Die abgehängten Impfstoffkandidaten: ein Besuch im Corona-Versuchslabor
Corona-Impfstoffe entstehen im Labor. Weltweit forschen Wissenschaftler an neuen Verfahren.
Quelle: Ng Han Guan/AP/dpa
Ein Schild warnt vor biologischer Gefahr. Drinnen im Labortrakt, hinter der Sicherheitsschleuse, schlagen die Türen lauter zu als im Rest des Gebäudes. Das liegt an dem Unterdruck, der hier im Biomedizinischen Forschungszentrum der Uni Gießen, am ältesten virologischen Institut in Deutschland, herrscht. Eine Sicherheitsmaßnahme. Wenn Viren verschüttet würden, könnten diese nicht mit dem Luftzug nach draußen gelangen.
Das Gebäude, in dem das Institut untergebracht ist, wurde 2012 fertig. Die Gänge, in dem die Labore liegen, wirken steril. Dunkler PVC-Boden, verchromte Metallbeschläge an den Wänden, weiße Türen mit verglasten Sichtschlitzen darin. Ab und zu kommt ein Mensch mit weißem Kittel, Mundschutz und Brille auf dem Gang, eine Tür schlägt hinter ihm zu, Frau oder Mann öffnen eine andere Tür und verschwinden dahinter. Es wirkt geschäftig, aber nicht hektisch. Dabei könnte man vermuten, dass hier Stress herrschen sollte. Denn es sind die Wochen nach den Veröffentlichungen von Biontech, Moderna und Astra Zeneca. Die Impfstoffe jener Firmen gegen das neuartige Coronavirus haben zuletzt die Schlagzeilen bestimmt.
Die Pandemie und wir
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Biontech und Moderna haben Konkurrenz abgehängt
Wir sind irgendwo abgeschlagen im hinteren Feld.
Friedemann Weber,
Virologe an der Universität Gießen
Biontech und Moderna verkündeten über 90-prozentige Effektivität ihrer Impfstoffe, Astra Zeneca spricht von 70 Prozent. Doch auch in den Laboren in Gießen wird weiterhin ein Konkurrenzprodukt entwickelt. Aber während die klinischen Studien für die mittlerweile berühmten Impfstoffe bald abgeschlossen sein werden, wird die Vakzine, an der hier gearbeitet wird, noch nicht einmal am Menschen getestet.
„Wir sind irgendwo abgeschlagen im hinteren Feld“, sagt Friedemann Weber, 55, Leiter des Instituts für Virologie an der Uni Gießen. Die Bewegung seiner Lachfalten um die Augen lassen unter seinem medizinischen Mundschutz ein Lächeln erahnen. Er wirkt alles andere als unglücklich, als er hier im weißen Kittel mit Socken in Trekkingsandalen auf dem Weg in seine Labors ist. Wenn man ihm folgt, lernt man, warum – und erfährt gleichzeitig mehr über das Wesen der Wissenschaft, als wenn man die begleitet, die vorne liegen im globalen Impfstoffrennen.
Wie entsteht ein Impfstoff?
Nach einem Impfstoff gegen Covid-19 wird unnachgiebig geforscht. Innerhalb von nur einem Jahr war bereits der erste Kandidat in der Zulassungsphase.
Weltweit werden hunderte Impfstoffe gegen Covid-19 entwickelt
273 Impfstoffe gegen das neuartige Corona-Virus werden weltweit im Moment entwickelt, 58 bereits am Menschen getestet. Dabei ist noch kein Jahr vergangen, seitdem Sars-CoV-2 sich unter Menschen ausbreitet. Nie in der Geschichte hat es eine solche Explosion der Forschungsaktivität gegeben, um die Menschheit vor einem Erreger zu schützen. Drei Impfstoffe stehen kurz vor der Zulassung in Europa, sonst dauert das für ein solches Präparat zehn Jahre.
Nur, was wird aus den restlichen Entwicklungen, wenn die ersten Vakzine bereits gespritzt werden? War die Arbeit von Tausenden Wissenschaftlern, die an anderen Impfstoffen geforscht haben, dann umsonst? Friedemann Weber, schlank, hohe Stirn, Gitarrist in zwei Rockbands, öffnet die Tür zu einem seiner Labore. Ihm den Rücken zugewandt stehen dort zwei Männer in weißen Kitteln. Vor ihnen eine weiße Arbeitsbank, die vom Prinzip ähnlich aufgebaut ist wie eine Küchenzeile. Auf Brust- bis Schulterhöhe stehen in Regalen Zutaten in Glasflaschen, auf der Arbeitsplatte statt Messerblock ein Ständer mit dem wichtigsten Werkzeug in biomedizinischen Labors – Pipetten in verschiedenen Größen.
