Corona-Impfung: Wie funktionieren die neuen mRNA-Impfstoffe?

Frau erhält mRNA-Impfung gegen Corona © iStock.com/zoranm

Aussichtsreiche Impfstoff-Kandidaten, die vor einer Infektion mit dem Coronavirus schützen sollen, nutzen die sogenannte mRNA-Technologie. Darunter fallen auch die Impfstoffe der Firmen BioNTech und Pfizer (BNT162b2 oder Comirnaty®) sowie Moderna (mRNA-1273) aus den USA. Doch wie wirkt ein mRNA-Impfstoff gegen Corona eigentlich, wie unterscheidet er sich von bisher bekannten Impfstoffen und gibt es bereits Erkenntnisse zu möglichen Nebenwirkungen?

Was ist mRNA?

Die Abkürzung "mRNA" steht für "messenger RNA" also "Boten-Ribonukleinsäure". Die mRNA hat im Körper normalerweise folgende Funktion:

  • Innerhalb des Zellkerns befindet sich die Erbinformation in Form der DNA. Darin sind unter anderem Informationen zum Aufbau von Proteinen enthalten.
  • Der Aufbau dieser Proteine findet jedoch außerhalb des Zellkerns statt, nämlich an den sogenannten Ribosomen. Dies sind Bestandteile der Zellen, an denen Proteine hergestellt werden.
  • Um diese Information von der DNA an die Ribosome weiterzuleiten, wird mRNA als Botenstoff produziert. Diese kann den Zellkern verlassen und die Informationen an die Ribosomen übermitteln.

So bleibt die DNA geschützt im Zellkern und die Erbinformation kann trotzdem an verschiedenen Orten innerhalb der Zelle abgelesen und verarbeitet werden.

Wie funktioniert ein mRNA-Impfstoff?

Ein mRNA-Impfstoff, wie er gegen COVID-19 eingesetzt wird, enthält Informationen über einen Teil des Coronavirus. Es handelt sich dabei sozusagen um die Bauanleitung für ein Stück des sogenannten Spike-Proteins, welches das Virus benötigt, um sich an die Oberfläche von Zellen zu binden und sie zu befallen.

Die mRNA des Impfstoffs und die darin enthaltenen Informationen zum Spike-Protein können von der Zelle ausgelesen und nachgebaut werden. Es entstehen Proteinfragmente von SARS-CoV-2, also kleine Proteinstückchen, die aus Sicht des Körpers dem Virus (beziehungsweise dessen Spike-Proteinen) ähneln.

Das köpereigene Immunsystem reagiert auf die körperfremden Virus-Bestandteile mit einer Immunantwort. Dazu gehört unter anderem die Bildung von Antikörpern, also bestimmten Stoffen im Blut, die eine zukünftige Infektion verhindern. Im Gegensatz zum natürlichen Ablauf einer Infektion entstehen bei einer Impfung jedoch keine COVID-19-Symptome und es findet keine Vermehrung des Virus statt.

Die Impfstoff-mRNA wird nach wenigen Tagen im Körper vollständig abgebaut. Gelangen nach der Impfung SARS-CoV-2-Viren in den Körper, wird sofort eine Immunantwort in Gang gesetzt. Die Verbreitung des Virus im Körper und damit auch die Entstehung von COVID-19-Krankheitssymptomen wird verhindert.

Die Impfstoffe von BioNTech und Moderna bieten laut Angaben der Unternehmen einen Impfschutz von etwa 95 Prozent. Das heißt, der Impfstoff schützt zu 95 Prozent vor der Erkrankung COVID-19.

Aktuell ist noch nicht mit Sicherheit bekannt, ob die Impfung mit einem mRNA-Impfstoff die Weitergabe von Viren und damit die Ansteckung anderer Menschen vollständig verhindern kann. Eine erste Studie des israelischen Gesundheitsministeriums scheint jedoch darauf hinzuweisen, dass der mRNA-Impfstoff von BioNTech/Pfizer eine Übertragung des Virus verhindern könnte. Zudem ist es nach der Meinung von Gesundheitsexperten generell so, dass Menschen mit einer geringen Viruslast in der Regel nicht ansteckend sind.

