine interessante und vielversprechende Entwicklung, die nicht nur im Kampf gegen Coronaviren nützlich ist.

Wurde die mRNA-Technologie bei der Impfung schon früher eingesetzt?

In der Tat sind die von den deutschen Firmen BioNTech, CureVac und der US-Firma Moderna entwickelten COVID-19-Impfstoffe die ersten weltweit zugelassenen mRNA-Impfstoffe. Allerdings arbeiten Firmen wie BioNTech schon weit länger als ein Jahrzehnt an mRNA-basierten Therapien. Interessanterweise wurde diese neuartige Medikamentenklasse zunächst im Kontext der Krebsbehandlung entwickelt: Mehrere klinische Studien, in denen mRNA-basierte Medikamente eingesetzt wurden, haben vielversprechende Reaktionen bei Krebspatienten im Spätstadium gezeigt. Wichtig ist, dass die Sicherheitsprofile und -Bewertungen dieser mRNA-basierten Medikamente selbst bei schwer kranken Krebspatienten im Spätstadium im Allgemeinen sehr gut waren. Dies war eine sehr wichtige Beobachtung, als die mRNA-Technologie Anfang letzten Jahres für antivirale Impfstoffe angepasst wurde. Angesichts der vielversprechenden Daten zu mRNA-basierten Krebstherapien und dem aktuellen Erfolg mit dem SARS-CoV-2-Impfstoff bin ich sicher, dass in Zukunft auch noch weitere mRNA-basierte Medikamente entwickelt werden.

Es ist wichtig zu betonen, dass es die mRNA-Technologie mit all ihren Komponenten, einschließlich der Verabreichung, der Synthese, des Schutzes und der Modifikation der mRNAs usw., schon seit geraumer Zeit bekannt ist. Die schnellen Anpassungen, die zur erfolgreichen Entwicklung eines Impfstoffs führten wurden durch den großen Druck im Rahmen der Pandemie und die konzertierten Bemühungen und finanzielle Unterstützung aller Beteiligten möglich. Die klinischen Studien, die im Frühjahr 2020 begannen, wurden nach den üblichen Standardvorschriften durchgeführt. Die Impfstoffversuche, an denen weltweit mehrere zehntausend Freiwillige teilgenommen haben, haben bemerkenswerte Resultate hervorgebracht: Die notwendigen Komponenten unseres Immunsystems werden erfolgreich aktiviert, um Schutz gegen das Virus zu bieten. Außerdem waren die beobachteten und zu erwartenden Nebenwirkungen insgesamt sehr gering oder blieben sogar vollständig aus.

Was bedeutet das für die aktuelle Impfstrategie?

Wir haben innovative, hocheffiziente und sichere mRNA-COVID-19-Impfstoffe zur Verfügung – und bald werden mehrere andere Impfstoffe, die auf anderen bereits verfügbaren Technologien basieren, folgen. Alle Impfstoffe, die in Europa die Zulassung erhalten, wurden gründlich getestet und können als sehr sicher und effizient angesehen werden, um Infektionen mit SARS-CoV-2 zu verhindern. Die insgesamt sehr milden Nebenwirkungen werden durch den Nutzen der Impfung nicht nur für den Einzelnen, sondern auch für ganze Bevölkerungen bei weitem aufgewogen. Natürlich wissen wir noch nicht, ob spezifisch in diesem Fall Langzeitnebenwirkungen auftreten können – aber mit allem Wissen, das wir über Impfungen im Allgemeinen und die mRNA-Biologie im Besonderen haben, ist dies äußerst unwahrscheinlich. Auf der anderen Seite sind die möglichen Langzeiteffekte, die eine natürliche COVID-19-Erkrankung verursachen könnte, wesentlich schwerwiegender und auch häufiger.

Und nicht zuletzt: Je länger das Virus mit so hohen Fallzahlen in der Welt zirkuliert, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass neue und potenziell schädlichere Varianten auftreten. Eine hohe Durchimpfungsrate ist der effizienteste Weg, diesen Teufelskreis zu stoppen und uns allen die Rückkehr zu einem normalen Leben zu ermöglichen.

 

Stephanie Kreis, außerordentliche Professorin am Fachbereich Lebenswissenschaften und Medizin, im Spotlight

Stephanie Kreis ist außerordentliche Professorin am Fachbereich Lebenswissenschaften und Medizin der Universität Luxemburg. Sie ist ausgebildete Virologin und konzentriert sich derzeit auf die Krebsforschung.

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