Webers Mitarbeiter Andreas Schön greift zu einer, steckt eine Plastikspitze auf. Aus einem durchsichtigen Kunststoffgefäß, das etwa die Größe zweier Fingerkuppen hat, pipettiert er einen Tropfen – genau gesagt den 20sten Teil eines Milliliters – in ein weiteres fingerkuppengroßes Gefäß, um ihn weiter zu verdünnen. Die Flüssigkeit, die er transferiert, ist klar wie Wasser – aber sie enthält Erbsubstanz mit Genen des Sars-CoV-2-Virus. In Friedemann Webers Labor wird an einem jener neuen Impfstoffe gearbeitet, die gerade die Medizin revolutionieren.
„Don’t call us, we call you“ – Spahn bittet bei Impfstoffverteilung um Geduld
Der Bundesgesundheitsminister rief dazu auf, geduldig zu sein und auch nach Impfbeginn die Hygienevorschriften zu beachten.
Quelle: Reuters
Neue Verfahren bei Impfstoffen: DNA oder RNA nutzen?
Die Idee dahinter – Menschen werden nicht wie bei hergebrachten Vakzinen, abgetötete oder abgeschwächte Erreger injiziert oder aus diesen isolierte Proteine. Stattdessen spritzt man Menschen deren Bauplan, also Gene, in diesem Fall von Sars-CoV-2, aus welchen der Körper dann die Virusproteine herstellt und gegen die er – wenn alles klappt – eine Immunantwort entwickelt.
Der Unterschied zwischen den Impfstoffen von Biontech und Moderna, die kurz vor der Zulassung stehen, und dem, an dem Friedemann Weber forscht: Der Gießener Wissenschaftler benutzt DNA. Die berühmten Firmen, auf die die Welt schaut, dagegen RNA. DNA ist die Form der Erbsubstanz, mit der unsere Gene von Generation zu Generation weitergegeben werden, und liegt normalerweise im Zellkern vor. RNA dagegen ist die kurzlebige Arbeitskopie von Genen, mit denen diese in Proteine übersetzt werden – sie befindet sich vor allem außerhalb des Zellkerns im Zellplasma.
Die große Logistikfrage: Welche Temperaturen braucht der Impfstoff?
Weber führt in einen Nebenraum, um zu zeigen, wie sich dieser Unterschied auswirkt. Dort stehen Metallschränke von der Ausdehnung eines Kleinwagens. Weber öffnet einen, weiße Schwaden ziehen heraus – die Tür ist dick wie bei einem Tresor. „Das sind die minus 80 Grad Kühlschränke, in denen der Impfstoff von Biontech gelagert werden muss“, sagt er. „Diese Geräte durch die Republik zu karren – das wird schon ein großer Aufwand.“ Der Grund: RNA ist instabil, bei Zimmertemperatur kann schon Wasser sie zersetzen, erst Recht Mikroorganismen oder auch Enzyme, die jeder Mensch auf der Haut trägt. DNA ist dagegen wesentlich stabiler.
Weber zeigt gegenüber auf einen normalen Gefrierschrank. „Darin kann unser Impfstoff gelagert werden – der von Astra Zeneca zum Beispiel allerdings auch.“ Weber ist keiner, der die Erfolge anderer verschweigen würde, und so zeigt er auch seine Bewunderung für den US-Hersteller Moderna, der es eigenen Angaben zufolge geschafft hat, seinen RNA-Impfstoff bei höheren Temperaturen haltbar zu machen. „Wahrscheinlich durch chemische Stabilisatoren“, vermutet Weber. „Minus 70 Grad sind für RNA-Lagerung normal.“ RNA als Impfstoff zu verwenden, hat den Vorteil, dass keine Gefahr existiert, dass diese ins menschliche Genom eingebaut werden könnte.
Die WHO sieht allerdings auch in DNA-Impfstoffen keine Gefahr. „Und wir dürfen auch nicht vergessen, dass die Vektorimpfstoffe, wie etwa der von AstraZeneca, auch DNA enthalten, die sogar noch mit Proteinen verpackt, also stabiler sind“, sagt Weber. „Aber auch diese sehen wir als sicher an – die Integration von Vakzinerbgut ins menschliche Genom ist eher eine theoretische als eine praktische Gefahr.“
Zerstörungskraft von Sars-CoV-2 – auch im Labor
Ein einzelner Erreger hat sich bis zu einer Zahl von circa 50.000 vermehrt und dabei etwa 10.000 Zellen zerstört.