Kann ein mRNA-Impfstoff das Erbgut beeinflussen?

Eine häufig geäußerte Befürchtung ist, dass die modifizierte mRNA Einfluss auf das Erbgut, also die DNA, nehmen könnte. Laut Aussage des Robert Koch-Instituts und des Paul Ehrlich Instituts ist eine Beeinflussung der DNA im Zellkern durch die mRNA nicht möglich:

  • Die mRNA befindet sich außerhalb des Zellkerns, die DNA jedoch in dessen Inneren.
  • Zudem ist die Struktur von mRNA und DNA chemisch so unterschiedlich, dass die DNA die mRNA nicht einfach einbauen könnte.
  • Auch kann mRNA von gesunden menschlichen Zellen nicht in DNA umgeschrieben werden.

Eine Ausnahme bilden bestimmte Viren, die das Enzym "Reverse Transkriptase" besitzen. Dazu gehören beispielsweise das HI-Virus (HIV) oder das Hepatitis-B-Virus. Diese Viren können durch das genannte Enzym RNA in DNA umwandeln. Bei gleichzeitiger Infektion mit einem dieser Viren könnte es also theoretisch tatsächlich zu einer Umwandlung der Impfstoff-mRNA in DNA kommen.

Doch selbst dann bleibt ein Einbau in die DNA unwahrscheinlich. Hierfür wären weitere Reaktionen innerhalb der Zelle notwendig, die natürlicherweise nicht vorkommen. Die Entstehung einer Autoimmunerkrankung, die manche als Folge dieses Prozesses befürchten, gilt als extrem unwahrscheinlich.

Darüber hinaus ist es wichtig zu wissen, dass eine Veränderung des Erbguts von einzelnen Körperzellen fast immer folgenlos bleibt, da körpereigene Mechanismen solche Veränderungen fortlaufend korrigieren.

Für die Vererbung spielt der Impfstoff zudem keine Rolle, da er nicht in die menschliche Keimbahn (also Eizellen und Samenzellen) eingreift. Der Impfstoff kann also nicht unfruchtbar machen.

Sind sonstige Risiken und Nebenwirkungen des Impfstoffes bekannt?

Nach Abschluss der Phase-3-Studien und mit Beginn der ersten Impfungen in der Bevölkerung konnten bisher vor allem leichte Nebenwirkungen bei geimpften Personen festgestellt werden. Zu den am häufigsten beobachteten Nebenwirkungen zählten vorübergehende Gliederschmerzen, Schwellungen und Rötungen an der Impfstelle, Kopfschmerzen und Müdigkeit. Bei der Studie der Hersteller BioNTech/Pfizer nahmen über 40.000 Menschen teil, bei Moderna circa 30.000.

Schwere Nebenwirkungen traten nur in sehr seltenen Fällen auf. Dazu gehörten Herzrhythmusstörungen bei einer mit dem Impfstoff von BioNTech/Pfizer geimpften Person sowie die Lähmung eines Gesichtsnervs bei drei Personen, die mit dem Moderna-Impfstoff behandelt wurden. Es ist jedoch nicht klar, ob diese Reaktionen tatsächlich durch den Impfstoff oder aufgrund anderer Auslöser auftraten.

Seit dem Beginn der Impfungen kam es in verschiedenen Ländern in sehr wenigen Fällen zu starken allergischen Reaktionen auf den Impfstoff von BioNTech/Pfizer. Menschen mit starken, bereits bekannten Allergien sollten deshalb individuell abklären, ob der Impfstoff für sie geeignet ist. In einem Patientenfragebogen werden vor der Impfung bestehende Allergien abgefragt. Durch eine Nachbeobachtung nach der Injektion wird sichergestellt, dass man im Falle einer allergischen Reaktion schnell eine medizinische Versorgung einleiten kann.

