Wie wirken die neuen Corona-Impfstoffe?

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Bernd Kerschner, Julia Harlfinger, Gerald Gartlehner

zuletzt aktualisiert: 21. Juni 2021

Wie wirken die neuen Impfstoffe gegen Covid-19 und was passiert bei der Impfung im Körper? Wir haben uns die Fakten genauer angesehen. (Bild: © PhotobyTawat – shutterstock.com)



Dieser Beitrag ist Teil unserer Serie zur Corona-Impfung.

Die neuen Impfstoffe gegen Covid-19 gehören zu den sogenannten mRNA- und Vektor-Impfstoffen. Sie sind die ersten Impfstoffe dieser Art, die bisher zugelassen wurden (Stand 20. Jänner 2021). Die Impfungen bringen den Körper dazu, Abwehrstoffe gegen das Coronavirus herzustellen und können so vor der Erkrankung Covid-19 schützen. Wir haben uns genauer angesehen, wie die mRNA-Impfstoffe funktionieren und was sie im Körper tun.

Was sind mRNA-Impfstoffe?

In der EU sind bisher zwei mRNA-Impfstoffe zugelassen worden: Comirnaty von Biontech/Pfizer und der Impfstoff der Firma Moderna (Stand 21. Juni 2021).

Anders als viele andere Impfstoffe enthalten mRNA-Impfstoffe nicht das Virus selbst, sondern nur einen kleinen Teil seines genetischen Bauplans. Es ist nämlich nicht notwendig, dass die Immunzellen das gesamte Virus kennen. Es reicht, wenn sie sich ein wichtiges Merkmal des Virus einprägen.

Im Fall der neu zugelassenen Impfstoffe gegen das Coronavirus ist dieser genetische Bauplan ein Stück der Boten-Ribonukleinsäure (messenger RNA, kurz mRNA) des Coronavirus. Diese mRNA bildet den genetischen Code für die sogenannten Spike-Proteine, jene „Stacheln“ an der Oberfläche des Coronavirus, die es unverwechselbar machen. Forscherinnen und Forscher stellen die mRNA für den Impfstoff aus ihren biologischen Einzelteilen im Labor her [1].

Die Corona-Impfstoffe sind zwar die ersten mRNA-Impfstoffe, die bisher zugelassen wurden (Stand Juni 2021). Sie sind allerdings nicht völlig neu: Herstellerfirmen forschen schon seit über einem Jahrzehnt an mRNA-Impfstoffen gegen verschiedene Viruserkrankungen. Erkenntnisse aus diesen Forschungen konnten sie nun auch für die Entwicklung der Corona-Impfstoffe nutzen [3].

Was passiert bei einer Impfung mit mRNA-Impfstoffen?

Bei der Impfung wird der Impfstoff, der unzählige Kopien des Bauplans mRNA enthält, mittels Spritze in den Muskel des Oberarms verabreicht. Die mRNA ist dafür in unzählige winzige Fettkügelchen (Fett-Nanokörperchen) verpackt. Diese Fettpartikel werden von den Körperzellen an der Impf-Stelle – hauptsächlich Muskelzellen, aber auch Immunzellen – aufgenommen. Die Zellen tun mit dem Bauplan für das Corona-Eiweiß nun das, was sie auch mit körpereigenen Bauplänen dieser Art tun: Sie stellen das Eiweiß gemäß der Anleitung her.

Die fertigen Corona-Stachel-Eiweiße geben die Zellen anschließend wieder ins Blut ab. Dort treffen die Corona-Eiweiße auf die Abwehrzellen des Immunsystems, die sie als fremd erkennen und Alarm schlagen. Die Bildung von Abwehrstoffen (Antikörper) beginnt. Die Corona-Eiweiße selbst können kein Covid-19 auslösen. Es besteht also keine Gefahr, die Erkrankung durch die Impfung zu bekommen [1,2].

Was sind Vektor-Impfstoffe und wie wirken sie?

Mit den Impfstoffen der Firmen Astra Zeneca und Johnson&Johnson sind auch sogenannte Vektorimpfstoffe gegen das Coronavirus in der EU zugelassen (Stand Juni 2021). Vektor-Impfstoffe funktionieren nach demselben Prinzip wie die mRNA-Impfstoffe. Auch sie bringen Körperzellen dazu, das Virus-Eiweiß (das Spike-Protein) selbst herzustellen.

