mRNA-Impfstoffe: Funktionsweise und Fazit nach 3 Jahren

„Der größte Feind des Wissens ist nicht Unwissenheit, sondern die Illusion, wissend zu sein.“

Daniel J. Boorstin

Drei Jahre nach Beginn der Coronapandemie, die uns alle viel Nerven und so manchen auch Angehörige gekostet hat, hat nun wirklich jeder von mRNA-Impfstoffen gehört.

Doch kaum einer weiß, wie diese eigentlich funktionieren und warum sie die Impfstoff-Entwicklung so fundamental umgekrempelt haben. Zeit, das zu ändern!

Wie DNA die Baupläne unseres Körpers speichert

Schauen wir uns dazu die Abbildung 1 an. Jede Tierzelle verfügt über einen sogenannten Zellkern, in dem die DNA (Desoxyribonukleinsäure; im engl. acid) vorliegt. Man kann sich die DNA wie eine sehr lange Filmrolle vorstellen. Darin sind unfassbar viele Videoclips hintereinander, teilweise auch überlagert, aufgezeichnet. Jeder Clip ist ein Gen. Die Filmrolle liegt nicht säuberlich aufgerollt, sondern eher chaotisch zerknüllt im Vorführraum (Zellkern) vor. Es bedarf mehrere Mitarbeiter (Enzyme), um sie bei Bedarf zu entrollen. In jeder Zelle befindet sich exakt dieselbe Filmrolle, aber je nach Gewebe werden andere Videoclips abgerufen.

Schneidet man die Clips anders zusammen, ist die Aussage des Videos komplett anders. Obwohl man dasselbe ursprüngliche Filmmaterial verwendet. Das biologische Pendant ist das sogenannte Splicing, also die Mehrfachverwendung eines Genes für unterschiedliche Proteine. Oder Videos, um in der Metapher zu bleiben.

Die Filme wurden mit einer Kamera aufgezeichnet, die nur über vier Farben, oder Basen, verfügt. Dabei komplementieren sich immer zwei der Farben (Guanosin und Cytosin; Adenosin und Thymin). Die Bildinformation auf der Filmrolle entspricht der Abfolge dieser vier Farben. Möchte der Körper ein Gen abrufen und die gespeicherte Information abrufen, übernimmt das Enzym RNA-Polymerase.

Diese vervielfältigt, oder transkribiert im Fachjargon, den gewünschten Videoclip zunächst aus dem Filmarchiv. Dabei wird nur die Hälfte der Information benötigt, da sich aus der einen Farbe immer auch die andere ergibt (sense und antisense Strang). Man kann sich vorstellen, dass die Rolle längs halbiert kopiert wird, allerdings wird eine Farbe (Thymin) in einen etwas anderen Farbton (Uridin) umgeschrieben.

Haben wir nicht mehr die vollständige Filmrolle, sondern nur die Hälfte vorliegen, redet man nicht mehr von (doppelsträngiger) DNA, sondern von (einsträngiger) RNA (Ribonukleinsäure). In diesem spezifischen Fall von messenger RNA, oder mRNA, da sie die Nachricht (das Filmmaterial) des Gens aus dem Zellkern heraus übermittelt.

Mit leicht unterschiedlichen „Farbpaletten“ sind diese 20 Aminosäuren universell in allen Lebewesen auf der Erde vorhanden.

Wanted dead or alive: konventionelle Impfstoffe

Wer sich noch aus der Schule daran erinnert, wie gängige Impfstoffe funktionieren, kann diesen Abschnitt getrost überspringen.

Für alle anderen gilt es, Abbildung 2 zu betrachten:

Daraus wird zunächst ersichtlich, dass man zwischen aktiver- und passiver Impfung unterscheidet. Passive Impfung bedeutet, dass man einem Patienten Blutserum mit einer hohen Konzentration an Antikörpern verabreicht, die den Erreger direkt bekämpfen können. Diese wurden entweder aus einem Tier oder präferiert aus einem Menschen gewonnen, der bereits immunisiert ist. Das hilft akut, zum Beispiel falls Verdacht auf Tollwut nach einem Tierbiss besteht, trägt aber nicht zur Immunisierung des Patienten bei.