Virologe Weber
Zurück im Labor zeigt sich auf einem Stapel im Regal im Kleinen, was Sars-CoV-2 anrichten kann. Auf Plexiglasplatten mit runden Vertiefungen haben Webers Doktoranden jeweils einen Rasen aus menschlichen Zellen wachsen lassen, dann Viruslösung zugegeben und zwei Tage später die Reaktion mit einem Farbstoff gestoppt, der ausschließlich intakte Zellen violett färbt. Sars-CoV-2 hat weiße Löcher gefressen, also Zellen getötet. „Jedes Loch geht auf ein Virus zurück“, sagt Weber. „Ein einzelner Erreger hat sich bis zu einer Zahl von circa 50.000 vermehrt und dabei etwa 10.000 Zellen zerstört.“
Zwei Meter weiter sitzt Andreas Schön und arbeitet an dem Mittel, das eine solche Vermehrung im Menschen verhindern soll. Er macht gerade Testreihen mit verschiedenen möglichen DNA-Impfstoffen. Ziel ist herauszufinden, welche Variante welche Immunantwort auslöst. „Wir brauchen eine Reaktion, aber sie darf auch nicht zu stark sein“, erklärt Weber. „Denn überschießende Immunantworten verursachen ja zum Beispiel auch bei Covid-19 erst schlimme Krankheitsverläufe – solche Entzündungskaskaden dürfen wir mit einem Impfstoff natürlich keinesfalls auslösen.“
Spahn: Wir fangen mit den Höchstbetagten und Gefährdeten an
Bundesgesundheitsminister Jens Spahn hat angesichts des geplanten Corona-Impfstarts am 27. Dezember um Geduld gebeten.
Quelle: dpa
Andreas Schön tropft also die klare DNA-Lösung auf eine roséfarbene Flüssigkeit, die in Lochplatten steht, das Nährmedium für die menschlichen Zellen. Erst unter dem Mikroskop ist der Zellrasen zu sehen, der am Boden des Plexiglasbehälters wächst. Am nächsten Tag wird der promovierte Biologe messen, welche Botenstoffe des Immunsystems, genannt Cytokine, die Zellen als Antwort auf die getesteten Impfstoffvarianten bilden.
Forscher haben einen gemeinsamen Feind – die Pandemie
Diese Versuche sind nur ein Baustein in dem internationalen Impfstoffprojekt namens Opencorona, das vom Karolinska Institut in Stockholm geführt wird, einer der renommiertesten Medizin-Fakultäten weltweit, deren Mitglieder alljährlich bestimmen, wer den Nobelpreis für Medizin erhält. Neben Webers Gruppe sind verschiedene aus Skandinavien und eine aus Italien dabei. Aber es gibt in der Forschung Kooperationen zwischen chinesischen und US-amerikanischen Wissenschaftlern, zwischen britischen und solchen aus der EU. Die Pandemie, sie hat Forscher aus der ganzen Welt zusammengebracht, abseits einer politisch gespaltenen Welt, um gegen den gemeinsamen Feind zu kämpfen.
Für Opencorona haben schwedische Forscher parallel zu den Arbeiten in Gießen Frettchen und speziellen Mäusemutanten die Impfstoffvarianten gespritzt und danach die Konzentration der Antikörper im Blut und die Aktivität der T-Zellen gemessen. „Unser aktueller Kandidat hat unter anderem die Gene für einen Teil des Spikeproteins, sowie für das Verpackungsprotein des Virusgenoms.“ Weber grinst. „Das Konstrukt heißt OC 007 – die Lizenz zum Impfen.“
Im Labor entstehen die Impfstoffe für die nächste Pandemie
In Wirklichkeit ist es nicht sehr wahrscheinlich, dass der Opencorona-Impfstoff noch während der aktuellen Pandemie zum Einsatz kommt. Obwohl Friedemann Weber bereits am 9. März den Förderantrag für die Impfstoffentwicklung bei der EU eingereicht hat, obwohl dieser innerhalb weniger Wochen genehmigt wurde, liegt dieses öffentlich finanzierte Projekt weit, wohl Jahre, hinter denen der führenden Unternehmen. Auch andere Impfstoffvorhaben, die aus Kooperationen von öffentlichen Instituten zurückgehen, wie der Impfstoff des Deutschen Zentrums für Infektionsforschung, hat die Privatwirtschaft abgehängt.
Die DNA-Plattform ist der Aschenputtelansatz unter den Corona-Impfstoffkandidaten, wir wollen einfach zeigen, dass sie funktioniert.
