Wie wirken die Corona-Impfstoffe?

Was sind mRNA-Impfstoffe?

In der EU sind bisher zwei mRNA-Impfstoffe zugelassen worden: Comirnaty von Biontech/Pfizer und der Impfstoff der Firma Moderna (Stand Juli 2023).

Anders als viele andere Impfstoffe enthalten mRNA-Impfstoffe nicht das Virus selbst, sondern nur einen kleinen Teil seines genetischen Bauplans. Es ist nämlich nicht notwendig, dass die Immunzellen das gesamte Virus kennen. Es reicht, wenn sie sich ein wichtiges Merkmal des Virus einprägen.

Im Fall der neu zugelassenen Impfstoffe gegen das Coronavirus ist dieser genetische Bauplan ein Stück der Boten-Ribonukleinsäure (messenger RNA, kurz mRNA) des Coronavirus. Diese mRNA bildet den genetischen Code für die sogenannten Spike-Proteine, jene „Stacheln“ an der Oberfläche des Coronavirus, die es unverwechselbar machen. Forscherinnen und Forscher stellen die mRNA für den Impfstoff aus ihren biologischen Einzelteilen im Labor her [1].

Die Corona-Impfstoffe sind zwar die ersten mRNA-Impfstoffe, die bisher zugelassen wurden (Stand Juli 2023). Sie sind allerdings nicht völlig neu: Herstellerfirmen forschen schon seit über einem Jahrzehnt an mRNA-Impfstoffen gegen verschiedene Viruserkrankungen. Erkenntnisse aus diesen Forschungen konnten sie nun auch für die Entwicklung der Corona-Impfstoffe nutzen [3]. Derzeit laufen zahlreiche Studien zu mRNA-Impfstoffen gegen verschiedene Virus- oder Krebserkrankungen [5].

Was passiert bei einer Impfung mit mRNA-Impfstoffen?

Bei der Impfung wird der Impfstoff, der unzählige Kopien des Bauplans mRNA enthält, mittels Spritze in den Muskel des Oberarms verabreicht. Die mRNA ist dafür in unzählige winzige Fettkügelchen (Fett-Nanokörperchen) verpackt. Diese Fettpartikel werden von den Körperzellen an der Impf-Stelle – hauptsächlich Muskelzellen, aber auch Immunzellen – aufgenommen. Die Zellen tun mit dem Bauplan für das Corona-Eiweiß nun das, was sie auch mit körpereigenen Bauplänen dieser Art tun: Sie stellen das Eiweiß gemäß der Anleitung her.

Die fertigen Corona-Stachel-Eiweiße geben die Zellen anschließend wieder ins Blut ab. Dort treffen die Corona-Eiweiße auf die Abwehrzellen des Immunsystems. Die Abwehrzellen erkennen die Eiweiße als fremd und schlagen Alarm. Die Bildung von Abwehrstoffen (Antikörper) beginnt. Die Corona-Eiweiße können selbst können kein Covid-19 auslösen. Es besteht also keine Gefahr, die Erkrankung durch die Impfung zu bekommen [1,2].

Was sind Vektor-Impfstoffe und wie wirken sie?

Mit den Impfstoffen der Firmen Astra Zeneca und Johnson&Johnson sind auch sogenannte Vektorimpfstoffe gegen das Coronavirus in der EU zugelassen (Stand Juli 2023). Vektor-Impfstoffe funktionieren nach demselben Prinzip wie die mRNA-Impfstoffe. Auch sie bringen Körperzellen dazu, das Virus-Eiweiß (das Spike-Protein) selbst herzustellen.

Die Baupläne dafür gelangen jedoch auf anderem Weg in die Körperzellen: nämlich verpackt im Erbgut von nicht-krankheitserregenden Adenoviren. Diese dringen in die menschlichen Körperzellen ein. Die Viren wurde aber so verändert, dass es sich nicht vermehren und somit keine Krankheit auslösen können.

