„Jedes Virus entwickelt eigene Überlebensstrategien“ – Die Biochemikerin Prof. Katja Hanack erklärt, was die Entwicklung von Impfstoffen gegen Viren so schwierig macht

Zur Corona-Pandemie – Beiträge aus der Universität Potsdam
Prof. Dr. Katja Hanack im Labor. | Foto: Karla Fritze
Quelle: Karla Fritze
Prof. Dr. Katja Hanack im Labor.

Das Coronavirus SARS-CoV-2 hat sich in wenigen Wochen vom chinesischen Wuhan aus auf der Welt ausgebreitet. Wo Menschen sind, ist auch das Coronavirus. Während alle betroffenen Länder mit zahlreichen Mitteln versuchen, die weitere Ausbreitung einzudämmen, ist die Suche nach wirksamen Mitteln zur Behandlung der durch das Virus ausgelösten Lungenkrankheit COVID-19, vor allem aber nach einem Impfstoff gegen das Virus in vollem Gange. Katja Hanack, Professorin für Immuntechnologie an der Universität Potsdam, spricht über die Ausbreitung des Virus, die langwierige Entwicklung eines Impfstoffes und darüber, was man aus der Pandemie lernen kann.

Keine drei Monate nach seiner Entdeckung hat ein winzig kleines Virus die Welt zum Stehen gebracht. Noch im Januar dürften das nur wenige vorhergesehen haben. Wieso?

Jedes Virus entwickelt eigene Überlebensstrategien, dazu gehört auch die Art und Weise des Übertragens/Infizierens neuer Wirte. Bei SARS-CoV-2 ist die Übertragung verhältnismäßig einfach, da er sich zunächst im Rachenraum ansiedelt und dann durch Husten/Tröpfchen weiter übertragen wird.
Auch sind die Symptome an sich erst einmal nicht von einer leichten Erkältung zu unterscheiden, die in den Wintermonaten nahezu ständig vorkommt. Mit einer Inkubationszeit von drei bis 14 Tagen ist es schwer, den Verlauf genau zu charakterisieren. Deshalb wird die Dunkelziffer von Infizierten auch weitaus höher geschätzt. Problematisch gestaltet sich die Infektion in Menschen mit Vorerkrankungen und geschwächtem Immunsystem. Auf diesen Ansturm war die Welt nicht vorbereitet und er belastet die Gesundheitssysteme über ihre Kapazitäten, was zu vielen Toten geführt hat. Anhand der medialen Aufbereitung kann man den Verlauf einer Pandemie sehr gut nachvollziehen – also wie durch Transportwege etc. die Ausbreitung des Virus erfolgt und am Ende die ganze Welt betrifft. Mittlerweile konnten auch viele neue Erkenntnisse zum Virus selbst und zu seiner Übertragung gewonnen werden, was hilft, um die Ausbreitung einzudämmen. Es ist ein Wettlauf, aber gerade im Hinblick auf Immunantworten ist es so, dass erst die Infektion erfolgt und das Immunsystem dann reagieren kann. Dafür hat es sehr effektive Mittel.

Was ist leichter – die Suche nach einer spezifischen Therapie oder nach einem Impfstoff?

Beides ist nicht einfach, aber es ist schön zu sehen, dass diese Entwicklungen seit Januar auf Hochtouren laufen und das lässt hoffen, dass für beide Bereiche bald etwas gefunden wird. Bei einem Impfstoff werden häufig Teile des Virus, z.B. nur die äußere Hülle, verwendet, um zu impfen. Dadurch baut das Immunsystem eine probate Abwehrreaktion auf und wenn eine Infektion mit dem richtigen Erreger erfolgt, kann das Immunsystem ohne Zeitverzögerung reagieren. Bei der Impfstoffentwicklung gibt es allerdings zwei wichtige Punkte – der Impfstoff muss wirken, d.h. er muss in der Lage sein, eine virusspezifische Immunantwort auszulösen, und er muss sicher sein. Deshalb dauern Impfstoffentwicklungen so lange, da sie aufgrund des Einsatzes im Menschen wichtigen Sicherheitsbestimmungen unterliegen. Es gibt Krankheitserreger, bei denen eine Impfstoffentwicklung seit mehr als 30 Jahren probiert, aber leider bisher nicht erreicht wurde (z.B. Malaria oder Hepatitis C). Für jeden Erreger ist das individuell.