Vereinzelte Todesfälle, die in mehreren Ländern wenige Stunden oder Tage nach der Impfung eingetreten sind, werden derzeit untersucht. Es gibt jedoch bislang keinen Hinweis darauf, dass die Impfung ursächlich war. In allen Fällen handelte es sich um alte, teils schwerstkranke Menschen, die mitunter bereits palliativ versorgt wurden. Experten betonen daher, dass Sterbefälle in dieser Gruppe allein aus statistischer Sicht zu erwarten waren, ob mit oder ohne Impfung.

Mit Blick auf mögliche Spätfolgen kann aufgrund der Kürze des bisherigen Untersuchungszeitraums noch keine gesicherte Aussage getroffen werden. Als Spätfolgen gelten dabei Nebenwirkungen, die erst nach einem längeren Zeitraum auftreten.

Nach bisherigen wissenschaftlichen Kenntnissen ist aber davon auszugehen, dass es bei den Corona-Impfstoffen nicht zu Spätfolgen kommen wird. Dies hängt mit der Wirkungsweise von Impfstoffen zusammen: Im Gegensatz zu Medikamenten werden Impfstoffe nicht konstant über einen längeren Zeitraum verabreicht. Zudem reichern sie sich nicht im Körper an, sondern werden sehr schnell abgebaut. Aus diesem Grund treten Nebenwirkungen spätestens nach wenigen Wochen auf. Bisher kam es bei Impfstoffen noch nie zu Spätfolgen.

Davon zu unterscheiden sind Langzeitfolgen. Dies sind Nebenwirkungen, die kurze Zeit nach der Impfung auftreten, die aber für einen längeren Zeitraum anhalten.

Warum wird gegen Corona ein neuer Impfstoff-Typ eingesetzt?

Ein großer Vorteil von mRNA-Impfstoffen gegenüber anderen Impfstoffen, ist die geringe Produktionsdauer. Die Herstellung eines mRNA-Impfstoffes geht deutlich schneller und flexibler als mit anderen Methoden. Das ergibt sich auch durch die Möglichkeit, auf Arbeitsschritte mit infektiösen Coronaviren und auf den Einsatz sogenannter Impfverstärker zu verzichten. So kann in kurzer Zeit eine hohe Anzahl von Impfdosen hergestellt werden.

Die Unternehmen Moderna und Curevac geben an, dass ihre Impfstoffkandidaten bei normaler Kühlschranktemperatur gelagert werden können. Auch der Impfstoff von BioNTech/Pfizer kann nach neuesten Angaben des Unternehmens bei -25 bis -15 Grad gelagert werden. Dies macht die Aufbewahrung in normalen pharmazeutischen Kühl- und Gefriergeräten möglich. Bisher waren für die Lagerung des Impfstoffes Temperaturen zwischen -80 und -60 Grad vorgegeben.

Wieso ging die Entwicklung im Vergleich zu anderen Impfstoffen so schnell?

Die Entwicklung eines Impfstoffes kann sich oftmals über mehrere Jahre erstrecken. Im Vergleich dazu ging die Entwicklung des mRNA-Impfstoffes gegen das Coronavirus äußerst schnell. Dafür gibt es folgende Gründe:

  • Finanzierung: Die Entwicklung eines Impfstoffes wird bei pharmazeutischen Unternehmen häufig durch Partner aus der Industrie sichergestellt. Bei der Entwicklung des Impfstoffes gegen das Coronavirus wurden staatliche Gelder bereitgestellt. Die Entwicklung bedeutet für die beteiligten Unternehmen also kaum ein finanzielles Risiko und kann mit Hochdruck vorangetrieben werden.
  • Schnellere Genehmigungsverfahren: Da der gesellschaftliche Druck weltweit sehr groß ist, liegt der Fokus der beteiligten Behörden auf einer möglichst schnellen Bearbeitung der vorliegenden Anträge, die Mittel zur Bekämpfung des Coronavirus betreffen. So hat das Bundesinstitut für Arzneimittel und Medizinprodukte (BfArM) deutlich mehr Mitarbeiter für die Prüfung klinischer Studien und Zulassungen für entsprechende Mittel abgestellt. Dabei wurden weder Prüfungsstandards herabgesetzt noch Phasen in der Entwicklung der Impfstoffe übersprungen.
  • Bestehende Erkenntnisse: Durch die große Ähnlichkeit zum SARS-Coronavirus und dem MERS-Coronavirus konnte bei SARS-CoV-2 auf bereits bestehendes Wissen über diese Virenform zurückgegriffen werden. Zu beiden waren bereits klinische Studien im Gange, die sich auch mit der Nachbildung des Spike-Proteins beschäftigt haben. Auch zu mRNA-Impfstoffen wurde bereits Forschungsarbeit geleistet. Der Ansatz ist also nicht komplett neu, sondern wurde lediglich weiterentwickelt.

