Corona-Impfung: Wie funktionieren die neuen mRNA-Impfstoffe?

Zwei der in der Europäischen Union eingesetzten Impfstoffe nutzen die sogenannte mRNA-Technologie. Konkret handelt es sich dabei um die Impfstoffe der Firmen BioNTech und Pfizer (BNT162b2 oder Comirnaty®) sowie Moderna (mRNA-1273) aus den USA. Doch wie wirkt ein mRNA-Impfstoff gegen Corona eigentlich, wie unterscheidet er sich von bisher bekannten Impfstoffen und was sind aktuelle Erkenntnisse zu möglichen Nebenwirkungen?

Was ist mRNA?

Die Abkürzung "mRNA" steht für "messenger RNA" also "Boten-Ribonukleinsäure". Die mRNA hat im Körper normalerweise folgende Funktion:

• Innerhalb des Zellkerns befindet sich die Erbinformation in Form der DNA. Darin sind unter anderem Informationen zum Aufbau von Proteinen enthalten.
• Der Aufbau dieser Proteine findet jedoch außerhalb des Zellkerns statt, nämlich an den sogenannten Ribosomen. Dies sind Bestandteile der Zellen, an denen Proteine hergestellt werden.
• Um diese Information von der DNA an die Ribosome weiterzuleiten, wird mRNA als Botenstoff produziert. Diese kann den Zellkern verlassen und die Informationen an die Ribosomen übermitteln.

So bleibt die DNA geschützt im Zellkern und die Erbinformation kann trotzdem an verschiedenen Orten innerhalb der Zelle abgelesen und verarbeitet werden.

Wie funktioniert ein mRNA-Impfstoff?

Ein mRNA-Impfstoff, wie er gegen COVID-19 eingesetzt wird, enthält Informationen über einen Teil des Coronavirus. Es handelt sich dabei sozusagen um die Bauanleitung für ein Stück des sogenannten Spike-Proteins, welches das Virus benötigt, um sich an die Oberfläche von Zellen zu binden und sie zu befallen.

Die mRNA des Impfstoffs und die darin enthaltenen Informationen zum Spike-Protein können von der Zelle ausgelesen und nachgebaut werden. Es entstehen Proteinfragmente von SARS-CoV-2, also kleine Proteinstückchen, die aus Sicht des Körpers dem Virus (beziehungsweise dessen Spike-Proteinen) ähneln.

Das köpereigene Immunsystem reagiert auf die körperfremden Virus-Bestandteile mit einer Immunantwort. Dazu gehört unter anderem die Bildung von Antikörpern, also bestimmten Stoffen im Blut, die eine zukünftige Infektion verhindern. Im Gegensatz zum natürlichen Ablauf einer Infektion entstehen bei einer Impfung jedoch keine COVID-19-Symptome und es findet keine Vermehrung des Virus statt.

Die Impfstoff-mRNA wird nach wenigen Tagen im Körper vollständig abgebaut. Gelangen nach der Impfung SARS-CoV-2-Viren in den Körper, wird sofort eine Immunantwort in Gang gesetzt. Die Verbreitung des Virus im Körper und damit auch die Entstehung von COVID-19-Krankheitssymptomen wird verhindert.

Wie wirksam sind mRNA-Impfstoffe?

Die Impfstoffe von BioNTech/Pfizer und Moderna bieten laut Angaben der Unternehmen einen Impfschutz von etwa 95 Prozent. Das heißt, der Impfstoff schützt zu 95 Prozent vor schweren Krankheitsverläufen. Auch vor leichten bis mittelschweren Verläufen zeigen die mRNA-Impfstoffe eine hohe Wirksamkeit (95 Prozent bei BioNTech/Pfizer, 90 Prozent bei Moderna). Auch vor der ansteckenderen Delta-Variante des Coronavirus schützen beide mRNA-Impfstoffe zu 90 Prozent vor schweren Erkrankungen.

