#Wegbereiter der Corona-Impfstoffe ausgezeichnet

„Durch ihre bahnbrechenden Erkenntnisse trugen die Preisträger zu dem beispiellosen Tempo der Impfstoffentwicklung während einer der größten Bedrohungen für die menschliche Gesundheit in moderner Zeit bei“, schreibt das Nobel-Komitee: Der Medizin-Nobelpreis 2023 geht an Katalin Karikó und Drew Weissman für ihre mRNA-Forschung, die zur Entwicklung der neuartigen Covid-19-Vakzine führte. Ihr grundlegender Beitrag war dabei eine spezielle Modifikation der mRNA, durch die diese Boten-Moleküle in effektive Impfstoffe verwandelt werden können.

Impfstoffe bereiten unser Immunsystem auf Angreifer vor, sodass es schnell seine Waffen auf Bakterien, Viren und Co. richten kann. Das Immunsystem erkennt dabei bestimmte Bausteine der Erreger und bildet Antikörper gegen diese Elemente. So lernt es, die Erreger schnell zu identifizieren und darauf zu reagieren. Um diesen Effekt zu erzielen, gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Die ältesten Impfstoffkonzepte basieren dabei auf toten oder unschädlich gemachten Viren.

In den vergangenen Jahrzehnten wurden dann aber neue Impfstofftypen entwickelt, bei denen nicht mehr der ganze Erreger verwendet wird, sondern nur noch Teile. Das können zum Beispiel im Labor hergestellte Proteine sein, die die Erreger normalerweise auf ihrer Oberfläche tragen. Dieses Prinzip kommt etwa bei den Impfungen gegen Hepatitis B und das Humane Papillomvirus (HPV) zum Einsatz. Das Immunsystem lässt sich außerdem dadurch trainieren, dass Teile des Erbguts eines Erregers in ein anderes, harmloses Trägervirus eingeschleust werden. Dieser „Vektor“ genannte Träger transportiert die genetische Information für den Bauplan bestimmter Virusproteine in die menschlichen Zellen, wo diese hergestellt werden und eine Reaktion des Immunsystems hervorrufen. Dieser Impfstofftyp wird beispielsweise gegen Ebola eingesetzt.

mRNA-Impfstoffe sparen Zeit

Seit der Corona-Pandemie gibt es jedoch noch eine weitere, neue Impfstoffart: die mRNA-Vakzine. Sie basieren auf mRNA, die ohne Vektor direkt in menschliche Zellen gelangt, wodurch dann Erregerproteine hergestellt werden und so eine Immunreaktion ausgelöst wird. Genau diese Impfstoffe verdanken wir letztlich den Medizin-Nobelpreisträgern Katalin Karikó und Drew Weissman, denn sie haben die Grundlagen für deren Entwicklung und millionenfachen Einsatz gelegt. Anders als bei den bisher gängigen Impfstoffen mit ganzen Viren, Virusproteinen oder Vektoren brauchen die mRNA-Vakzine bei der Herstellung keine großen Zellkulturen mehr und sind dadurch deutlich schneller und mit weniger Ressourcen herstellbar. In Epidemien und Pandemien wie der jüngsten des Coronavirus Sars-CoV-2 ist das ein entscheidender Vorteil, um das Immunsystem von uns Menschen schnell unterstützen zu können.

Die mRNA (messenger-RNA) ist ein Molekültyp, der in unseren Zellen als Informationsträger dient. Er gibt die genetischen Informationen auf unserer DNA an die Produktionsstätten in den Zellen weiter, sodass diese daraus Proteine herstellen können. Seit den 1980er Jahren kann mRNA aber auch synthetisch hergestellt werden. Sie war jedoch zunächst noch zu instabil, um daraus Impfstoffe herzustellen, und führte zu Entzündungen. Dieses Problem konnten die beiden Nobelpreisträger im Rahmen ihrer Forschungsarbeiten lösen. Die ungarische Biochemikerin Katalin Karikó setzte sich bereits in den frühen 1990er Jahren das Ziel, die künstliche mRNA therapeutisch einzusetzen. Als Assistentin an der University of Pennsylvania erforschte sie gemeinsam mit ihrem Kollegen, dem Immunologen Drew Weissman, wie mRNA mit den verschiedenen Zellen unseres Immunsystems interagiert.