Die Adenoviren im Impfstoff schleusen den Bauplan für die Corona-Eiweiße in Körperzellen rund um die geimpfte Stelle am Oberarm ein. Sie sind also Transport-Vehikel – auch Vektoren genannt – für den eigentlichen Wirkstoff, den Bauplan für das Corona-Eiweiß. In den Zellen passiert danach dasselbe wie bei der Impfung mit mRNA-Impfstoffen auch: Die Zellen bauen das Corona-Eiweiß gemäß der Anleitung nach und entlassen es ins Blut. Außerhalb der Zellen werden die Eiweiße dann vom Immunsystem erkannt und bekämpft [2].

Impfstoffe nutzen natürliche Vorgänge

Vektorimpfstoffe machen sich den natürlichen Mechanismus zunutze, mit dem sich Viren im menschlichen Körper vermehren. Viren, die Menschen infizieren, können sich nicht eigenständig vermehren, sie benötigen dazu menschliche Zellen. Dabei docken sie an die Zellen an, schleusen sich in ihr Inneres ein und bringen die Zelle dazu, neue Viren herzustellen. Das passiert zum Beispiel jedes Mal, wenn wir an einer Verkühlung (Erkältung) erkranken. Bei einer solchen natürlichen Virusinfektion sterben die befallenen Zellen schlussendlich ab.

Bei der Impfung ist das nicht so. Die Zellen rund um die Impf-Stelle im Oberarm stellen die Corona-Eiweiße nur für kurze Zeit her. Danach werden sowohl der genetische Bauplan aus dem Impfstoff als auch die hergestellten Corona-Eiweiße von den Körperzellen in kurzer Zeit wieder abgebaut und entsorgt. Es entstehen danach keine weiteren Corona-Eiweiße mehr.

Kein Kontakt mit menschlichem Erbgut

Unser eigenes Erbgut (DNA) wird durch die Impfung nicht beeinflusst. Denn der Impfstoff mit dem genetischen Bauplan für das Corona-Eiweiß kommt mit dem menschlichen Erbgut nicht in Kontakt. Die menschliche DNA liegt gut verpackt im Zellkern. Bei Impfungen mit mRNA-Impfstoffen (zB. von Biontech/Pfizer oder Moderna) kommt der Impfstoff nicht bis in den Zellkern. Hier besteht der Bauplan, also die mRNA, außerdem aus anderen Bausteinen als das menschliche Erbgut, die DNA. Man könnte auch sagen, der Bauplan ist in einer anderen Sprache verfasst als unsere DNA. Die mRNA kann deshalb nicht ohne weiteres in die DNA eingebaut werden [3].

Bei einer Impfung mit Vektorimpfstoffen (Astra Zeneca oder Johnson&Johnson) muss der Bauplan gemeinsam mit dem Erbgut des Träger-Virus in den Zellkern gelangen, damit die Corona-Eiweiße entstehen können, die für den Effekt der Impfung wichtig sind. Das passiert auf die gleiche Weise wie bei einer Infektion mit Adenoviren auf natürlichem Weg, etwa bei einer Verkühlung. Anders als bei einer natürlichen Infektion kann sich das im Impfstoff enthaltene Träger-Virus jedoch nicht vermehren und auch keinen Schaden anrichten. Auch Veränderungen an der menschlichen DNA kann es nicht vornehmen – denn die ist dicht verpackt und schwer zugänglich [1].

Was sind Eiweiß-Impfstoffe?

Mit den Impfstoffen Nuvaxovid (Firma Novavax) und Valneva sind auch sogenannter Protein- oder Eiweiß-Impfstoff zugelassen (Stand Juli 2023). Ausschließlich für Auffrischungsimpfungen nach mRNA-Impfungen stehen außerdem die Protein-Impfstoffe Bimervax (HIPRA) und VidPrevtyn Beta (Sanofi Pasteur) in der EU zur Verfügung.

