Wie lassen sich Impfstoffe an Corona-Mutationen anpassen?

Erst die britische Alpha-Variante, nun die Delta-Variante aus Indien: Virus-Mutationen führen in vielen Ländern Europas zu neuen Corona-Ausbrüchen. Auch in Deutschland stiegen die Inzidenz-Werte zuletzt in vielen Regionen wieder an. Zwar zeigen die Corona-Impfstoffe aktuell bei den meisten Virusvarianten eine gute Wirkung und schützen vor schweren Erkrankungen. Doch sollte das Virus so stark mutieren, dass die Vakzine ihre Wirkung verlieren: Wie rasch lassen sich die Corona-Impfstoffe an die neuen Mutationen anpassen?

Lässt sich die Wirksamkeit von vorhandenen Impfstoffe gegen Mutationen erhöhen?

Die gute Nachricht gleich vorneweg: Biontech geht aktuell von einer Wirksamkeit seines Corona-Impfstoffs auch gegen die zuletzt aufgetretenen Virus-Varianten aus: „Derzeit gibt es keine Hinweise darauf, dass eine Anpassung unseres Impfstoffs an kursierende Varianten notwendig ist“, sagte Biontech-Vorstandschef Ugur Sahin mit Blick auf die in Europa vorherrschenden Corona-Varianten Alpha und Delta. Zudem verwies Sahin darauf, dass eine verringerte Wirksamkeit bei den Mutationen keinesfalls bedeuten müsse, dass aktuell verfügbare Impfstoffe bald überflüssig würden. Bei vielen denkbaren Mutations-Varianten könne man auch mit Wirkungsverstärkung bessere Ergebnisse erzielen. Ähnlich äußerte sich Klaus Cichutek, Präsident des für Impfstoffe zuständigen Paul-Ehrlich-Instituts (PEI). Er verwies zudem auf die Möglichkeit, als Wirkungsverstärker bei einer Corona-Impfung verschiedene Impfstoffe hinter einander zu kombinieren. 

Es gibt also zunächst zwei Ansätze, mit denen sich die Wirksamkeit von bereits vorhandenen Impfstoffen erhöhen lassen könnte:

• Booster-Impfung: Hier wird eine dritte Impfdosis verabreicht, um den Antikörperspiegel zu steigern. Bisher wird der Corona-Impfstoff in zwei Runden verabreicht, der dritte soll nach Angaben von Biontech die Immunantwort um das Fünf- bis Zehnfache steigern. Die Ergebnisse der entsprechenden Studien sind allerdings noch nicht veröffentlicht, lassen sich also nicht unabhängig kontrollieren.   Dennoch hat Großbritannien schon für diesen Herbst erste Drittimpfungen angekündigt.

• Kreuzimpfung: Hier werden verschiedene Vakzine miteinander kombiniert. Erste Studien aus Spanien, Großbritannien und Deutschland bestätigten, dass die Wirksamkeit des Impfschutzes durch eine Kombination beispielsweise aus Astrazeneca und Biontech deutlich erhöht ist, da jeder Einzelimpfstoff zu einer etwas anderen Immunantwort führt.

Sind neue Impfstoffe überhaupt nötig?

Hohe Inzidenzwerte sind wie eine Art Brutkasten für Mutationen, denn bei jeder Virusvermehrung im Körper können Genveränderungen im Erreger auftreten. Weltweit sind weit mehr als 10.000 Mutationen von Sars-Cov-2 registriert. Allerdings haben sich bislang nur wenige Mutanten so entwickelt, dass sie dem Erreger Vorteile verschaffen und den Pandemieverlauf beschleunigen. Und gegen die meisten dieser Varianten sind wir durch die bisher zugelassenen Impfstoffe gut geschützt vor schweren Erkrankungen. Doch das könnte sich ändern. Denn solange sich das Virus weiter verbreitet, können neue Mutanten entstehen, die die Immunantwort unterlaufen und die Wirksamkeit einer Impfung verringern. Man nennt dies Escape-Mutationen.
Keine vollständige Escape-Mutation aber dennoch besorgniserregend ist die inzwischen weit verbreitete Delta-Variante. Ein aktuelle Studie aus Israel zeigt, dass sie den Impfschutz von Biontech vor einer symptomatischen Ansteckung auf nur 64% senkt, gegenüber den fast 97% die sie vor den herkömmlichen Virusvarianten bot.

Die gute Nachricht ist, dass sich die gängigen Impfstoffe verhältnismäßig leicht auf neue Mutationen anpassen lassen. Nahezu alle bekannten Impfstoffhersteller arbeiten in ihren Laboren bereits daran. 

Das ist auch nötig, denn viele Virologen gehen davon aus, dass man den Impfstoff immer wieder anpassen muss, so wie bei der Influenza auch. Das bedeutet allerdings nicht, dass die Entwickler jedesmal wieder bei der Entwicklung ihres Impfstoffes bei Null beginnen müssen. „Die Baupläne liegen ja vor und sind erprobt“, erklärt Carsten Watzl vom Forschungsbereich Immunologie am Leibniz-Institut Dortmund. Ein funktionierender Impfstoff müsse also nur noch an die Mutante angepasst werden: „Wenn man sich an das gleiche Prozedere hält, kann das ein Hersteller innerhalb überschaubarer Zeiträume umsetzen.“ Im Prinzip muss nur die Information für das mutierte Spikeprotein in das bereits vorhandene Impfstoffkonstrukt integriert werden – damit wird die Entwicklung des Impfstoffes enorm verkürzt.

