mRNA-Impfung führt zu einer Immunantwort
Die mRNA enthält die genetische Information für das Spike-Protein und löst so die Immunreaktion aus.
Training für das Immunsystem
Impfstoffe sind die Trainer unseres Immunsystems: Sie zeigen ihm, woran es fremde Eindringlinge erkennt und wie es sich gegen diese wehren kann. Um das Immunsystem auf einen möglichen Angriff von Coronaviren vorzubereiten, wird ihm beigebracht, einen bestimmten Teil von SARS-CoV-2, nämlich das Spike-Protein, zu erkennen und sich dagegen zu wappnen.
Dazu wird die genetische Bauanleitung für das Spike-Protein in die Zellen geschleust und das Immunsystem dazu gebracht, selbst die Eiweißmoleküle zu produzieren, die normalerweise wie kleine Stachel auf der äußeren Hülle des Coronavirus sitzen (Video: Die Aufgabe der mRNA bei Impfstoffen). Bei der Bauanleitung handelt es sich um sogenannte Messenger-RNA oder Boten-RNA, kurz mRNA. Ein mRNA-Molekül enthält einen genetischen Code, der von den Proteinfabriken, den sogenannten Ribosomen, abgelesen werden kann, um daraus das entsprechende Protein herzustellen. Dieser Prozess findet im Zytoplasma, also im Zellinneren, statt (Artikel: mRNA-Impfstoffe: nur im Zellplasma).
So aktiviert das Spike-Protein unsere Immunantwort
Was passiert genau, nachdem die Zellen das Spike-Protein hergestellt haben?
Dazu muss man verstehen, welche Aufgabe das Spike-Protein von SARS-CoV-2 normalerweise erfüllt. Das Spike-Protein bindet an einen Rezeptor namens ACE2, der sich insbesondere auf der Oberfläche von Zellen der Atemwege befindet. Diese Bindung setzt einen Prozess in Gang, der zur Verschmelzung von Virus- und Zellmembran führt. Die Folge: Das Virus kann seine genetische Information in die Zelle schleusen und mit der feindlichen Übernahme beginnen, indem es die Zellmaschinerie dazu bringt, hunderte Kopien des Virus zu produzieren. Diese infizieren dann weitere Zellen, was nach und nach zur Gewebeschädigung und damit zu den COVID-19-Symptomen führt.
Das Spike-Protein ist aber nicht nur der Schlüssel, mit dem das Coronavirus die Wirtszellen kapern kann, es ist auch ein wichtiges Element bei der Reaktion unseres Immunsystems. Dieses erkennt die Spikes auf der Virusoberfläche als Fremdkörper und beginnt daraufhin in den sogenannten B-Zellen mit der Produktion von Antikörpern. Sie docken an das Spike-Protein an und verhindern, dass es an den ACE2-Rezeptor binden und die Wirtszelle infizieren kann. Oberflächenproteine, an die sich Antikörper binden können, werden auch Antigene genannt. Zudem docken die Antikörper auch an jene Spike-Proteine an, die auf der Oberfläche von infizierten Zellen verbleiben.
Diese Antigen-Antikörper-Bindung sorgt dafür, dass infizierte Zellen markiert werden: Bestimmte Fresszellen, sogenannte natürliche Killerzellen, kurz NK-Zellen, erkennen die Markierung und schalten daraufhin die infizierten Zellen aus. Der Körper opfert somit eigene Zellen, um die Vermehrung des Coronavirus einzudämmen. Weil solche Antikörper den Effekt des Antigens, also des Spike-Proteins, neutralisieren, werden sie auch neutralisierende Antikörper genannt.
Außerdem bildet das Immunsystem bestimmte Zellen, die sogenannten Gedächtniszellen. Sie merken sich das Spike-Protein und beschleunigen bei einer erneuten Infektion die Bildung von Antikörpern in den B-Zellen.
Warum Spike-Protein-mRNA als Impfstoff genutzt werden kann
Das große Problem unseres Immunsystems bei der Bekämpfung einer Coronavirus-Infektion: Das Immunsystem ist nicht schnell genug. Infiziert sich eine Person zum 1. Mal mit dem Coronavirus, dauert es eine gewisse Zeit, bis das Immunsystem reagiert und genügend Antikörper gebildet hat, um die Vermehrung des Virus einzudämmen. In der Zwischenzeit hat sich das Virus aber bereits so stark vermehrt, dass es im Körper Schaden anrichten kann.
Die Idee hinter einem Impfstoff ist stets die gleiche: Dem Körper wird eine Infektion vorgetäuscht, damit das Immunsystem seine Abwehrmechanismen hochfährt (Video: Die Immunisierung). Sobald dann das echte Virus im Körper auftaucht, ist das Immunsystem bereits trainiert und kann den Eindringling meist abwehren, bevor dieser größeren Schaden anrichtet.
Im Fall der mRNA-Impfstoffe gegen SARS-CoV-2 wird die gewünschte Immunreaktion über das Spike-Protein aktiviert. Diese Virusbausteine sind für sich genommen völlig harmlos, weil keine weiteren Bestandteile oder genetische Informationen des Coronavirus in den Körper gelangen, die zu einer Virusvermehrung führen. Das Immunsystem aber produziert neutralisierende Antikörper und Gedächtniszellen gegen das Spike-Protein. Infiziert sich eine Person dann tatsächlich mit SARS-CoV-2, ist der Körper bereits gewappnet und eine Erkrankung kann verhindert oder abgemildert werden.
So läuft die Impfreaktion ab
mRNA-Impfstoffe werden in Lipid-Nanopartikel verpackt (Video: Die Produktion von mRNA-Impfstoffen), um den Eintritt ins Zellinnere zu ermöglichen. Sobald die mRNA-Moleküle mit der Bauanleitung für Spike-Proteine aus diesen Fettkapseln in das Zytoplasma gelangen, werden sie von den Ribosomen erkannt. Diese produzieren schließlich anhand der Information der mRNA diejenigen Spike-Proteine, die mit den Spike-Proteinen des Coronavirus identisch sind.
Weil Zellen die Spike-Proteine aber noch nicht kennen, präsentieren sie diese sogenannten Antigene unserem Immunsystem. Dies geschieht, indem die fertigen Spike-Proteine nach außen, an die Oberfläche der Zelle, transportiert werden. Zusätzlich werden auch freie Spike-Proteine aus der Zelle geschleust.
Das Immunsystem erkennt nun diese neuen Antigene als Fremdkörper und beginnt mit der Immunabwehr, also mit der Produktion neutralisierender Antikörper und von Immungedächtniszellen. Der Effekt: Kommt es später zu einer Infektion mit SARS-CoV-2, erkennt das Immunsystem das Spike-Protein und kann sich daher sofort dagegen wehren.
Der Ablauf der Impfreaktion in Kurzfassung:
- Ribosomen in den Zellen produzieren Spike-Proteine anhand der Bauanleitung der Impfstoff-mRNA.
- Die Spike-Proteine werden an die Zelloberfläche transportiert oder gelangen aus der Zelle.
- Das Immunsystem reagiert auf die fremden Spike-Proteine, indem es Antikörper und Immungedächtniszellen bildet.
- Kommt es zu einer Coronavirus-Infektion, ist das Immunsystem vorbereitet.
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