Gegenwärtig sind verschiedene Angaben dazu im Umlauf, wie lange es wohl dauern wird, bis ein Impfstoff verfügbar ist. Von sechs bis 18 Monaten ist „alles dabei“. Was erscheint Ihnen realistisch? Und warum dauert so etwas so lange?

Damit Impfstoffe in Menschen eingesetzt werden können, müssen wie gesagt erhebliche Sicherheitsbestimmungen eingehalten werden. In der Regel erfolgt die Entwicklung im Labor. Anschließend wird mittels Zellkultur in vitro getestet, ehe in der Regel Toxizität- und Wirksamkeitsstudien im Tiermodell folgen. Erst danach kann man über einen Einsatz an ersten Risikogruppen nachdenken. Da sind 18 Monate aus meiner Sicht realistisch. Die Zulassungsbehörden können im Falle einer besonderen Gefahr die Regelungen lockern und sogenannte Fast Tracks machen, um die Zeit zu verkürzen. Das wird hier sicher auch passieren. Aber nicht nur die Herstellung eines geeigneten Impfstoffes nimmt Zeit in Anspruch, auch dessen darauffolgende Produktion muss nach vorgegebenen Standards erfolgen – und je nach Kapazität dauert die Bereitstellung der Chargen entsprechend lange.

Sie forschen selbst im Bereich Immuntechnologie. Wie funktioniert die Forschung an so einem Impfstoff?

Wir machen selber keine Impfstoffentwicklung, aber generell benötigt man Informationen über die Struktur des Virus und seine Strategie, Zellen zu infizieren und sich in den Zellen zu replizieren. Normalerweise verfügt das Immunsystem über sehr effektive Erkennungsmechanismen, um Viren zu bekämpfen, nur leider ist es dabei so, dass das Immunsystem diese spezifischen Abwehrreaktionen nach der Infektion erst entwickeln muss. Deshalb erkrankt der Mensch bei der ersten Infektion, ist dann aber, aufgrund dieser Entwicklungen, in der Regel von weiteren Infektionen mit demselben Erreger geschützt. Durch eine Impfung hilft man, diesen Vorgang vorzubereiten und dadurch im Falle einer realen Infektion sofort einen spezifischen Schutz zu haben. Für die Entwicklung von neuen Impfstoffen ist es wichtig zu wissen, wie das Virus in den Körper gelangt, welche Zellen er befällt und zu welchem Zeitpunkt er die Wirtszelle zerstört, um sich weiter zu verbreiten. An diesen Stellen kann man verschiedene Strategien entwickeln, die dann natürlich auf die Effektivität getestet werden müssen. Dies erfolgt wie oben schon beschrieben zunächst im Zellkulturmodell und später im Tiermodell, bevor eine Anwendung im Menschen möglich ist.

Es heißt, mögliche Impfstoffe gegen SARS-CoV-2 funktionieren anders als bislang übliche Impfstoffe. Inwiefern?