Die Baupläne dafür gelangen jedoch auf anderem Weg in die Körperzellen: nämlich verpackt im Erbgut von harmlosen Adenoviren. Erreger aus der Familie der Adenoviren verursachen häufig Schnupfen oder Durchfallerkrankungen. Dieses Adenovirus dringt in die menschliche Körperzellen ein. Es wurde aber so angepasst, dass es sich nicht vermehren und somit keine Krankheit auslösen kann.

Die Adenoviren im Vektorimpfstoff schleusen den Bauplan für die Corona-Eiweiße in Körperzellen rund um die geimpfte Stelle am Oberarm ein. Sie sind also Transport-Vehikel – auch Vektoren genannt – für den eigentlichen Wirkstoff, den Bauplan für das Corona-Eiweiß. In den Zellen passiert danach dasselbe wie bei der Impfung mit mRNA-Impfstoffen auch: Die Zellen bauen das Corona-Eiweiß gemäß der Anleitung nach und entlassen es wieder. Außerhalb der Zellen werden die Eiweiße dann vom Immunsystem erkannt und bekämpft [2].

Impfstoffe nutzen natürliche Vorgänge

Vektorimpfstoffe machen sich den natürlichen Mechanismus zunutze, mit dem sich Viren im menschlichen Körper vermehren. Viren, die Menschen infizieren, können sich nicht eigenständig vermehren, sie benötigen dazu menschliche Zellen. Dabei docken sie an die Zellen an, schleusen sich in ihr Inneres ein und bringen die Zelle dazu, neue Viren herzustellen. Das passiert zum Beispiel jedes Mal, wenn wir an einer Verkühlung erkranken. Bei einer solchen natürlichen Virusinfektion sterben die befallenen Zellen schlussendlich ab.

Bei der Impfung ist das nicht so. Die Zellen rund um die Impf-Stelle im Oberarm stellen die Corona-Eiweiße nur für kurze Zeit her. Danach werden sowohl der genetische Bauplan aus dem Impfstoff als auch die hergestellten Corona-Eiweiße von den Körperzellen in kurzer Zeit restlos wieder abgebaut und entsorgt. Es entstehen danach keine weiteren Corona-Eiweiße mehr, und es bleiben im Körper auch keine Viren-Baupläne zurück.

Bei beiden Impfstoff-Arten, Vektorimpfstoff und mRNA-Impfstoff, sind jeweils zwei Impfungen notwendig, um das Immunsystem ausreichend zu aktivieren. Die zweite Spritze wird abhängig vom verwendeten Impfstoff zwischen 3 und 12 Wochen nach der ersten verabreicht. Bei der Impfung von Johnson&Johnson ist nur eine Spritze notwendig.

Kein Kontakt mit menschlichem Erbgut

Unser eigenes Erbgut (DNA) wird durch die Impfung nicht beeinflusst. Denn der Impfstoff mit dem genetischen Bauplan für das Corona-Eiweiß kommt mit dem menschlichen Erbgut nicht in Kontakt. Die menschliche DNA liegt gut verpackt im Zellkern. Bei Impfungen mit mRNA-Impfstoffen (zB. von Biontech/Pfizer oder Moderna) kommt der Impfstoff nicht bis in den Zellkern. Hier besteht der Bauplan, also die mRNA, außerdem aus anderen Bausteinen als die DNA. Man könnte auch sagen, der Bauplan ist in einer anderen Sprache verfasst. Die mRNA kann deshalb nicht ohne weiteres in die DNA eingebaut werden. [3]
Bei einer Impfung mit Vektorimpfstoffen (zB. den Impfstoffen von Astra Zeneca oder Johnson&Johnson) muss der Bauplan gemeinsam mit dem Erbgut des harmlosen Träger-Virus in den Zellkern gelangen, damit die Corona-Eiweiße entstehen können, die für den Effekt der Impfung wichtig sind. Das passiert genau so bei einer Infektion mit Adenoviren auf natürlichem Weg, etwa bei einer Verkühlung. Anders als bei einer natürlichen Infektion kann sich das im Impfstoff enthaltene Träger-Virus jedoch nicht vermehren und auch keinen Schaden anrichten. Auch Veränderungen an der menschlichen DNA kann es nicht vornehmen – denn die ist dicht verpackt und schwer zugänglich. [1]

Impfen – wie geht das eigentlich?