Aktive Impfung hingegen bedeutet, dass man dem Patienten (a) eine abgeschwächte oder nicht mehr krankmachende Variante des Erregers (Lebendimpfstoffe), (b) eine Variante, die sich nicht mehr vervielfältigen kann oder sogar nur Fragmente des Erregers (Totimpfstoffe), (c) oder Vektorimpfstoffe, also ungefährliche (meist Adeno-)Viren, welche Teile des Erregers in sich tragen oder auf ihrer Oberfläche präsentieren, verabreicht.

Daraufhin wird das Immunsystem in der spezifischen Immunantwort mit der Produktion von Antikörpern reagieren, die genau auf gewisse Proteinabschnitte des Erregers (Antigene), zum Beispiel der Hülle, zugeschnitten sind und diese passgenau binden können. Durch Bindung der Antikörper sind die Erreger handlungsunfähig, bis Killerzellen des Immunsystems ihnen den Rest geben.

Gedächtniszellen protokollieren das Ganze und sorgen dafür, dass die Immunantwort beim nächsten Kontakt mit dem Erreger schneller abläuft. Darauf basiert die Immunisierung durch Impfen.

In der Tabelle 1 sind einige Beispiele von Impfstoffen aus unserem Alltag aufgelistet: auf welchem Prinzip sie basieren, wann sie entwickelt worden sind und natürlich auch, vor welcher Krankheit sie schützen.

Tabelle 1: Beispiele zu Lebend- und Totimpfstoffen aus dem Alltag. Tabelle nach Vorbild von Plotkin et al. 2005 ¹.

	Impfstrategie	Jahr	Krankheit
Lebend-impfstoffe	Verwendung eines verwandten Tiervirus	1798	Pocken
	Chemische Abschwächung	1881	Anthrax
		1885	Tollwut
	Abschwächung in Zellkulturlinien	1963	Masern
	Auxotrophie (töten sich selbst im Wirt)	1989	Typhus
	Zellkulturlinien mit niedrigerer Temperatur als im Wirt + Reassortierung (Neuverteilung von Genmaterial zwischen ähnlichen Viren)	2003	Lebendgrippe
Totimpfstoffe	Ganze, inaktivierte Organismen	1896	Typhus
		1896	Cholera
		1897	Pest
		1995	Hepatitis A
	Extrakte und Untereinheiten	1960	Anthrax
	Toxoide (unschädlich gemachte Toxine)	1923	Diphterie
		1927	Tetanus
	Zucker (auf) der Bakterienhülle	1995	Typhus
	Protein-konjugierte Zucker der Bakterienhülle	2002	Meningococcen
	Aufgereinigte oder rekombinante Proteine (gentechnisch hergestellte)	1986	Hepatitis B
		1998	Borreliose

The new guy in town: Funktionsweise der mRNA-Impfstoffe

Kommen wir endlich zum Eingemachten: den mRNA-Impfstoffen. Ihre Entwicklung läuft genau gegensätzlich ab zu der Genspeicherung in unserem Körper, die wir weiter oben gesehen haben (Abbildung 1).

Wissenschaftler von Pfizer/BioNTech oder Moderna übernahmen quasi die Rolle des Special Effects Teams, aber rückwärts: die Information der 20 Aminosäuren („Farben“) aus denen die Spikeproteine des Coronavirus bestehen, wandelten sie wieder in den Vier-Farben-Code der Basen bzw. Nukleotide um (Abbildung 3).

Dabei haben sie eine der vier Basen durch eine etwas andere ersetzt (Uridin durch Pseudouridin). Man fand heraus, dass die eingebrachte mRNA somit einer ersten Hürde des Immunsystems entgehen kann ². Das steigert die Verträglichkeit und Langlebigkeit der mRNA. Für diese Entdeckung gab es 2023 übrigens den Nobelpreis in Medizin.