Soweit ich weiß, gibt es drei verschiedene Möglichkeiten, Impfstoffe zu entwickeln.
1) Man bedient sich sogenannter Vektorviren als Lebendimpfstoffe, d.h. man nimmt harmlose Viren, die im Menschen keine Infektionen auslösen können, und präpariert sie mit SARS-CoV-2 spezifischen Oberflächenstrukturen, um dem Immunsystem vorzugaukeln, es wäre das reale Virus.
2) Man arbeitet mit Tot-Impfstoffen, d.h. man verwendet Virusproteine aus dem SARS-CoV-2, die nicht mehr in der Lage sind, zu einem Virus zu assemblieren, und induziert so eine spezifische Immunantwort.
3) Man verwendet genbasierte Impfstoffe – hier verwendet man die Gene des Virus, im Falle von SARS-CoV-2 die RNA, da es ein RNA-Virus ist, und verwendet diese als Impfstoff. Im Körper wird diese Information von Körperzellen aufgenommen und die Virusproteine werden von den Zellen selber hergestellt. Da sie fremd sind, reagiert das Immunsystem darauf entsprechend. Die Strategie verfolgt z.B. das Unternehmen CureVac aktuell. Hier ist der Vorteil, dass die Produktion der Impfstoffeinheiten einfacher und schneller geht, als für 1) und 2), allerdings ist bis jetzt noch kein genbasierter Impfstoff zugelassen worden.
Aktuell werden bei der Impfstoffentwicklung alle drei Strategien bedient. Insgesamt gibt es derzeit 48 angelaufene Impfstoffprojekte zu diesem Thema.

Kann man Ihrer Ansicht nach aus einer solchen Pandemie lernen? Wenn ja, was?

Ja, wie das Immunsystem kann auch die Gesellschaft sehr viel aus dieser Entwicklung lernen. In der Vergangenheit gab es immer wieder Pandemien, die auf Influenzaviren zurückzuführen waren (Schweinegrippe, Vogelgrippe, Hongkong-Grippe und auch die SARS Infektionen 2002/03). Diese wurden relativ gut eingedämmt. Die Besonderheit der aktuellen Pandemie ist die hohe Übertragbarkeit des Virus und die damit einhergehende schnelle weltweite Ausbreitung. Diese Erfahrungen sollten in die bestehenden Pandemiepläne integriert werden. Auch werden dadurch Schwachstellen im Gesundheitssystem und in der Versorgungskette mit grundlegenden notwendigen Dingen, wie z.B. Schutzausrüstung, Atemmasken und Desinfektionsmitteln, sichtbar. Und letztlich kann man die Szenarien beurteilen, wie man global und eben gemeinsam eine Ausbreitung verhindern kann. Daraus zu lernen und es in Zukunft zu optimieren, ist aus meiner Sicht ein sehr positiver Punkt. Für die Forschung werden sich ebenfalls viele Lernmomente ergeben. Gerade die schnelle Entwicklung von Impfstoffen und Medikamenten kann an diesem Beispiel erprobt und die gemachten Erfahrungen können später beurteilt werden. Durch neue Technologien können diese Entwicklungen angepasst und optimiert werden, um zukünftig schneller reagieren zu können. Krisen wie die aktuelle offenbaren schonungslos bestehende Schwachstellen – und bringen gleichzeitig Wege zutage, ihnen zu begegnen.

Lässt sich verhindern, dass so etwas wieder passiert?

Verhindern vielleicht nicht, aber reduzieren in jedem Fall. Zum einen ist es wichtig, zu erklären, woher dieses Virus kommt (Übertrag von Wildtier auf Mensch, soweit ich weiß). Hier ist es eben auch notwendig, die Menschen über derartige Möglichkeiten zu informieren, damit diese ihr Verhalten entsprechend anpassen können. Zum anderen im Hinblick auf den Umgang mit Pandemien und deren Eindämmung. Auch hier sollten die aktuellen Erfahrungen dazu beitragen, eine angepasste Strategie zu entwerfen, um die Verzögerungen und Probleme, die sich ergeben haben, zu reduzieren. Durch die gezielte Forschung sind natürlich auch Verbesserungen zu erwarten, z.B. im Rahmen der Entwicklung von Medikamenten und Impfstoffen. In der Natur werden sich immer wieder Erreger entwickeln oder adaptieren und ihre Strategie für die Infektion ändern, sodass auch wir uns daran anpassen müssen.

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