In einer britischen Studie wurde die Wirksamkeit des Impfstoffes von BioNTech/Pfizer gegen die Omikron-Variante untersucht. Die Forschenden kamen zu dem Ergebnis, dass knapp vier Monate nach der zweiten Impfung kein ausreichender Schutz vor einer symptomatischen Infektion mit der Omikron-Mutation mehr besteht. Die Schutzwirkung von symptomatischen Verläufen wurde mit 34 Prozent angegeben. Nach der Auffrischungsimpfung verbesserte sich die Schutzwirkung deutlich, auf etwa 70 Prozent. Allerdings wurden im Rahmen der Studie nur circa 580 Personen untersucht.

Geimpfte können ungeimpfte Personen weiterhin anstecken. Das Risiko ist jedoch zwei Wochen nach der zweiten erfolgten Impfdosis äußerst niedrig. Laut Angaben des Robert Koch-Instituts ist die Wahrscheinlichkeit einer Ansteckung geringer als bei symptomlos infizierten Personen mit negativem Antigen-Schnelltest.

Kann ein mRNA-Impfstoff das Erbgut beeinflussen?

Eine häufig geäußerte Befürchtung ist, dass die modifizierte mRNA Einfluss auf das Erbgut, also die DNA, nehmen könnte. Laut Aussage des Robert Koch-Instituts und des Paul Ehrlich Instituts ist eine Beeinflussung der DNA im Zellkern durch die mRNA nicht möglich:

• Die mRNA befindet sich außerhalb des Zellkerns, die DNA jedoch in dessen Inneren.
• Zudem ist die Struktur von mRNA und DNA chemisch so unterschiedlich, dass die DNA die mRNA nicht einfach einbauen könnte.
• Auch kann mRNA von gesunden menschlichen Zellen nicht in DNA umgeschrieben werden.

Eine Ausnahme bilden bestimmte Viren, die das Enzym "Reverse Transkriptase" besitzen. Dazu gehören beispielsweise das HI-Virus (HIV) oder das Hepatitis-B-Virus. Diese Viren können durch das genannte Enzym RNA in DNA umwandeln. Bei gleichzeitiger Infektion mit einem dieser Viren könnte es also theoretisch tatsächlich zu einer Umwandlung der Impfstoff-mRNA in DNA kommen.

Doch selbst dann bleibt ein Einbau in die DNA unwahrscheinlich. Hierfür wären weitere Reaktionen innerhalb der Zelle notwendig, die natürlicherweise nicht vorkommen. Die Entstehung einer Autoimmunerkrankung, die manche als Folge dieses Prozesses befürchten, gilt als extrem unwahrscheinlich.

Darüber hinaus ist es wichtig zu wissen, dass eine Veränderung des Erbguts von einzelnen Körperzellen fast immer folgenlos bleibt, da körpereigene Mechanismen solche Veränderungen fortlaufend korrigieren.

Für die Vererbung spielt der Impfstoff zudem keine Rolle, da er nicht in die menschliche Keimbahn (also Eizellen und Samenzellen) eingreift. Der Impfstoff kann also nicht unfruchtbar machen.

Sind sonstige Risiken und Nebenwirkungen der Impfstoffe bekannt?

Nach Abschluss der Phase-3-Studien und mit Beginn der ersten Impfungen in der Bevölkerung konnten bisher vor allem leichte Nebenwirkungen bei geimpften Personen festgestellt werden. Zu den am häufigsten beobachteten Nebenwirkungen zählten vorübergehende Gliederschmerzen, Schwellungen und Rötungen an der Impfstelle, Kopfschmerzen und Müdigkeit. Bei der Studie der Hersteller BioNTech/Pfizer nahmen über 40.000 Menschen teil, bei Moderna circa 30.000.

Schwere Nebenwirkungen traten nur in sehr seltenen Fällen auf. Dazu gehörten Herzrhythmusstörungen bei einer mit dem Impfstoff von BioNTech/Pfizer geimpften Person sowie die Lähmung eines Gesichtsnervs bei drei Personen, die mit dem Moderna-Impfstoff behandelt wurden. Es ist jedoch nicht klar, ob diese Reaktionen tatsächlich durch den Impfstoff oder aufgrund anderer Auslöser auftraten.