Zusätzlich haben Pfizer/BioNTech und Moderna die Abfolge der Basen modifiziert, damit das Hüllprotein stabiler ist. Das gewährleistet, dass unser Immunsystem auf die intakte Struktur des Spikeproteins reagieren kann.

Es gibt zahlreiche andere Strategien, um die Immunreaktion gegen mRNA zu senken, wobei sich die chemische Modifikation als am wirksamsten herausstellte. Auch die Reinheit der mRNA spielt eine entscheidende Rolle.

Siehe zum Beispiel Curevac (Tübingen), welche die Menge der Base Uridin in ihrem Impfstoff minimierten, anstatt sie durch Pseudouridin auszutauschen. Ihre angepasste mRNA-Basenabfolge war ebenfalls verträglich, sorgte jedoch für einen deutlich geringeren Impfschutz gegen Corona als Produkte der Konkurrenz ³.

Zusammensetzung der mRNA-Impfstoffe

Verpackt werden mRNA-Impfstoffe in einen Lipid-Nanopartikel, salopp gesagt einem mikroskopisch kleinen Fett-Tröpfchen, bestehend aus vier Komponenten ⁴ (Abbildung 4):

Todesfälle und Nebenwirkungen– das sagt die Statistik

Die vermuteten Todesfälle in Verbindung mit Medikamenten in der EU kann sich jeder ganz einfach auf der Datenbank EudraVigilance anschauen. Die gelisteten Todesfälle und Nebenwirkungen bedeuten lediglich, dass sie nach Einnahme der Medikamente oder der Impfung eingetreten sind. Nicht, dass dies zwangsweise zusammenhängt oder gar die Ursache hierfür war.

Aus EudraVigilance geht hervor, dass es (Stand Dezember 2022) ca. 11.500 Todesfälle bei insgesamt über 933 Millionen verabreichten Corona-Impfungen gab. Wie gesagt ist es unwahrscheinlich, dass all diese Todesfälle wirklich auf die mRNA-Impfstoffe rückzuführen sind.

Die Zahlen sprechen für sich, wenn man das mit den weltweit über 10 Millionen Todesfällen vergleicht, die nach oder mit einer Coronavirus-Erkrankung erfolgten.

Betrachtet man den mRNA-Impfstoff von Pfizer/BioNTech im Detail, ergaben sich Nebenwirkungen bei ca. 0,14% aller Geimpften (967.000 aus 685 Millionen).

Obwohl es in diesen seltenen Fällen akute Nebenwirkungen gibt, zum Beispiel Herzmuskelentzündung nach einer Auffrischung ⁶, sind die mRNA-Impfstoffe vergleichsweise sehr sicher, effizient und gut verträglich für die Mehrheit.

So sorgen sie bei 94-95% aller Geimpften nach einer Impfung plus einer Auffrischung für einen deutlich milderen Krankheitsverlauf ^7,8.

Da Herzmuskelentzündungen bei jungen Männern häufiger auftraten, könnte man auch in Frage stellen, ob die Symptome von der Impfung als solche oder der Missachtung der Empfehlung gegen sportliche Betätigung herrührte.

mRNA-Impfstoffe und gehäufte allergische Reaktionen

Bei dem Pfizer/BioNTech Impfstoff BNT162b2 traten zu anfangs bei ungefähr 1 von 200.000 Patienten allergische Reaktionen auf ⁹, und das innerhalb kürzester Zeit ¹⁰. Deshalb musste man sich in Impfzentren nochmal 20 Minuten hinsetzen und Däumchen drehen.

Obwohl immer noch sehr selten, war dies in etwa fünfmal häufiger als es bei anderen gängigen Grippe-Impfstoffen (ungefähr 1 aus 1,3 Millionen).

Man verdächtigte zunächst Polyethylengylcol (PEG), das wasserlösliche und äußerst verträgliche Polymer auf der Oberfläche des Impfstoffes ¹¹. Jedoch sprechen neuere Forschungsergebnisse schon wieder dagegen und zeichnen ein komplizierteres Bild ¹². So können falsche Lagerbedingungen die Kristallisierung von Pufferkomponenten oder zur Instabilisierung des Impfstoffes bewirken ¹⁰.

