Wie funktionieren mRNA-Impfstoffe?

Das Mainzer Unternehmen Biontech startete sehr früh in das weltweite Rennen um einen SARS-CoV-2-Impfstoff: Es war der erste Hersteller, der eine Genehmigung für eine klinische Studie in Deutschland erhielt. Mit vier Impfstoff-Kandidaten begannen die Untersuchungen Ende April, zwei davon befinden sich inzwischen in Zulassungsstudien. Für einen, die Vakzine mit der Bezeichnung BNT162b2, konnte inzwischen gezeigt werden, dass er tatsächlich wirksam ist, also vor Covid-19 schützt. Damit ist die erste Covid-19-Vakzine weltweit, die eine Wirksamkeit gezeigt hat, eine mRNA-Vakzine. 

mRNA-Impfstoffe sind ein neues Prinzip. Statt wie bei klassischen Ansätzen das Antigen (den Erreger oder Fragmente von ihm) zu verimpfen, auf das das Immunsystem reagieren soll, wird bei mRNA-Impfstoffen die »Bauanleitung« dafür verimpft. Das ist die Boten-RNA (englisch messenger-RNA, kurz mRNA), ein Zwischenprodukt der Proteinbiosynthese. Diese wird in den Zellen des Geimpften abgelesen und nach dieser Anleitung ein Protein des Zielerregers gebaut, das dann eine Immunreaktion bewirkt.

Im Fall der Covid-19-Impfstoffe kodiert die enthaltene mRNA für das Spike-Protein von SARS-CoV-2 oder dessen Bindestelle für den ACE2-Rezeptor auf menschlichen Zellen. BNT162b2 enthält Nucleosid-modifizierte mRNA (modRNA), die für das gesamte Spike-Protein kodiert und zwar in einer stabilisierten Präfusionskonformation. Die Nucleosid-Modifikation soll dabei die mRNA-Translation, also die Übersetzung in Protein erhöhen, heißt es vom Entwickler der Vakzine. Zudem ist die mRNA im Impfstoff in Lipid-Nanopartikel verpackt, um sie vor einem raschen Abbau zu schützen. 

Das scheint gut zu funktionieren, wie die Ergebnisse einer Phase-I-Studie zeigen, die im Oktober im »New England Journal of Medicine« erschienen sind. In einer Untersuchung in den USA mit 195 Probanden im Alter von 18 bis 85 Jahren erreichten die jüngeren Teilnehmer (18 bis 55 Jahre) nach zweimaliger Impfung Titer von SARS-CoV-2 neutralisierenden Antikörpern, die 3,8-mal so hoch waren wie die einer Vergleichsgruppe von ungeimpften Personen, die eine echte Infektion durchgemacht hatten. Bei älteren Probanden (65 bis 85 Jahren) lagen die mittleren Antikörper-Titer immerhin noch 1,6-mal so hoch wie die der Rekonvaleszenz-Seren. Neben der Antikörper-Antwort induzierte BTN162b2 auch eine ausgeprägte CD4+- und CD8+-T-Zellreaktion gegen die Rezeptorbindungsdomäne und den Rest des Spike-Proteins.

Der Impfstoff wurde den Autoren um Professor Dr. Edward Walsh von der Universität Rochester im US-Bundesstaat New York zufolge auch insgesamt gut vertragen. In der Phase-I-Studie entwickelte ein großer Teil der Probanden leichte bis moderate systemische Symptome wie Fieber, Schüttelfrost, Kopfschmerzen und Fatigue. Bei der Gruppe der älteren Probanden waren die Beschwerden schwächer ausgeprägt als bei jüngeren. Die häufigste Nebenwirkung waren milde bis moderate Schmerzen an der Einstichstelle. Diese traten bei fast allen Probanden vor, Rötungen und Schwellungen waren dagegen selten.

Dass die Impfung nicht nur eine deutliche Immunantwort auslöst, sondern auch tatsächlich vor Covid-19 schützt, meldeten die beiden Unternehmen am Montag in einer Pressemitteilung. Demnach konnten die zwei Dosen der Vakzine zu 90 Prozent vor Covid-19 schützen. Diese Angabe basiere allerdings nur auf einer vorläufigen Zwischenauswertung der Studiendaten, da die Studie fortgeführt wird, kann sich die Angabe zur Impfstoffwirksamkeit noch ändern. Außerdem wurden bislang noch keine Einzeldaten publiziert, eine wissenschaftliche Veröffentlichung in einem Fachjournal sei aber in Vorbereitung. Insgesamt wurden die Ergebnisse bei deutschen Experten erfreut aufgenommen, aber auch sie warten auf weitere Daten in einer wissenschaftlichen Publikation. Vor allem Daten zur Wirksamkeit des Impfstoffs in verschiedenen Altersgruppen werden gespannt erwartet.

Noch ist auch unklar, ob die Vakzine nicht nur die Ausprägung der Krankheit Covid-19 verhindert, sondern auch vor Infektionen schützt. Diese Unterscheidung ist für die Verbreitung des Virus entscheidend, denn geimpfte Personen, die keine Krankheitssymptome entwickeln, aber milde infiziert sind, könnten das Coronavirus weiter übertragen. Erste Hinweise, dass BNT162b2 auch eine Infektion unterbinden könnte, liefern Challenge-Studien mit Makaken. Bei keinem der geimpften Tiere, die bewusst mit dem Coronavirus infiziert wurden, war Virus-RNA in der Lunge nachweisbar. In Abstrichen war das Erregererbgut nur am ersten Tag nach der Virusexposition nachweisbar, danach nicht mehr, zeigt eine auf dem Preprint-Server »BioRxiv« veröffentlichte Studie.