Das Immunsystem kann sich an Krankheitserreger erinnern – an manche sogar ein Leben lang. Kämpft es einmal gegen eine Infektion, produzieren die Abwehrzellen im Normalfall Antikörper gegen den Erreger und machen ihn unschädlich. Die Zellen des Immunsystems (B-Zellen und T-Zellen) merken sich, wie der Erreger aussieht und können ihn abwehren, sollte er eines Tages wiederkommen.

Dieses „Gedächtnis“ des Immunsystems machen sich Impfungen zunutze. Eine Impfung ist ein Probealarm. Der Impfstoff trainiert den Körper rasch und spezifisch auf Krankheitserreger zu reagieren. Er wappnet ihn somit für den Ernstfall. Dafür sind zwei Punkte wichtig: Der Impfstoff sieht dem echten Erreger sehr ähnlich, er macht die geimpfte Person aber dennoch nicht krank.

Der Schutz bleibt bei manchen Impfungen ein Leben lang erhalten, wie zum Beispiel bei den Impfungen gegen Masern oder Windpocken. Andere benötigen eine regelmäßige Auffrischung, wie etwa die Zeckenimpfungen gegen FSME (Frühsommer-Meningoenzephalitis) oder die Impfung gegen Tetanus [4].

Wie schafft das die Impfung?

Um die Immunzellen mit einem bestimmten Krankheitserreger vertraut zu machen, muss der Impfstoff dem Erreger zum Verwechseln ähnlich sehen. Er darf allerdings die geimpften Personen nicht krankmachen.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, das zu erreichen: Zum Einsatz kommen zum Beispiel abgetötete Krankheitserreger oder auch nur Teile davon, wie etwa die leere Hülle eines Virus. Die Immunzellen erkennen ihn zwar als körperfremd und reagieren darauf mit der Bildung von Abwehrstoffen, der Erreger kann aber keinen Schaden anrichten. Beispiele für solche sogenannten Totimpfstoffe sind etwa die Impfungen gegen Tollwut oder Hepatitis.

Manchmal werden Erreger nur abgeschwächt und in kleinen Mengen als Impfung gespritzt. Man spricht auch von Lebendimpfstoffen. Das Immunsystem reagiert stark auf die abgeschwächten Erreger und der Impfschutz bleibt mitunter ein Leben lang erhalten. Das ist zum Beispiel der Fall beim Lebendimpfstoff gegen Masern [4].

Mehr Infos

Wer wissen möchte, wie die Entwicklung eines neuen Impfstoffes im Detail abläuft und wie die Sicherheit und Wirksamkeit der neuen Corona-Impfstoffe überprüft wurde, liest hier weiter: Corona-Impfung: Wie die Welt zu neuen Impfstoffen kommt.

Alles was wir über die Sicherheit und mögliche Reaktionen oder Nebenwirkungen der Corona-Impfstoffe wissen, und warum ihre Entwicklung so schnell ging, haben wir hier zusammengefasst: Wie sicher ist die Corona-Impfung?

Alle Infos zu den derzeit zugelassenen Impfstoffe, wie sie getestet wurden und welche Fragen noch offen sind, haben wir hier zusammengefasst:

 

Versionsgeschichte:

  • 21. 6. 2021: Ergänzung um den Vektorimpfstoff von Johnson&Johnson
  • 16. 2. 2021: Ergänzung von Informationen zu Vektorimpfstoffen
  • 20. 1. 2021: erste Version veröffentlicht

 

Quellen

[1] Robert Koch Institut Deutschland (RKI)
COVID-19 und Impfen: Antworten auf häufig gestellte Fragen (FAQ). Abgerufen am 20.1.2021 unter www.rki.de

[2] Gesundheitsinformation.de
Der Impfstoff Comirnaty (BNT162b2, Biontech / Pfizer) zur Impfung gegen Corona. Abgerufen am 13.1.2021 unter www.gesundheitsinformation.de

[3] Paul-Ehrlich-Institut Deutschland
FAQ – Häu­fig ge­stell­te Fra­gen. Coronavirus SARS-CoV-2 / COVID-19. Abgerufen am 19.1.2021 unter www.pei.de

Präsentation | Prof. Dr. Klaus Cichutek, Paul-Ehrlich-Institut: Genehmigung der zweiten klinischen Prüfung eines Covid-19-Impfstoffs in Deutschland (17.06.2020). Abgerufen am 19.1.2021 unter www.pei.de

[4] UpToDate (2021)
Hibberd PL. Standard immunizations for nonpregnant adults. In: UpToDate, Weller PF (Ed), UpToDate, Waltham, MA. Abgerufen am 19.1. 2021 unter www.uptodate.com