Wann wird geimpft?

Notwendig für den Beginn der Impfungen in Deutschland ist die Genehmigung des Impfstoffes durch die Europäische Arzneimittelagentur (EMA). Der dazugehörige Ausschuss für Humanarzneimittel (CHMP) gibt nach der Prüfung eine Empfehlung bezüglich der Zulassung ab, über die dann die EU-Kommission entscheidet. Diese richtet sich aber in der Regel nach den Empfehlungen des CHMP.

BioNTech und Moderna haben am 1. Dezember die Anträge zur Zulassung ihrer mRNA-Impfstoffe bei der EMA eingereicht. Am 21. Dezember hat die EMA die Zulassung des Impfstoffs von BioNTech/Pfizer empfohlen. Noch am selben Tag hat sich die EU-Kommission dieser Empfehlung angeschlossen und den Impfstoff für Europa zugelassen. Die ersten Impfungen in Deutschland wurden am 26. Dezember durchgeführt.

Die Empfehlung zur Genehmigung des Impfstoffs von Moderna durch die EMA und die Entscheidung zur bedingten Zulassung durch die EU-Kommission erfolgten am 6. Januar 2021. Einige Tage darauf wurde der Impfstoff auch nach Deutschland ausgeliefert und mit dem Impfen begonnen.

In Großbritannien haben die zuständigen Gesundheitsbehörden bereits Anfang Dezember eine Notfallzulassung für den Corona-Impfstoff der Firma BioNTech erteilt. Auch in weiteren Ländern, wie beispielsweise den USA, in Kanada sowie in Jordanien und Bahrain ist der Impfstoff bereits zugelassen. Der Impfstoff von Moderna erhielt Mitte Dezember in den USA erstmals eine Notfallzulassung.

Wer wird zuerst geimpft?

Gemäß einer Verordnung des Bundesgesundheitsministeriums sollen zuerst Menschen geimpft werden, die aus einer der folgenden Gruppen stammen:

  • Personen über 80 Jahre
  • Bewohner und Mitarbeiter von Alters- oder Pflegeheimen
  • Menschen, die im ambulanten Pflegedienst regelmäßig engen Kontakt mit älteren oder pflegebedürftigen Menschen haben
  • Menschen, die durch ihren Beruf einem erhöhten Ansteckungsrisiko ausgesetzt sind (zum Beispiel Ärzte, Sanitäter, Mitarbeiter in der Alten- und Krankenpflege sowie in Impfzentren)
  • Menschen, die in medizinischen Einrichtungen Personen aus den Hochrisikogruppen betreuen, beispielsweise im Bereich der Transplantationsmedizin

Neben dieser Gruppe mit höchster Priorität wurden weitere Gruppen mit hoher und erhöhter Priorität festgelegt, die anschließend die Impfung erhalten sollen.

Darüber hinaus wird weiterhin an der Weiterentwicklung der Impfstoffe und ihrer Produktionsbedingungen gearbeitet, sodass die Corona-Impfstoffe möglichst zeitnah auch für andere Menschen zugänglich gemacht werden sollen.

Aktualisiert: 22.02.2021 - Autor: Jasmin Rauch, Medizinredakteurin

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