Impfstoffe gegen COVID-19 auf Proteinbasis: Wie funktionieren sie?

Aktuelles Wissen zu proteinbasierten Impfstoffen und ihren Vor- und Nachteilen

25.08.2022 – Impfstoffe auf Basis künstlich hergestellter Proteine nutzen eine lang bewährte Technologie. Zur COVID-19-Impfung ist in der EU bislang ein proteinbasierter Impfstoff des Herstellers Novavax zugelassen, ein zweiter Impfstoff befindet sich noch im Marktzulassungsverfahren. Lesen Sie hier, wie die COVID-19-Impfung mit rekombinanten Protein-Impfstoffen funktioniert, welche Impfreaktionen bislang bekannt sind und welche Vor- und Nachteile diese Impfstoffe aufweisen.

Impfstoffe, die auf künstlich hergestellten Eiweiß-Untereinheiten basieren, sind schon lange im Einsatz. In der Fachsprache sind sie als rekombinante Protein-Subunit-Vakzine bekannt und schon für verschiedene Impfungen zugelassen, beispielsweise gegen Hepatitis-B, Gürtelrose oder HPV (Gebärmutterhalskrebs) [1]. Auch im Rahmen der Corona-Pandemie werden Vakzine entwickelt, die auf diesem Wirkmechanismus beruhen. Aktuell (Stand August 2022) hat die Europäische Arzneimittel-Agentur (EMA) ein Vakzin des Herstellers Novavax (Nuvaxovid) zugelassen. Das rekombinante Protein-Subunit-Vakzin der Hersteller Sanofi und Glaxo-Smith-Kline (Vidprevtyn) befindet sich noch im Zulassungsverfahren der EMA [2].

Wie funktionieren Protein-Vakzine?

Rekombinante Protein-Subunit-Vakzine enthalten entweder eine Untereinheit (Subunit) eines Virusproteins oder mehrere Virusproteine, die zu virusartigen Partikeln zusammengelagert sind. Die für den Impfstoff benötigten Proteine beziehungsweise ihre Untereinheiten werden biotechnologisch in Tier- oder Pflanzenzellen oder mithilfe bestimmter Hefepilze hergestellt. Nach Reinigung werden sie mit einem sogenannten Adjuvans (Wirkungsverstärker) kombiniert. Das menschliche Immunsystem erkennt diese verimpften Virusproteine als fremd. Es aktiviert bestimmte Immunzellen und bildet Antikörper. Diese schützen den Körper auch dann noch, wenn das Protein schon abgebaut ist.

Gut zu wissen

Die viralen Proteine und Proteinuntereinheiten alleine können keine Infektionen auslösen. Dazu wäre die Erbinformation des Virus nötig. Diese ist im Vakzin jedoch nicht enthalten.

Welche Proteine eignen sich für COVID-19-Vakzine?

Das Coronavirus SARS-CoV-2 besteht aus RNA (Erbsubstanz bestimmter Viren), einer Membranhülle und vier verschiedenen Proteinen (Abbildung 1):

Abbildung 1: Aufbau des Coronavirus SARS-CoV-2.

Bei der Entwicklung der COVID-19-Impfstoffe gibt es bislang drei verschiedene Ansätze, die auf dem Spike-Protein basieren [3]. Sie verwenden alternativ:

  • Das komplette Spike-Protein: Das Spike-Protein dient dem Coronavirus SARS-CoV-2 normalerweise dazu, an Körperzellen zu binden und diese zu infizieren. Die Vakzine von Novavax und von Sanofi/GSK nutzen eine modifizierte Version des Spike-Proteins, die in Insektenzellen hergestellt wird. Kommt das Immunsystem damit in Kontakt, erkennt es dieses als körperfremd und baut einen Immunschutz auf. Wichtig: Das Spike-Protein allein löst eine Immunreaktion aus, kann jedoch keine Infektion verursachen. [3, 4]
  • Die sogenannte Rezeptorbindedomäne (RBD): Die RBD ist eine Untereinheit des Spike-Proteins – und derjenige Teil, mit dem SARS-CoV-2 an die Körperzellen bindet.
  • Virusartige Partikel auf Basis des Spike-Proteins: Spike-Proteine lagern sich spontan zu Strukturen zusammen, die Viren ähneln. Diese virusartigen Partikel besitzen keine Erbinformation und tragen das Spike-Protein auf der Oberfläche.

Impfreaktionen

Nach einer Impfung mit dem Novavax-Vakzin können folgende Impfreaktionen auftreten [5]:

Häufigkeit Impfreaktion
75 % Druckempfindlichkeit an der Einstichstelle
62 % Schmerzen an der Einstichstelle
53 % starke Müdigkeit
51 % Muskelschmerzen
50 % Kopfschmerzen
41 % allgemeines Unwohlsein
24 % Gelenkschmerzen
15 % Übelkeit oder Erbrechen

Die Daten der klinischen Studien zu dem Vakzin von Sanofi/Glaxo-Smith-Kline sind noch nicht vollständig veröffentlicht. Daher sind möglicherweise noch nicht alle Impfreaktionen bekannt, die auftreten können. Die bislang häufigsten Impfreaktionen sind [6]:

  • Reaktionen an der Einstichstelle (Schmerzen, Anschwellen oder Rötung)
  • Muskelschmerzen
  • Kopfschmerzen
  • Krankheitsgefühl
  • Fieber

Rekombinante Protein-Impfstoffe: Was spricht dafür, was dagegen?