Auch Kreuzallergien von PEG 3350 (dem häufigsten Allergen) und anderen Polysorbaten sind bekannt ¹³, weshalb weltweit empfohlen wurde, Patienten mit einer allergischen Vorgeschichte von der Impfung auszuschließen. Selbst die Lipid-Nanopartikel, auch Liposomen genannt, können in seltenen Fällen pseudo-allergische Reaktionen hervorrufen ¹⁴.

Interessanterweise traten bei Vektor-basierten Impfstoffen, also denjenigen, die ungefährliche Virenpartikel als Verpackung verwenden, vergleichsweise häufiger anaphylaktische Schocks oder andere Nebenwirkungen auf ¹⁵. Man erinnere sich an den Wirkstoff von AstraZeneca und erhöhte Blutgerinnsel-Gefahr für Geimpfte im Alter von unter 60 Jahren ¹⁶.

Inzwischen sind zumindest die erfassten Berichte von allergischen Schockreaktionen aus Europa (EudraVigilance) und den USA (VAERS) seit Beginn der Aufzeichnung Ende 2020 bis Anfang 2023 insgesamt deutlich zurückgegangen ¹⁵. Ob das die Folgen verbesserter Produktionsabläufe sind, ungenügender Erfassung, oder der bessere Umgang mit Nebenwirkungen und dem Ausschluss von Risikopatienten, bleibt zu klären. Auffällig ist dabei auch, dass in den USA weitaus weniger Fälle dokumentiert wurden als in der Europäischen Union, was auf mögliche Gründe in der Herstellung oder dem Erfassungssystem deuten könnte. Für das gute Gesundheitssystem sind die USA in der Vergangenheit ja eher weniger aufgefallen.

Ist neuer auch besser? Ein Vergleich von mRNA- und klassischen Impfstoffen

Vergleicht man mRNA-Impfstoffe und traditionelle Impfstoffe, fällt zuerst einmal auf, dass es nicht mehr nötig ist, Erreger in abgeschwächter oder toter Form zu verabreichen. Dies führt zu insgesamt milderen Immunreaktionen, somit einer höheren Verträglichkeit und macht es außerdem unmöglich, die eigentliche Krankheit durch die Impfung zu erhalten.

Durch die schwächere Immunantwort ist der Impfschutz etwas schwächer und muss immer wieder aufgefrischt werden. Eine traditionelle Impfung gegen Masern, Mumps, Röteln und Windpocken hingegen hält ein Leben lang.

Aufgrund des simplen Designs ist die Impfstoffentwicklung bei mRNA-basierten Wirkstoffen deutlich beschleunigt und kann auf nahezu alle Erreger angewendet werden. Bei klassischen Impfstoffen müssen geschwächte Versionen der Viren aufwändig in Zellkulturen gezüchtet werden, oder die Verträglichkeit von ganzen Totviren oder deren Fragmente überprüft werden.

Tabelle 2: Vergleich von mRNA- und klassischen Impfstoffen. Nachempfunden von diesem Artikel.

	mRNA-Impfstoff	Klassische Impfstoffe
Entwicklungs- und Herstellungszeit	Schneller	Langsamer
Sicherheit und Wirksamkeit	Sicher und wirksam (95%) für den Großteil	Sehr wirksam (bis zu 99%), aber nicht sicher für alle
Haltbarkeit	Bis zu 6 Monate 17	Bis zu 18 Monate
Impfschutz	Muss aufgefrischt werden	Je nach Impfung lebenslang oder mit Auffrischung

Bei der Haltbarkeitsdauer ziehen mRNA-Impfstoffe jedoch den kürzen ¹⁷. So können sie maximal für ein halbes Jahr gelagert werden, während traditionelle Impfstoffe bis zu 18 Monate haltbar sind. Letzteres vereinfacht die Kalkulation von Regierungen, falls die Impfbereitschaft geringer ausfällt als erwartet.

