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Louis Pasteur und die Impfstoffe

2022 würde Louis Pasteur 200 Jahre alt werden. Er gilt als der Vater der Mikrobiologie und ebnete den Weg zur Impfstoffentwicklung maßgeblich. Wir haben ihm den ersten Impfstoff gegen Milzbrand und Tollwut zu verdanken. Selten war das Thema Impfung so brisant wie im letzten Jahr und auch durch die kommende Impfpflicht bleibt das Thema hoch aktuell. Zum 200. Geburtstag blicken wir deshalb auf Erfolge und Misserfolge der Impfgeschichte zurück und beleuchten die Unterschiede verschiedener Impftechniken genauer – Happy Birthday Louis!

Am 4. Juli 1885 machte sich der neunjährige Joseph Meister in einem kleinen Ort in den französischen Vogesen auf den Weg, Hefe für die Backstube seiner Eltern zu holen. Es war früh morgens und außer dem jungen Joseph war keine Menschenseele unterwegs. Nur ein Jagdhund überraschte den jungen Bäckereisohn und biss ihn mehrmals – zunächst in die Hand und anschließend ins Bein. Die Wunden des Jungen wurden gesäubert und nach einer tierärztlichen Untersuchung des Jagdhundes stellte sich heraus, dass dieser mit Tollwut infiziert war. Der Hundebesitzer hatte von einem jungen Chemiker gehört, der in Paris an einer Tollwutimpfung arbeitete und dessen Tierversuche erfolgreich verlaufen waren. Sofort traten die Eltern des Jungen mit ihm die Reise nach Paris an und bereits 60 Stunden nach dem Hundebiss wurde Joseph Meister die erste von insgesamt 13 Injektionen des Tollwutimpfstoffes verabreicht. Joseph Meister überlebte und ging in die Geschichtsbücher ein.

Pasteur hatte zuvor Kaninchen mit dem Tollwuterreger infiziert und ihnen nach einiger Zeit Rückenmark entnommen. Er trocknete es, um das Virus abzuschwächen. Als erste Dosis bekam Joseph die am abgeschwächteste Version des Virus. Für die weiteren Dosen wurde das Rückenmark immer kürzer getrocknet und das Virus wurde somit immer infektiöser. So konnte sich das Immunsystem langsam auf den Erreger einstellen.

Im darauffolgenden Jahr wurden 350 Personen mit Pasteurs Impfstoff immunisiert und nur eine Person entwickelte daraufhin Tollwut. Pasteur konnte mit den Impfungen gegen Tollwut sowie gegen Geflügelcholera, Schweinerotlauf und Milzbrand zeigen, dass eine Immunisierung theoretisch vor jeder beliebigen Infektionskrankheit schützen kann.

Im frühen 20. Jahrhundert gelang es Jonas Edward Salk durch die Inaktivierung des Polioerregers (Kinderlähmung) ein wirksames Vakzin zu entwickeln. Es handelte sich dabei um einen Totimpfstoff, bei dem der Erreger vollständig inaktiviert wird, aber dennoch eine Reaktion des Immunsystems auslöst.

Die Bezeichnung „Vakzin“ geht auf Edward Jenner und seinen Erfolg beim Pockenschutz zurück. Er erkannte, dass eine Infektion mit dem Kuhpockenerreger den Menschen auch vor dem menschlichen Pockenerreger schützt. Inzwischen gibt es Vakzine gegen viele verschiedene Infektionskrankheiten.

Wie funktionieren Impfungen?

Impfstoffarten (erstellt von Priska Wörl in biorender.com)

Das Prinzip der Impfungen unterscheidet sich dabei allerdings ein wenig: Es gibt passive und aktive Immunisierungen, letztere werden nochmals in weitere Untergruppen eingeteilt, zu denen Lebend- und Tot- sowie Vektor- und mRNA-Impfstoffe zählen.