Vakzinforscher Weber
„Wir haben viel zu wenig Man-Power, mussten das Geld zusammenkratzen und uns Tests selbst zusammenbasteln“, sagt Weber über seinen Teil von Opencorona. „Die Unternehmen sind da viel flexibler und finanziell besser ausgestattet.“ Aber Weber findet das gar nicht schlimm. „Die DNA-Plattform ist der Aschenputtelansatz unter den Corona-Impfstoffkandidaten, wir wollen einfach zeigen, dass sie funktioniert“, sagt Weber. „Vielleicht wird sie sogar noch gebraucht werden, sei es, weil Entwicklungsländer die Infrastruktur für den Impfstoff der ersten Generation nicht aufbringen können, oder für die nächste Welle, weil wir die Impfzentren mit den Minus-70-Grad Kühlschränken nicht Jahre aufrechterhalten können.“ Es sind Szenarien, die Weber sich nicht wünscht. Er hat eigentlich ohnehin andere Ziele. „Mir geht es ja darum, Prinzipien zu ergründen – und vielleicht fällt dafür ja etwas ab.“ Etwas Neues hat seine Gruppe schon herausgefunden.
Grundlagenforschung funktioniert anders als Industrie
Friedemann Weber wechselt in der Umkleide hinter der Schleuse seine Schuhe und zieht seinen Kittel aus, um ins Büro zu gehen. Sein Institut ist im Fachbereich Veterinärmedizin angesiedelt, obwohl die wenigsten seiner Studienobjekte Tierpathogene sind. „Den Viren ist es so wurscht wie mir, um welchen Wirt es geht“, sagt er. „Mich interessiert, wie die Erreger funktionieren.“ Er führt durch sein Vorzimmer in sein geräumiges Büro. Öffnet am Computer eine Datei mit Grafiken. Sie zeigt für alle Opencorona-Impfstoffkandidaten eine mittelstarke Ausschüttung von guten, antiviralen Cytokinen – mit einer Ausnahme. Gegen das Membranprotein M des Virus ist diese gewünschte Immunantwort nur ein Zehntel so groß. „Es wirkt so, als ob das Virus mit dem M-Protein gezielt die Immunabwehr des Körpers dämpft“, sagt Weber. „Das könnte also eine Strategie des Erregers sein, um sich besser in menschlichen Zellen vermehren zu können.“
Hier zeigt sich der Unterschied zur Industrie. Weber macht Grundlagenforschung wie die meisten Forscher an öffentlich finanzierten Einrichtungen. Unternehmen investieren dagegen erst, sobald sich eine kommerzielle Verwertung abzeichnet. Trotzdem erschafft gerade die nicht profitgetriebene Wissenschaft die Innovationen, auf die Firmen später angewiesen sind. So wurde die RNA-Impfung genauso in öffentlichen Labors erfunden wie die Genschere Crispr-Cas 9 für die Emmanuelle Charpentier und Jennifer Doudna gerade den Chemienobelpreis bekamen.
Für die Forschung braucht man eine große Frustrationstoleranz.
Virologe Weber
Es ist Abend geworden in Gießen, Friedemann Weber zieht die Wanderschuhe an und macht sich auf den Weg zum Bahnhof. Er fährt mit dem Zug und Bus nach Hause, 70 Minuten, weil er dann mehr Zeit zum Lesen hat. „Daraus besteht meine Arbeit zu 50 Prozent“, sagt Weber. Daneben gehört zu seiner Jobbeschreibung, mit vielen Rückschlägen umzugehen. „Für die Forschung braucht man eine große Frustrationstoleranz.“ Oft klappten Experimente nicht oder zeigten sich schöne Hypothesen als nicht vereinbar mit den Ergebnissen, die sich im Labor ergäben.
Forschung an Viren ist wichtig – und kostet Geld
Und dann ist da noch das Geld. „Viel Zeit geht für das Schreiben von Anträgen für Drittmittel drauf – wenn keine genehmigt würden, könnte ich keine Mitarbeiter mehr anstellen und nicht mehr forschen.“ Dabei gibt es so viel zu erfahren, nicht nur, aber auch über die Viren dieser Welt. Opencorona ist nur eines von vielen Projekten, an denen Weber mit seinem Team arbeitet. So hat er einen DNA-Impfstoff mitentwickelt, der gegen das Krim-Kongo-Fieber schützen soll, eine Viruserkrankung, die sich aus Afrika und Asien kommend mit der Klimaerwärmung schon bis auf den Balkan vorgearbeitet hat. „Es ist ein hämorrhagisches Fieber, das vor allem durch Zecken übertragen wird“, sagt Weber. Der Impfstoff geht bald in die erste Phase der klinischen Testung.
Wahrscheinlich war nie offensichtlicher als heute, wie wichtig es ist, dass Wissenschaftler Viren erforschen, von denen die meisten Menschen nie gehört haben. Denn eines Tages könnten diese Erkenntnisse unser Leben retten. Die nächste Pandemie, sie kommt bestimmt. Weber verabschiedet sich auf den Bahnsteig, zu Hause warten Frau und zwei Kinder. In seiner Tasche eine wissenschaftliche Publikation zum Lesen – das Krim-Kongo-Fieber ist demnach bereits in Ungarn angekommen.
RND
