mRNA- und Vektorimpfstoffe

So wirken sie im Körper und reagieren auf Mutationen

Bislang sind in Deutschland folgende Impfstofftypen zugelassen:

vektorbasierter Impfstoff von Astrazeneca mit rund 70% Schutzwirkung. mRNA-Impfstoff von Moderna und Biontech/Pfizer mit rund 95% Schutzwirkung.

Beide Impfstofftypen schützen den Menschen vor schweren Erkrankungen durch das ursprüngliche Coronavirus.

Bei den inzwischen auftretenden Corona-Mutationen hat ein mRNA-Impfstoff jedoch einen entscheidenden Vorteil: Er ist leichter herzustellen als ein Vektorimpfstoff und lässt sich deshalb auch schneller an eine Mutation anpassen. Ein Grund ist, dass bei der Vektorherstellung mehr Prozessschritte zur Sicherheitsüberprüfung und zum Heranziehen von Zellen benötigt werden.

Doch wie funktionieren die Corona-Impfstoffe und warum wirken sie bei Mutationen teilweise nicht mehr so gut?

Eine Grafik einer Person, die von einer Schutzblase umgeben ist. Krankheitserreger fliegen auf sie zu und prallen am Schutzschild ab.
Eine Lupe fokussiert auf ein Coronavirus unter den Krankheitserregern.
Ein Coronavirus ist zu sehen. In seinem Kern ein mRNA-Strang. An seiner Hülle sind Spike-Proteine zu sehen.
Ein Coronavirus ist zu sehen. In seinem Kern ein mRNA-Strang. An seiner Hülle sind Spike-Proteine zu sehen.
Ein Coronavirus ist zu sehen. In seinem Kern ein mRNA-Strang. An seiner Hülle sind Spike-Proteine zu sehen.
Wir sehen die mRNA-Sequenz der Spike-Proteine
Es ist nur der mRNA-Strang der Spike-Proteine zu sehen.
mRNA der Spikeproteine wird in Fetthülle gepackt.
Ein Spritze ist zu sehen, in der sich ganz viele mRNA-Partikel in Fetthüllen befinden.

Das Ziel jeder Impfung ist, dass der Körper eine passende Immunantwort gegen das Virus entwickelt. So kann er eindringende Viren erkennen und abwehren.

Damit der Körper lernen kann, wie er ein Virus abwehrt, muss er zunächst lernen, wie das Virus aussieht.

Ein Merkmal des Coronavirus sind die Spike-Proteine an seiner Hülle. Unser Immunsystem kann das Virus daran besonders gut erkennen.  

Die Impfstoffe müssen dem Körper also zeigen, wie die Spike-Proteine aufgebaut sind, damit das Immunsystem einen Schutz entwickeln kann.

Bei den mRNA-Impfstoffen gegen Corona läuft das so ab:

Der Impfstoff basiert auf der messengerRNA (mRNA) der Corona-Spike-Proteine. Das ist ein Bote, der den „Bauplan“ für die Spike-Proteine übermitteln kann.

Die mRNA wird nun in eine Fetthülle (Lipidhülle) gepackt, diese schützt und unterstützt beim Eindringen in die Zelle.

mRNA-Impfstoff im Körper

Man sieht, wie die Spritze am Körper ansetzt und mRNA in den Körper eindringt. Außerdem zu sehen, eine menschliche Zelle mit Zellplasma, in ihrer Mitte der Zellkern.
Man sieht, wie die Spritze am Körper ansetzt und mRNA in den Körper eindringt. Außerdem zu sehen, eine menschliche Zelle mit Zellplasma, in ihrer Mitte der Zellkern.
Man sieht, wie die mRNA nun in das Zellplasma der menschlichen Zelle eindringt.
Die mRNA verwandelt sich im Zellplasma in Spike-Proteine.
Die Spike-Proteine zersetzen sich in Einzelteile.
Die Spike-Proteine werden nun an der Oberfläche der menschlichen Zelle dem Immunsystem präsentiert.
Es bildet sich die Immunantwort aus B-Zellen, T-Killerzellen, T-Helferzellen, Gedächtniszellen und Antikörpern.
Es dringen echte Corona-Viren in den Körper ein. Sie werden von den Antikörpern angegriffen.
Die Antikörper docken an den Spike-Proteinen der Coronaviren an und machen sie unschädlich.

Wird der Impfstoff in den Körper gespritzt, gelangt die mRNA in die menschlichen Zellen.

Im Plasma der menschlichen Zelle werden mithilfe der Baupläne (mRNA) die Spike-Proteine hergestellt, die der Körper bisher noch nicht kennt.

Mit dem „Bauplan“ können Spike-Proteine hergestellt werden, aber nicht das gesamte Virus.  

Die Spike-Proteine des Coronavirus sind generell für den menschlichen Körper nicht gefährlich.

Das menschliche Immunsystem erkennt die Spike-Proteine des Virus als Fremdkörper und reagiert darauf mit einer Immunantwort. Daran sind eine Vielzahl an unterschiedlichen Zellen beteiligt.

Diese Immunantwort schützt nun auch bei einer echten Corona-Infektion.

Denn der Körper hat sich das Aussehen der Spike-Proteine gemerkt und erkennt das Virus daran. Das Immunsystem kann die Eindringlinge so direkt unschädlich machen.