Vorteile rekombinanter Protein-Subunit-Vakzine:

  • Sie können bedenkenlos bei immunsupprimierten Personen eingesetzt werden [4].
  • Das Produktionsverfahren ist bereits von anderen Impfstoffen bekannt. Das erleichtert die Herstellung der Vakzine. [3]
  • Im Gegensatz zu Impfstoffen, die abgeschwächte, inaktivierte oder aktive Viren enthalten, ist bei diesen Vakzinen im Herstellungsprozess kein aktives Virus nötig. Das erfordert weniger hohe Sicherheitsmaßnahmen in den Produktionsstätten. [3]

Nachteile rekombinanter Protein-Subunit-Vakzine:

  • Die Herstellung des kompletten Spike-Proteins ist technisch nicht einfach. Dadurch ist die erreichbare Produktion niedriger als bei anderen Impfstoffen – mit der Folge, dass kurzfristig weniger Dosen produziert werden können als beispielsweise bei mRNA-Impfstoffen. Im Kampf gegen die Ausbreitung einer Pandemie ist Zeit jedoch ein wichtiger Faktor. Je schneller wirksame Impfstoffe gegen einen neuen Erreger verfügbar sind, desto besser. [3]
  • Die RBD ist im Gegensatz zum kompletten Spike-Protein relativ einfach herstellbar. Da sie kleiner ist, besitzt sie jedoch weniger Angriffspunkte für Antikörper. Daher sind Vakzine, die nur auf der RBD basieren, möglicherweise weniger effektiv. [3]
  • Rekombinante Protein-Subunit-Vakzine sind nicht in der Lage, die Schleimhaut der oberen Atemwege, über die SARS-CoV-2 in den menschlichen Körper eindringt, stark zu immunisieren. Das bedeutet, dass Adjuvanzien sowie mehrere Auffrischungsimpfungen nötig sind [3, 4].
  • Beim Novavax-Vakzin ist aktuell noch unklar, wie gut die Schutzwirkung gegenüber der Omikron-Variante des Coronavirus SARS-CoV-2 ist [5].

Quellen:

  1. Meyer H. COVID-19-Impfstoffe – Übersicht über in Europa zugelassene oder im Zulassungsprozess befindliche Impfstofftypen. Bulletin zur Arzneimittelsicherheit 2021; 01/2021: 20-22
  2. Europäische Arzneimittel-Agentur EMA. COVID-19 vaccines. In englischer Sprache verfügbar unter: https://www.ema.europa.eu/en/human-regulatory/overview/public-health-threats/coronavirus-disease-covid-19/treatments-vaccines/covid-19-vaccines; zuletzt abgerufen am 1. März 2022.
  3. Krammer F. SARS-CoV-2 vaccines in development. Nature 2020; 586: 516–527
  4. Kyriakidis NC, Lopez-Cortes A, Gonzalez EV et al. SARS-CoV-2 vaccines strategies: a comprehensive review of phase 3 candidates. NPJ Vaccines 2021; 6: 28
  5. Deutsches Grünes Kreuz und Robert Koch-Institut. Aufklärungsblatt zur Schutzimpfung gegen COVID-19 (Corona Virus Disease 2019)(Grundimmunisierung) – mit proteinbasiertem Impfstoff – (Nuvaxovid® von Novavax). Verfügbar unter https://www.rki.de/DE/Content/Infekt/Impfen/Materialien/COVID-19-Proteinimpfstoff-Tab.html; zuletzt abgerufen am 01. August 2022.
  6. Goepfert PA, Fu B, Chabanon AL et al. Safety and immunogenicity of SARS-CoV-2 recombinant protein vaccine formulations in healthy adults: interim results of a randomised, placebo-controlled, phase 1-2, dose-ranging study. Lancet Infect Dis 2021; 21: 1257-1270

Bildnachweis: “The coronavirus spike protein mutation. D614G Mutation in the protein that allows SARS-CoV-2 to enter cells might make it easier for the virus to spread.”; stock.adobe.com/Design Cells, “Illustration of the Corona Virus with nucleus, RNA, cut open on white background“; stock.adobe.com/topshots

Autorin dieses Beitrags: Dr. Christina Schüßler, medizinwelten-services GmbH, Stuttgart

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Fachgebiet (Unterfachgebiet):
Allgemeinmedizin, Hals-Nasen-Ohrenheilkunde, Innere Medizin (Immunologie, Infektiologie, Pneumologie), Öffentliches Gesundheitswesen

Körperregion/Organsystem:
Immunsystem, Lunge

Jahreszeit:
ganzjährig

Anlass:
Pandemie, Impfung gegen Corona

Medizinischer Bereich:
Impfungen gegen SARS-CoV-2; potenzielle Impfreaktionen

Schlagwörter:
Adjuvans, Biotechnologie, Coronavirus, COVID-19, Druckempfindlichkeit, Einstichstelle, EMA, Europäische Arzneimittel-Agentur, European Medicines Agency, Erbrechen, Frösteln, Fieber, Gelenkschmerzen, Glaxo-Smith-Kline, Halsschmerzen, Gliederschmerzen, Hausarzt, Husten, Immunsystem, Impfen, Impfung, Impfreaktionen, Impfstoff, Kopfschmerzen, Krankenkassen, Krankheitsgefühl, Müdigkeit, Muskelschmerzen, Novavax, Pandemie, Protein, Proteinuntereinheit, rekombinantes Protein-Subunit-Vakzin, RBD, Rezeptorbindedomäne, SARS-CoV-2, Sanofi, Spike-Protein, Übelkeit, Unwohlsein, Vakzin, virusartige Partikel, Wirkungsverstärker