Als immun bezeichnet man einen Organismus, sobald er Antikörper gegen den Erreger hat. Antikörper können sich an einen Teil des Virus oder Bakteriums binden und dann eine Immunantwort auslösen. Bei einer passiven Immunisierung werden die Antikörper gespritzt, während der Körper bei der aktiven Immunisierung die Antikörper selbstständig bildet. Passive Immunisierungen bieten einen sofortigen Infektionsschutz, während der volle Schutz bei aktiven Immunisierungen erst nach einiger Zeit eintritt. Um die Bildung von Antikörpern zu erreichen, werden dem Körper Teile des Erregers gespritzt – ein Infektionsrisiko besteht dabei nicht.

Tot- und Lebendimpfstoffe

Im Falle von Lebendimpfstoffen werden abgeschwächte, aber „lebende“ Formen der Bakterien oder Viren verabreicht, auf die der Körper dann reagiert und Antikörper bildet. Totimpfstoffe sind dagegen inaktivierte oder tote Restbestandteile der Erreger. Lebendimpfstoffe sind meist wirksamer als Totimpfstoffe, bergen aber das Risiko, dass sich die abgeschwächten Erreger wieder zur infektiösen Form zurückbilden (Reversion).

mRNA-Impfstoffe

Durch die aktuelle Situation wurde uns allen die neueste Impfstoffart bekannt. Der erste überhaupt zugelassene mRNA-Impfstoff ist von der Firma Biontech. Die mRNA-Technik wurde bis dahin vorwiegend in der Krebsforschung angewandt, in der auch das Hauptforschungsfeld von Biontech liegt.

Während die DNA als Sicherungskopie in unserem Zellkern ist, handelt es sich bei der mRNA sozusagen um eine Arbeitskopie, die außerhalb des Zellkerns vorkommt. Sie funktioniert wie eine Bauanleitung für Proteine. Bei der Impfung wird spezifische mRNA als Anleitung für charakteristische Proteine eines Erregers verabreicht – diese Proteine sind Antigene anhand derer der Körper Fremdes erkennt. Der Körper produziert dann die Antigene nach der Bauanleitung selbst, erkennt sie anschließend als fremd und bildet deshalb Antikörper. Die verabreichte mRNA stellt kein Risiko für eine Infektion dar, da nur einzelne Proteine vom Körper produziert werden – um infektiös zu sein, bräuchte es ganze funktionsfähige Erreger. Aufgrund der Kurzlebigkeit und der Lokalisierung der mRNA außerhalb des Zellkerns, stellen diese Vakzine auch kein Risiko einer Erbgutveränderung dar.

Vektorimpfstoffe

Bei Vektorimpfstoffen handelt es sich um entschärfte Viren, welche mit dem Erbmaterial des Erregers beladen werden, um das Erbmaterial in den Zellkern zu transportieren. Es handelt sich dabei meist um Adenoviren, die Zugang zum Zellkern haben. Dort wird über natürliche Mechanismen die Erbinformation in mRNA und anschließend in Proteine umgeschrieben, aus denen dann die Bildung der Antikörper erfolgt. Die Adenoviren haben nicht die Fähigkeit, Änderungen an unserer DNA vorzunehmen.

Dies ist nur ein kleiner Überblick über verschiedene Impfstoffe. Denn die Möglichkeiten, unser Immunsystem anzuregen, um Antikörper zu bilden sind schier unerschöpflich und die Technologie der mRNA Impfstoffe aus dem Jahr 2020 wird wohl nicht die Letzte bleiben. Was würde wohl Louis Pasteur heute über die vielen Impftechnologien sagen? Im Dezember diesen Jahres wäre sein zweihundertster Geburtstag – es wäre ein schönes Geschenk, die Covidpandemie zu seinem Geburtstag mit der Fortsetzung der Technologie zu beenden, für die er den Grundstein legte.

Beitragsbild: pixabay.com