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HIV-Impfstoff

Ein optimierter Code als Trick

16.01.2007
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HIV-Impfstoff

Ein optimierter Code als Trick

Von Hannelore Gießen

 

Die Entwicklung eines HIV-Impfstoffs gestaltet sich schwierig. Eines der Probleme ist, dass die in der Vakzine enthaltene virale DNA im Wirtsorganismus nicht gut genug abgelesen wird. Regensburger Forscher versuchten daher einen Trick: Sie passten die Fremd-DNA an den Menschen an.

 

Trotz intensiver Forschung existiert auch mehr als 20 Jahre nach der Identifizierung des HI-Virus noch immer kein wirksamer Impfstoff. Alle bisher bekannten Strategien wie abgeschwächte, abgetötete Erreger oder auch gentechnisch hergestellte Hüllproteine in eine Vakzine zu packen, sind gescheitert. Die Ursachen sind vielfältig: Zum einen existiert das HI-Virus in mehreren Varianten, die in Clades A bis I unterteilt werden, wobei in Europa sowie Nord- und Südamerika Clade B vorherrscht, im asiatischen und afrikanischen Raum Clade C. Zum anderen sind die Hüllproteine des Erregers sehr variabel und entziehen sich so einem Wiedererkennen durch das Immunsystem, ähnlich wie die des Grippevirus. Doch vor allem werden mit den CD4-positiven T-Helferzellen ausgerechnet diejenigen Zellen infiziert und eliminiert, die für eine Immunantwort wichtig sind. Zusätzlich erschwert wird der Weg zu einem HIV-Impfstoff dadurch, dass zur Testung eines Impfstoffkandidaten kein Tiermodell existiert, das für auf den Menschen übertragbare Daten liefert.

 

Die schwierige Aufgabe, einen HIV-Impfstoff zu entwickeln, kann nur in internationaler Zusammenarbeit gelöst werden. So sind seit Jahren zahlreiche Forschungsgruppen auf der ganzen Welt miteinander vernetzt, um gemeinsam Strategien für eine HIV-Vakzine zu entwickeln. Auch in Deutschland forschen verschiedene Gruppen in Instituten, Kliniken und Biotech-Firmen an einem HIV-Impfstoff. So zum Beispiel das Team um Professor Dr. Ralf Wagner vom Institut für medizinische Mikrobiologie und Hygiene der Universität Regensburg, der sein Modell bei der Fachtagung »Vakzine« in München vorstellte.

 

Das zweistufige Impfkonzept

 

Die Regensburger Arbeitsgruppe hat ein zweistufiges Verfahren entwickelt, bei dem eine Erstimmunisierung (prime) durch einen DNA-Impfstoff und eine Zweitimmunisierung (boost) durch einen gentechnisch verändertes Pockenvirus, das HIV-Gene enthält, erfolgt. Bei einer solchen kombinierten Impfung wird ein stärkerer Reiz auf das Immunsystem ausgeübt als bei einer einfachen Vakzinierung.

 

Die erste Aufgabe für die Wissenschaftler bestand darin, große Anteile des Virusgenoms in die beiden Vakzinen einzubauen, um dem Immunsystem möglichst viele Angriffsstellen zu bieten und so eine gute Immunantwort hervorzurufen. Um diese Aufgabe zu lösen, stellte die Regensburger Gruppe Bruchstücke der viralen Gene synthetisch her, wobei sie kleine Fehler einbaute. Die im Labor zusammengesetzten Gen-Fragmente sind gegenüber ihrem natürlichen Vorbild so verändert, dass sie vom Immunsystem noch gut erkannt werden, jedoch keine virusspezifischen Funktionen mehr erfüllen können. So kann auch die Gefahr ausgeschlossen werden, dass es zu einem Genaustausch zwischen der Vakzine und, im Fall einer Infektion, dem HI-Virus kommt. Zudem werde durch eine verbesserte Translation mehr HIV-Protein gebildet und so eine stärkere Immunogenität erzielt, sagte Wagner.

 

Diese Genkonstrukte sind in der DNA-Vakzine enthalten, die die Arbeitsgruppe sowie deren Biotech-Ausgründung GENEART GmbH gemeinsam mit anderen europäischen und chinesischen Wissenschaftlern entwickelte. Da sie sich gegen den asiatischen HIV-Subtyp C richtet, der sich derzeit weltweit am schnellsten ausbreitet, wird sie als DNA-C-Vakzine bezeichnet. Der Booster-Impfstoff NYVAC-C-Vakzine, enthält ebenfalls diese Gensegmente von HIV-C, jedoch integriert in einen harmlosen Pockenstamm (NYVAC) als Vektor (siehe Kasten).