Der Mythos von Autismus und Impfungen

Die Legende, dass Impfungen Autismus auslösen, stammt primär von einer schlampig durchgeführten Studie von 1998, die erst 2010 zurückgezogen worden ist ¹⁸. Darin wollte ein Wissenschaftler herausgefunden haben, dass Darm-Läsionen, angeblich verursacht vom Masern-Virus, dafür verantwortlich seien, Autismus in Kindern auszulösen ¹⁹.

„Bewiesen“ hatte Andrew Wakefield das anhand von 11 Patienten, von denen 8 besagte Darmschäden aufwiesen. Eine lächerlich geringe Zahl, um verlässliche Aussagen im großen Maßstab zu treffen. Zumal sich Autismus in sehr unterschiedlichen Ausprägungen und Symptomatiken zeigt. Unwahrscheinlich, dass all dies durch dieselbe Ursache entstand. Zuvor hatte er diese Läsionen als Ursache von Morbus Crohn gehalten, was sich ebenfalls sehr schnell als falsch erwies. Doch er war hartnäckig.

Für die Presse war das trotz mangelnder Beweislage ausreichend, da sie nun einen Schuldigen (die Pharmakonzerne), Opfer (Eltern und ihre Kinder) und Verschwörer (Wissenschaftler, die halfen zu vertuschen) beisammen hatten ¹⁸.

Da die Masernimpfung und ersten Zeichen von Autismus bei Kleinkindern zeitlich zusammenfallen (12-18 Monate), wurden diese beiden Gegebenheiten kurzerhand in Verbindung gebracht. Wenn B nach A folgt, muss A die Ursache für B sein. Ganz einfach. Aber leider nicht korrekt.

Eine Großstudie aus dem Jahr 2019 verfolgte über 650.000 Neugeborene aus Dänemark im Zeitraum von 1999 bis 2013 ²⁰. Daraus ging klar hervor, dass keinerlei Zusammenhang zwischen Autismus und der Masernimpfung besteht. Das Verhältnis der an Autismus erkrankten Kinder war zwischen Geimpften und Ungeimpften Gruppen nahezu identisch.

Fazit

Fassen wir zusammen: Erstens lassen sich mRNA-Impfstoffe deutlich schneller entwickeln als gängige Impfstoffe. Die mRNA-Sequenz des Impfstoffes muss nur auf das individuelle Zielprotein des Erregers zugeschnitten werden. Das verringert die Kosten und beschleunigt den Zulassungsprozess. Klinische Studien werden weiterhin benötigt, um Wirksamkeit und Verträglichkeit zu gewährleisten.

Zweitens sind mRNA-Impfstoffe verträglicher bei vergleichbarem Impfschutz zu Lebend- oder Totimpfstoffen. Da man keine Erreger verabreicht, ist es unmöglich die Krankheit zu bekommen, gegen welche man geimpft wird. Jedoch muss man häufiger auffrischen.

Es gibt weiterhin Probleme mit den Lipid-Nanopartikeln, doch ein besserer Umgang mit Risikopatienten und weitere Forschung schaffen langfristig Abhilfe.

Drittens gibt es aus wissenschaftlicher Sicht keinerlei Zusammenhang zwischen Impfungen und Autismus.

Das bedeutet nur eines: impft euch gegen Corona und andere Viren, vor allem als Risikopatient mit Vorerkrankungen oder im Alter von über 60. Glaubt keinen Impfgegnern. Denn jetzt wisst ihr es besser!

Wie hast Du damals die Aufklärung der Bundesregierung über die mRNA-Impfstoffe empfunden? Fandest Du diesen Beitrag hilfreich? Feedback und/oder Deine Meinung zum Thema als Kommentar oder per Kontaktformular sind immer willkommen.