Seit dem Beginn der Impfungen kam es in verschiedenen Ländern in sehr wenigen Fällen zu starken allergischen Reaktionen auf den Impfstoff von BioNTech/Pfizer. Menschen mit starken, bereits bekannten Allergien sollten deshalb individuell abklären, ob der Impfstoff für sie geeignet ist. In einem Patientenfragebogen werden vor der Impfung bestehende Allergien abgefragt. Durch eine Nachbeobachtung nach der Injektion wird sichergestellt, dass man im Falle einer allergischen Reaktion schnell eine medizinische Versorgung einleiten kann.

In sehr seltenen Fällen kommt es nach der Impfung mit einem mRNA-Impfstoff zum Auftreten von Herzmuskelentzündungen (Myokarditis) oder Herzbeutelentzündungen. Es sind insbesondere Frauen und Männer unter 30 Jahren von dieser Nebenwirkung betroffen. Da Herzmuskel- und Herzbeutelentzündungen häufiger nach einer Impfung mit dem Vakzin von Moderna auftraten, empfiehlt die Ständige Impfkommission (STIKO) für Personen unter 30 Jahren sowie schwangere Frauen eine Impfung mit dem Vakzin von BioNTech/Pfizer. Dies gilt auch für Zweit- und Drittimpfungen.

Symptome einer Herzmuskelentzündung sind unter anderem Herzrasen- oder Stolpern, Schmerzen in der Brust oder Kurzatmigkeit. Typische Anzeichen für eine Herzbeutelentzündung sind Schmerzen hinter dem Brustbein, die auch in den Rücken oder den linken Arm ausstrahlen können. Treten solche Symptome im zeitlichen Zusammenhang mit der Corona-Impfung auf, sollte ärztlicher Rat gesucht werden.

Mit Blick auf mögliche Spätfolgen kann aufgrund der Kürze des bisherigen Untersuchungszeitraums noch keine gesicherte Aussage getroffen werden. Als Spätfolgen gelten dabei Nebenwirkungen, die erst nach einem längeren Zeitraum auftreten.

Nach bisherigen wissenschaftlichen Kenntnissen ist aber davon auszugehen, dass es bei den Corona-Impfstoffen nicht zu Spätfolgen kommen wird. Dies hängt mit der Wirkungsweise von Impfstoffen zusammen: Im Gegensatz zu Medikamenten werden Impfstoffe nicht konstant über einen längeren Zeitraum verabreicht. Zudem reichern sie sich nicht im Körper an, sondern werden sehr schnell abgebaut. Aus diesem Grund treten Nebenwirkungen spätestens nach wenigen Wochen auf. Bisher kam es bei Impfstoffen noch nie zu Spätfolgen.

Davon zu unterscheiden sind Langzeitfolgen. Dies sind Nebenwirkungen, die kurze Zeit nach der Impfung auftreten, die aber für einen längeren Zeitraum anhalten.

Warum wird gegen Corona ein neuer Impfstoff-Typ eingesetzt?

Ein großer Vorteil von mRNA-Impfstoffen gegenüber anderen Impfstoffen, ist die geringe Produktionsdauer. Die Herstellung eines mRNA-Impfstoffes geht deutlich schneller und flexibler als mit anderen Methoden. Das ergibt sich auch durch die Möglichkeit, auf Arbeitsschritte mit infektiösen Coronaviren und auf den Einsatz sogenannter Impfverstärker zu verzichten. So kann in kurzer Zeit eine hohe Anzahl von Impfdosen hergestellt werden.

Kühlung als Besonderheit bei der Lagerung

Eine Besonderheit der mRNA-Impfstoffe ist allerdings die erforderliche Kühlung. Das Vakzin von Moderna hält bei Kühlschranktemperaturen 30 Tage lang und muss ansonsten bei -25 bis -15 Grad Celsius gelagert werden.

Auch der Impfstoff von BioNTech/Pfizer kann für einen Monat bei diesen Werten gelagert werden. Dies macht die Aufbewahrung in normalen pharmazeutischen Kühl- und Gefriergeräten möglich. Bei -90 bis -60 Grad ist das Vakzin darüber hinaus sechs Monate lang haltbar.