DNA-Vakzine und Vektoren

Bei DNA-Impfstoffen werden Teile des Viruserbguts als Vakzine verwendet. Nackte DNA, die mindestens ein Gen enthält, das für ein virales Protein (Antigen) kodiert, wird intramuskulär injiziert. Im Muskel gelangt die Erbinformation in die Zellen und wird dort in Protein übersetzt. Das Immunsystem erkennt dieses als fremd und bildet entsprechende Antikörper. Diese neue Form des Impfens ist derzeit noch experimentell, bislang sind keine DNA-Impfstoffe zugelassen. Da solche Vakzinen einfach und preiswert herzustellen und außerdem wärmestabil sind, wären sie ideale Impfstoffe für Entwicklungsländer.

 

Ein anderer Ansatz ist, die gewünschte DNA mittels eines geeigneten Überträgers, eines sogenannten Vektors, in die Wirtszellen zu schleusen. Hierfür sind abgeschwächte Viren und Bakterien geeignet, die mit der gewünschten DNA bestückt werden. Die wichtigsten viralen Vektoren sind Pocken, Vogelpocken, Adenoviren und Alphaviren. Wichtigster bakterieller Vektor ist Salmonella typhi.

Prüfung an Mäusen und Affen

 

Zunächst testeten die Forscher dieses kombinierte Impfkonzept an Mäusen mit Erfolg. Die Tiere zeigten eine starke Immunantwort. Allerdings ließ sich dieses gute Ergebnis nicht auf Primaten übertragen. Die viralen Gene können von einem heterologen Expressionssystem, in diesem Fall von Primaten, oft schlecht übersetzt werden, da sich die Codes unterscheiden. Der Grund: Der genetische Code ist zwar universell, doch da bis zu sechs verschiedene Basentripletts für eine Aminosäure kodieren, benutzt ein Bakterium häufig ein anderes Triplett als eine Maus oder ein Affe. Dieses Problem ist schon lange bekannt und betrifft alle gentechnischen Methoden.

 

Da heute das Genom zahlreicher Organismen entschlüsselt ist, existieren Tabellen, die anzeigen, welcher Organismus welches Basentriplett für eine bestimmte Aminosäure am häufigsten verwendet. Mithilfe dieser Informationen kann die Fremd-DNA, die eingeschleust werden soll, an den Wirt angepasst werden. Im Fall der HIV-Vakzine wurden die DNA-Bruchstücke des HI-Virus an Säugetiere angepasst. »Der Schlüssel zum Erfolg unserer Vakzine liegt in dieser Codon-Optimierung«, sagte Wagner.

 

Die optimierte Impfstoffvariante prüften die Forscher an 20 Rhesusaffen, die zuerst die DNA-C-Vakzine und fünf Monate später den Vektor-Impfstoff erhielten. Der Erfolg: Die Hälfte der geimpften Affen, die einen Labor-HIV-Stamm injiziert bekommen hatten, war vor einer HIV-Infektion geschützt.

 

Anlass zu Hoffnung

 

Das gute Ergebnis der Studie an Primaten ermutigte die Wissenschaftler, das Impfstoffkonzept auch am Menschen zu prüfen. An der ersten Phase-I-Studie (EuroVacc 01), die vor drei Jahren an Zentren in Lausanne und London vorgenommen wurde, nahmen 24 gesunde, freiwillige Probanden mit geringem HIV-Infektionsrisiko teil, die mit der NYVAC-C-Vakzine geimpft wurden. Ziel der Studie war es, zu prüfen, ob die Vakzine sicher und effektiv ist. Es zeigte sich, dass der Impfstoff gut verträglich war und nur leichte lokale oder systemische unerwünschte Reaktionen wie Müdigkeit oder erhöhte Temperatur hervorrief. 45 Prozent der Studienteilnehmer entwickelten die erhoffte gegen HIV-Antigene gerichtete Immunantwort der T-Zellen.

 

Auch eine zweite Phase-I-Studie (EuroVacc 02), an der 40 Probanden teilgenommen haben, ist inzwischen abgeschlossen. Dabei erhielt die eine Hälfte der Studienteilnehmer nur die DNA-C-Vakzine, die andere wurde mit der Kombination aus DNA-C-Vakzine und NYVAC-C geimpft. Das Ergebnis: In der ersten Gruppe entwickelten nur 10 Prozent der Probanden eine T-Zell-Antwort. Bei den Studienteilnehmern, die mit der Kombination geimpft worden waren, stieg die Rate dagegen auf 90 Prozent.

 

Jetzt soll die Impfstoffkombination in Phase-II-Studien geprüft werden. Zudem ist ein Vergleich mit der ebenfalls von den Regensburger Wissenschaftlern entwickelten MVA-C-Vakzine, die ein anderes Pockenvirus als Vektor nutzt, geplant.

 

Auch wenn noch etliche Jahre vergehen werden, bis eine HIV-Vakzine für einen breiten Einsatz zur Verfügung stehen wird, so geben die jetzigen Ergebnisse doch Anlass zur Hoffnung.

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