Antikörperbildung bei Genesenen und Geimpften unterschiedlich

Alle bisher in der EU zugelassenen Covid-19-Impfstoffe haben gemeinsam, dass die gebildeten Antikörper sich gegen das Spike-Protein (S-Protein) von SARS-CoV-2 richten. Bei einer Infektion dockt das Virus mit dem S-Protein an den Zellrezeptor ACE2 auf Wirtszellen an. Bei diesem Prozess ändert sich die räumliche Struktur des S-Proteins zur sogenannten Präfusionskonformation. Diese ermöglicht die Fusion von Virus- und Zellmembran und das Virus kann in die Zelle eindringen.

Einige Covid-19-Impfstoffe wie Comirnaty® von Biontech/Pfizer oder die Vakzine von Janssen nutzen als Antigen-Zielstruktur eine stabilisierte Präfusionskonformation des S-Proteins. Bei einer Infektion hingegen erkennt das Immunsystem ein unverändertes S-Protein. Wie diese unterschiedlichen Strukturen die Immunantwort beeinflussen, untersuchten Forscherinnen und Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts (PEI), der Universitätsklinik Aachen und der Main-Kinzig-Kliniken und veröffentlichten die Ergebnisse aktuell in einem Preprint. 

Das Stabilisieren des S-Proteins in der Präfusionskonformation erreichten die Entwicklerinnen und Entwickler durch den Einbau zweier Mutationen in den genetischen Bauplan des S-Proteins. Ziel dieser starren Form ist es, die Bildung infektionsverstärkender Antikörper bei den Geimpften zu vermeiden. Solche Antikörper binden an die Virusoberfläche, bekämpfen das Virus jedoch nicht, sondern erleichtern dessen Aufnahme in die Zelle. Dadurch fällt eine folgende Infektion mit diesem Erreger schwerwiegender aus.

Da das Immunsystem nur Antikörper gegen räumlich erreichbare Antigenstrukturen bilden kann, stellten die Forscherinnen und Forscher des PEI eine Hypothese auf: Das Immunsystem erkennt beim »künstlich erstarrten« S-Protein durch den unterschiedlichen räumlichen Aufbau andere Epitope, also bestimmte Oberflächenmerkmale auf Antigenen, als bei der natürlichen Variante. Zur Untersuchung dieser Hypothese entnahm das Forscherteam zwischen März und August 2020 Blutproben von insgesamt 60 Personen. Davon stammten 31 Proben von an Covid-19 erkrankten Menschen, 25 Proben von mit Comirnaty Geimpften und vier Blutproben dienten der Negativkontrolle.

Zur Ermittlung der IgG-Antikörper-vermittelten Immunantwort führte die Forschergruppe eine sogenannte Epitopkartierung durch. Dafür untersuchte sie die 60 Seren mittels eines Peptidarrays mit 253 für das S-Protein spezifischen Peptiden. Auf diese Weise analysierten die Forscherinnen und Forscher die Anzahl der vom Serum erkannten linearen Epitope. Im Anschluss daran maßen sie die Menge der Antikörper gegen die Rezeptorbindungsdomäne des S-Proteins mit dem ELISA-Assay.

Das Ergebnis: Auch wenn Geimpfte höhere Antikörpertiter gegen die Rezeptorbindungsdomäne des S-Proteins aufwiesen, waren Genesene in Sachen Antikörpervielfalt überlegen. Von insgesamt 37 ermittelten Epitopen konnten 26 davon nur durch Genesenen-Seren erkannt werden. Insbesondere identifizierten die Forschenden drei Epitope in der zentralen Helix des S-Proteins, die nur in der Postfusionskonformation des S-Proteins zugänglich sind, also der räumlichen Anordnung, die nach Verschmelzung von Virus- und Zellmembran vorliegt. Dagegen war nur eines der Epitope exklusiv für die Geimpften-Seren. Zehn Epitope erkannten sowohl die Genesenen- als auch die Geimpften-Seren.

Der Grund für die niedrigere Antikörper-Diversität der Geimpften die stabilisierte Form des nach der Impfung in vivo gebildeten S-Proteins sein, so die Forscherinnen und Forscher. Ob das Ausmaß der Antikörper-Vielfalt einen klinisch relevanten Einfluss auf die Stärke der S-Protein-vermittelten Immunantwort hat, ist nach derzeitigem Forschungsstand noch unklar.