Protein-Impfstoffe sind bereits von den Impfungen gegen Keuchhusten oder Hepatitis B bekannt. Die Corona-Protein-Impfstoffe enthalten künstlich hergestellte Corona-Eiweiße (Spike-Proteine), also das „Erkennungsmerkmal“ des Coronavirus. Im Unterschied zu den mRNA- und Vektorimpfstoffen werden anstelle des Bauplans bereits die fertigen Corona-Eiweiße mit dem Impfstoff in den Muskel gespritzt. Die anschließende Reaktion des Körpers ist jedoch bei allen drei Impfstoff-Arten gleich: Die Immunzellen erkennen das Corona-Eiweiß als fremd und bilden Antikörper dagegen.

Impfen – wie geht das eigentlich?

Das Immunsystem kann sich an Krankheitserreger erinnern – an manche sogar ein Leben lang. Kämpft es einmal gegen eine Infektion, produzieren die Abwehrzellen im Normalfall Antikörper gegen den Erreger und machen ihn unschädlich. Die Zellen des Immunsystems (B-Zellen und T-Zellen) merken sich, wie der Erreger aussieht und können ihn abwehren, sollte er eines Tages wiederkommen.

Dieses „Gedächtnis“ des Immunsystems machen sich Impfungen zunutze. Eine Impfung ist ein Probealarm. Der Impfstoff trainiert den Körper rasch und spezifisch auf Krankheitserreger zu reagieren. Er wappnet ihn somit für den Ernstfall. Dafür sind zwei Punkte wichtig: Der Impfstoff sieht dem echten Erreger sehr ähnlich, er macht die geimpfte Person aber dennoch nicht krank.

Der Schutz bleibt bei manchen Impfungen ein Leben lang erhalten, wie zum Beispiel bei den Impfungen gegen Masern oder Windpocken. Andere benötigen eine regelmäßige Auffrischung, wie etwa die Zeckenimpfungen gegen FSME (Frühsommer-Meningoenzephalitis) oder die Impfung gegen Tetanus [4].

Wie schafft das die Impfung?

Um die Immunzellen mit einem bestimmten Krankheitserreger vertraut zu machen, muss der Impfstoff dem Erreger zum Verwechseln ähnlichsehen. Er darf allerdings die geimpften Personen nicht krankmachen.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, das zu erreichen: Zum Einsatz kommen zum Beispiel abgetötete Krankheitserreger oder auch nur Teile davon, wie etwa die leere Hülle eines Virus. Die Immunzellen erkennen die Erreger-Teile zwar als körperfremd und reagieren darauf mit der Bildung von Abwehrstoffen, sie können aber keinen Schaden anrichten. Beispiele für solche sogenannten Totimpfstoffe sind etwa die Impfungen gegen Tollwut oder Hepatitis.

Manchmal werden Erreger nur abgeschwächt und in kleinen Mengen als Impfung gespritzt. Man spricht dann auch von Lebendimpfstoffen. Das Immunsystem reagiert stark auf die abgeschwächten Erreger und der Impfschutz bleibt mitunter ein Leben lang erhalten. Das ist zum Beispiel der Fall beim Lebendimpfstoff gegen Masern [4].

Mehr Infos

Wer wissen möchte, wie die Entwicklung eines neuen Impfstoffes im Detail abläuft und wie die Sicherheit und Wirksamkeit der Corona-Impfstoffe überprüft wurde, liest hier weiter: Corona-Impfung: Wie die Welt zu neuen Impfstoffen kommt.

Alle Infos zu den derzeit zugelassenen Impfstoffen, wie sie getestet wurden und welche Fragen noch offen sind, haben wir auf dieser Übersichtsseite zusammengefasst.

Die Informationen auf unseren Übersichtsseiten zur Corona-Impfung werden allerdings seit 2022 nicht mehr aktualisiert. Aktuelle Informationen hat zum Beispiel das deutsche Robert-Koch-Institut (RKI).