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Weiterführende Links

• Medizinnobelpreis 2023: https://www.tagesschau.de/wissen/forschung/nobelpreis-medizin-2023-100.html).
• mRNA-Impfstoffe: https://www.spektrum.de/news/der-siegeszug-der-mrna-impfstoffe/1937407
• Post-Vac: https://www.spektrum.de/news/post-vac-wie-gefaehrlich-die-impfungen-wirklich-sind/2114313
• Pfizers mRNA-Impfstoff-Studie: https://phmpt.org/wp-content/uploads/2021/11/5.3.6-postmarketing-experience.pdf
• mRNA vs klassische Impfstoffe: https://www.medicalnewstoday.com/articles/mrna-vaccine-vs-traditional-vaccine#safety
• Haltbarkeit klassischer Impfstoffe: https://wonder.cdc.gov/wonder/prevguid/p0000075/p0000075.asp
• Todesfälle COVID weltweit: https://www.statista.com/statistics/1093256/novel-coronavirus-2019ncov-deaths-worldwide-by-country/
• EudraVigilance, Nebenwirkungsstatistiken von Arzneimitteln der Europäischen Union: https://www.adrreports.eu/en/index.html
• Corona-Impfung, Nebenwirkungen (aus EudraVigilance, Stand Dezember 22): https://www.ema.europa.eu/en/documents/covid-19-vaccine-safety-update/covid-19-vaccines-safety-update-8-december-2022_en.pdf
• VEARS, Nebenwirkungsstatistiken von Arzneimitteln der USA: https://vaers.hhs.gov/
• Tolle Zusammenfassung zu den verschiedenen Impfstoffarten von dem Bundesministerium für Bildung und Forschung: https://www.bmbf.de/bmbf/shareddocs/kurzmeldungen/de/coronavirus-impfstoffe-im-vergleich.html

Quellen

Das Titelbild ist eine neu arrangierte Version der Bilder von Spencerbdavis (CC BY 4.0) und Alissa Eckert, MS; Dan Higgins, MAM, Public domain, via Wikimedia Commons.

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2.        Karikó, K., Buckstein, M., Ni, H. & Weissman, D. Suppression of RNA Recognition by Toll-like Receptors: The Impact of Nucleoside Modification and the Evolutionary Origin of RNA. Immunity 23, 165–175 (2005).

3.        Kremsner, P. G. et al. Safety and immunogenicity of an mRNA-lipid nanoparticle vaccine candidate against SARS-CoV-2: A phase 1 randomized clinical trial. Wien. Klin. Wochenschr. 133, 931–941 (2021).

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7.        Anand, P. & Stahel, V. P. The safety of Covid-19 mRNA vaccines: a review. Patient Saf. Surg. 15, 20 (2021).

8.        Haas, E. J. et al. Impact and effectiveness of mRNA BNT162b2 vaccine against SARS-CoV-2 infections and COVID-19 cases, hospitalisations, and deaths following a nationwide vaccination campaign in Israel: an observational study using national surveillance data. Lancet 397, 1819–1829 (2021).

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10.     Sampath, V. et al. Vaccines and allergic reactions: The past, the current COVID-19 pandemic, and future perspectives. Allergy 76, 1640–1660 (2021).

11.     Caminati, M., Guarnieri, G. & Senna, G. Who Is Really at Risk for Anaphylaxis Due to COVID-19 Vaccine? Vaccines 9, 1–3 (2021).

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15.     Boufidou, F. et al. Anaphylactic Reactions to COVID-19 Vaccines: An Updated Assessment Based on Pharmacovigilance Data. Vaccines 11, 613 (2023).

16.     Franchini, M., Liumbruno, G. M. & Pezzo, M. COVID-19 vaccine-associated immune thrombosis and thrombocytopenia (VITT): Diagnostic and therapeutic recommendations for a new syndrome. Eur. J. Haematol. 107, 173–180 (2021).

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18.     Davidson, M. Vaccination as a cause of autism—myths and controversies. Dialogues Clin. Neurosci. 19, 403–407 (2017).

19.     Wakefield, A. J. et al. Retracted: Ileal-lymphoid-nodular hyperplasia, non-specific colitis, and pervasive developmental disorder in children. Lancet 351, 637–641 (1998).

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