Wie schnell könnten neue Impfstoffe entwickelt werden?

Am schnellsten geht es im Fall der mRNA-Impfstoffe von Biontech und Moderna: Dort würde eine Anpassung etwa sechs Wochen dauern. Sechs weitere Wochen würde die Umstellung der Produktion benötigen. Das dafür in Planung befindliche Typ-2-Zulassungsverfahren soll sich an dem der jährlich angepassten Grippeimpfstoffe orientieren. Klaus Cichutek verwies darauf, dass im Normalfall bei einer Impfstoffanpassung „keine weiteren präklinischen Versuche mit Tiermodellen mehr notwendig sind, sondern nur eine kleine Studie mit Menschen, die nachweisen muss, dass der veränderte Wirkstoff genauso wirksam ist wie der ursprüngliche“. Statt erneut über Monate hinweg zu untersuchen, ob die Impfstoffe Infektionen verhindern soll es ausreichen, in Blutproben ausreichend hohe Mengen von neutralisierenden Antikörpern nachzuweisen.

Gleichzeitig prüfen die Europäische Arzneimittelbehörde (EMA), das deutsche Paul-Ehrlich-Institut und die anderen europäischen Zulassungsbehörden Wege, um eine beschleunigte Zulassung zu ermöglichen. Wichtig ist hierbei, dass es sich um dasselbe Herstellungsverfahren handelt und die Qualität des Vakzins gewährleistet ist. Auf diese Weise könnte ein neuer Impfstoff innerhalb von knapp einem halben Jahr auf den Markt gebracht werden.

Auch bei AstraZeneca wird bereits an einer Anpassung des Impfstoffs gearbeitet. Im Januar schätzte das Unternehmen, das eine Anpassung bis zur Massenproduktion etwa sechs bis neun Monate dauern dürfte. Bisher liegt das Unternehmen gut in seinem eigenen Zeitplan. Am 27. Juni begann die Phase II/III der Zulassungsstudie für eine neue Version des AstraZeneca Impfstoffs Vaxzevira mit der Kennung AZD2816. Die Ergebnisse werden im weiteren Jahresverlauf erwartet.

Ruhig ist es hingegen um den Impfstoff von Johnson & Johnson. Das Vakzin erreicht bisher mit nur einer Dosis einen hohen Impfschutz, der jedoch weniger stark gegen die Delta-Mutation schützt. Auch hier ist anzunehmen, das der Hersteller bald eine neue Version auf den Markt bringt. Alternativ raten viele Experten inzwischen zu einer Auffrischungsimpfung mit einem m-RNA-Impfstoff. Eine Entscheidung der ständigen Impfkommission für Deutschland gibt es dazu aber noch nicht. 

Wie oft müssen Impfstoffe zukünftig angepasst werden?

Das ist selbst für Experten schwierig zu beurteilen. Um einschätzen zu können, ob das Sars-Cov-2-Virus langfristig eine ebenso stark ausgeprägte „Flucht“ vor dem Immunsystem zeigen wird wie gängige Influenzaviren, haben Virolog*innen der Berliner Charité die genetische Entwicklung von Erkältungscoronaviren untersucht. Bekannt sind vier solcher vergleichsweise harmlosen Coronaviren, die rund 10 Prozent der Erkältungen weltweit verursachen und schon wesentlich länger im Menschen zirkulieren als Sars-Cov-2. Auch sie entern menschliche Zellen über das sogenannte Spike-Protein, gegen das alle bisherigen Covid-19-Impfstoffe gerichtet sind.

Für die Studie verfolgte das Forschungsteam nach, wie sich das Spike-Gen der beiden am längsten bekannten Coronaviren über die vergangenen rund 40 Jahre verändert hat. Das Fazit ihrer Studie: Sars-Cov-2 verändert sich deutlich schneller als landläufige Coronaviren. „Der Grund dieser schnellen genetischen Veränderung liegt aber hauptsächlich in dem hohen Infektionsgeschehen während der Pandemie“, erklärt Jan Felix Drexler, Leiter der Studie. „Auf Basis der Evolutionsraten der heimischen Erkältungscoronaviren gehen wir davon aus, dass sich auch Sars-Cov-2 langsamer verändern wird, sobald das Infektionsgeschehen abebbt. Deshalb nehmen wir an, dass die Covid-19-Impfungen während der Pandemie regelmäßig überprüft und wenn nötig angepasst werden müssen. Sobald sich die Situation stabilisiert hat, werden die Impfungen aber voraussichtlich länger nutzbar sein.“

Gibt es Hoffnung auf ein Ausbremsen der Mutationen?

Ja, die gibt es, glaubt Isabella Eckerle, Leiterin der Forschungsgruppe an der Universität Genf. Ihre Annahme beruht auf dem Ansatz, dem Virus weniger Gelegenheit zu geben, durch evolutionären Druck neue Varianten entstehen zu lassen. „Das erreichen wir durch eine möglichst schnelle und breite Durchimpfung. Das ist nach wie vor die wichtigste Maßnahme, auch mit Blick auf drohende Mutationen!“ Es scheine erfreulicherweise so zu sein, dass bei den Varianten oft die gleichen Mutationen entstünden, das Virus habe womöglich nur ein begrenztes Repertoire, um sich besser anzupassen. „Wenn es zeitnah auch Impfstoffe gegen Varianten geben wird, die diese Mutationen abdecken, könnte sich eine recht stabile Situation einstellen, in der das Auftreten von immer weiteren, neuen Varianten ausgebremst wird.“