Beim Vektorimpfstoff gegen Corona läuft der Schutz so ab:

Dieser Impfstofftyp ist uns schon seit längerem bekannt. Er wird beispielsweise beim Dengue-Fieber oder Ebola eingesetzt.

Grafik eines Transportvirus (im Fall von Astrazeneca ein Adenovirus). Darin der DNA-Strang des Transportvirus.
Grafik eines Transportvirus (im Fall von Astrazeneca ein Adenovirus). Darin der DNA-Strang des Transportvirus.
Grafik eines Transportvirus (im Fall von Astrazeneca ein Adenovirus). Darin der DNA-Strang des Transportvirus. Der DNA-Strang wird aufgebrochen.
Grafik eines Transportvirus (im Fall von Astrazeneca ein Adenovirus). Darin der DNA-Strang des Transportvirus. Der DNA-Strang wird aufgebrochen. Der DNA-Strang der Corona-Spike-Proteine wird eingesetzt.
Grafik eines Transportvirus (im Fall von Astrazeneca ein Adenovirus). Darin der DNA-Strang des Transportvirus. Der DNA-Strang wird aufgebrochen. Der DNA-Strang der Corona-Spike-Proteine wird eingesetzt.
Die Vektorviren befinden sich nun in der Impfstoffspritze.

Auch beim Vektorimpfstoff ist das Ziel, dass der Körper selbst Spike-Proteine herstellen kann.

Bei diesem Impfstofftyp wird allerdings ein Virus als Transportmittel eingesetzt. Man nennt es Vektor. Dieser Vektor ist für den Menschen harmlos. Er kann besonders leicht in die menschlichen Zellen eindringen, was in diesem Fall hilfreich ist.

Der entscheidende Unterschied:

Um den „Bauplan“ der Spike-Proteine in den menschlichen Körper zu transportieren, wird diesmal die DNA der Spike-Proteine genutzt und in die DNA des Transport-Virus eingesetzt.

Die DNA ist sozusagen das Original des Bauplans, wohingegen die mRNA eine Kopie des Bauplans ist.

Vektor-Impfstoff im Körper

Die Spritze mit dem Vektorimpfstoff setzt an. Die Vektorviren wandern in die menschliche Zelle.
Die Spritze mit dem Vektorimpfstoff setzt an. Die Vektorviren wandern weiter in den Zellkern der menschlichen Zelle.
Im Zellkern wird aus der DNA der Spike-Proteine die mRNA für Spike-Proteine.
Die mRNA der Spikeproteine wandert in das Zellplasma.
Im Zellplasma enstehen nun Spikeproteine.
Die Spikeproteine werden in Einzelteile zersetzt und diese werden an der Oberfläche der Zelle dem Immunsystem präsentiert.
Es bildet sich die menschliche Immunantwort aus B-Zellen, T-Helferzellen, T-Killerzellen, Gedächtniszellen und Antikörpern.

Anders als die mRNA, kann die DNA nicht direkt im Zellplasma ausgelesen und in Spike-Proteine umgewandelt werden. Die DNA muss zuerst den Umweg in den Zellkern nehmen, wo sie in mRNA übersetzt wird.

Anschließend passiert wieder das Gleiche wie schon beim mRNA-Impfstoff:

Die Zellen präsentieren dem Immunsystem die Spike-Proteine und der Körper kann daraufhin eine Immunantwort bilden.

Der Körper ist für eine echte Corona-Infektion vorbereitet.

Grundsätzlich funktionieren die Impfstoffe im Körper also gleich:
Beide befähigen den Körper selbst Spike-Proteine herzustellen, um dann die Immunreaktion dafür zu entwickeln.

Das Problem mit den Corona-Mutationen:
Bislang hat sich das Spike-Protein leicht verändert. Die Zellen des Immunsystems können die Spike-Proteine jetzt nicht mehr so gut erkennen und binden sich schlechter an sie.

Eine Grafik zeigt, dass die Antikörper jetzt nicht mehr ganz so gut zu der mutierten Variante der Spikeproteine passen.

Sollten die bisherigen Impfstoffe nicht mehr ausreichend auf die Mutation reagieren können, müssen sie weiterentwickelt werden. Dazu muss man sie mit dem Bauplan der neuen Spike-Proteine bestücken.

Quellen:
Robert-Koch-Institut; Paul-Ehrlich-Institut, WHO, Verband forschender Pharma-Unternehmen; Astrazeneca, Biontech; Bundesverband der Pharmazeutischen Industrie e.V.; Bundesministerium für Bildung und Forschung; Bundesgesundheitsministerium; Deutsche Gesellschaft für Immunologie e. V.; Prof. Bodo Plachter, Institut für Virologie, Universitätsmedizin Mainz; Dr. Christine Dahlke, Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf; Prof. Thomas Mertens, Vorsitzender der Ständigen Impfkommission; Thomas Mertens, Chef der Ständigen Impfkommission; Prof. Luka Cicin-Sain, Helmholtz Zentrum für Infektionsforschung

Redaktion:
Jennifer Werner, Karsten Kaminski, Robert Meyer

Im Auftrag des ZDF:

Autorin:
Ella Böhm

Redaktion:
Christoph von Massow

Design:
Mischa Biekehör,
Lennart Nölle

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