Am Anfang des Weges zu den mRNA-Impfstoffen

Karikó und Weissman entdeckten dabei, dass synthetisch hergestellte mRNA von sogenannten dendritischen Zellen als körperfremd erkannt wird. Dadurch setzt unser Immunsystem entzündungsfördernde Stoffe frei. Die beiden Nobelpreisträger forschten weiter und entschlüsselten, worin sich die künstliche mRNA von unserer körpereigenen mRNA unterscheidet. Dabei zeigte sich: Die beiden mRNA-Typen sind zwar aus denselben Bausteinen aufgebaut, die mit den Buchstaben A, U, G und C abgekürzt werden. In unserem Körper werden diese Basen allerdings auf natürliche Weise chemisch modifiziert, bei den Bausteinen der künstlich hergestellten mRNA war dies zunächst nicht der Fall. Als Karikó und Weissman auch modifizierte Basen in die synthetische mRNA einbauten, reagierten die dendritischen Zellen des Immunsystems nicht mehr mit Entzündungen darauf. „Dies war ein Paradigmenwechsel in unserem Verständnis darüber, wie Zellen verschiedene Formen von mRNA erkennen und darauf reagieren“, begründet das Nobel-Komitee seine Entscheidung, die beiden Forscher mit dem Nobelpreis auszuzeichnen.

Dennoch sollte es noch Jahre dauern, bis mRNA in Impfstoffen zum Einsatz kommen sollte. Denn Karikós und Weissmans erste Entdeckung wurde bereits 2005 publiziert. 2008 und 2010 legten sie dann zwei weitere Studien vor, in denen sie zeigten, dass aus der künstlichen mRNA mit modifizierten Basen auch effektiv Proteine hergestellt werden können, genau wie es auf natürliche Weise in unserem Körper geschieht. Dies war eine wesentliche Voraussetzung, um später virale Proteine aus viraler mRNA herzustellen.

Weitreichendes Potenzial

Von da an forschten mehrere Firmen am Einsatz von mRNA-Impfstoffen, zunächst gegen das Zika-Virus und das Coronavirus Mers-CoV. Mit dem Ausbruch der Corona-Pandemie durch das Coronavirus Sars-CoV-2 Anfang 2020 wurde dann erstmals ein mRNA-Impfstoff gegen einen neuartigen und bis dahin unbekannten Erreger entwickelt. Bereits im Dezember 2020 wurden zwei solche mRNA-Vakzine zugelassen. Damit war es die schnellste Impfstoffentwicklung der Geschichte, die ohne die jahrzehntelange Forschung von Káriko und Weissman allerdings nicht möglich gewesen wäre.

Die Entwicklung der mRNA-Impfstoffe gegen Covid-19 eröffnet auch neue Möglichkeiten für andere Anwendungen. Erforscht wird ihr Einsatz bei anderen Infektionskrankheiten, aber auch gegen einige Krebsarten. Doch bereits jetzt haben sie Millionen Leben gerettet und eine gesellschaftliche Bewältigung der Corona-Pandemie ermöglicht. „Durch ihre grundlegenden Entdeckungen zur Bedeutung von Basenmodifikationen in mRNA haben die diesjährigen Nobelpreisträger während einer der größten Gesundheitskrisen unserer Zeit entscheidend zu dieser transformativen Entwicklung beigetragen“, schreibt das Nobel-Komitee.

Quelle: Nobelprize.org

© wissenschaft.de – Claudia Krapp