Wieso ging die Entwicklung im Vergleich zu anderen Impfstoffen so schnell?

Die Entwicklung eines Impfstoffes kann sich oftmals über mehrere Jahre erstrecken. Im Vergleich dazu ging die Entwicklung des mRNA-Impfstoffes gegen das Coronavirus äußerst schnell. Dafür gibt es folgende Gründe:

• Finanzierung: Die Entwicklung eines Impfstoffes wird bei pharmazeutischen Unternehmen häufig durch Partner aus der Industrie sichergestellt. Bei der Entwicklung des Impfstoffes gegen das Coronavirus wurden staatliche Gelder bereitgestellt. Die Entwicklung bedeutet für die beteiligten Unternehmen also kaum ein finanzielles Risiko und kann mit Hochdruck vorangetrieben werden.
• Schnellere Genehmigungsverfahren: Da der gesellschaftliche Druck weltweit sehr groß ist, liegt der Fokus der beteiligten Behörden auf einer möglichst schnellen Bearbeitung der vorliegenden Anträge, die Mittel zur Bekämpfung des Coronavirus betreffen. So hat das Bundesinstitut für Arzneimittel und Medizinprodukte (BfArM) deutlich mehr Mitarbeiter für die Prüfung klinischer Studien und Zulassungen für entsprechende Mittel abgestellt. Dabei wurden weder Prüfungsstandards herabgesetzt noch Phasen in der Entwicklung der Impfstoffe übersprungen.
• Bestehende Erkenntnisse: Durch die große Ähnlichkeit zum SARS-Coronavirus und dem MERS-Coronavirus konnte bei SARS-CoV-2 auf bereits bestehendes Wissen über diese Virenform zurückgegriffen werden. Zu beiden waren bereits klinische Studien im Gange, die sich auch mit der Nachbildung des Spike-Proteins beschäftigt haben. Auch zu mRNA-Impfstoffen wurde bereits Forschungsarbeit geleistet. Der Ansatz ist also nicht komplett neu, sondern wurde lediglich weiterentwickelt.

Wann wurden die Impfstoffe zugelassen?

Notwendig für die Zulassung von Impfstoffen in Deutschland ist die Genehmigung des Impfstoffes durch die Europäische Arzneimittelagentur (EMA). Der dazugehörige Ausschuss für Humanarzneimittel (CHMP) gibt nach der Prüfung eine Empfehlung bezüglich der Zulassung ab, über die dann die EU-Kommission entscheidet. Diese richtet sich aber in der Regel nach den Empfehlungen des CHMP.

BioNTech und Moderna haben am 1. Dezember 2020 die Anträge zur Zulassung ihrer mRNA-Impfstoffe bei der EMA eingereicht. Am 21. Dezember hat die EMA die bedingte Zulassung des Impfstoffs von BioNTech/Pfizer empfohlen. Noch am selben Tag hat sich die EU-Kommission dieser Empfehlung angeschlossen und den Impfstoff für Europa zugelassen. Die ersten Impfungen in Deutschland wurden am 26. Dezember durchgeführt.

Die Empfehlung zur Genehmigung des Impfstoffs von Moderna durch die EMA und die Entscheidung zur bedingten Zulassung durch die EU-Kommission erfolgten am 6. Januar 2021. Einige Tage darauf wurde der Impfstoff auch nach Deutschland ausgeliefert und mit dem Impfen begonnen.

Am 31. Mai 2021 wurde der Impfstoff von BioNTech/Pfizer zudem auch für den Einsatz bei Kindern ab 12 Jahren in der EU zugelassen. Am 23. Juli folgte die Zulassung des Impfstoffs von Moderna für diese Altersgruppe.

Im Oktober 2022 wurde die bedingte Zulassung beider Impfstoffe durch die Europäische Kommission in eine Standardzulassung umgewandelt. Damit muss die Zulassung nun nicht mehr jedes Jahr erneuert werden. Auch die Impfempfehlung für Kinder änderte sich im Oktober 2022. Die EU-Kommission hat die Anwendung reduzierter Dosen der Impfstoffe von Moderna und BioNTech Pfizer auch für Kinder ab sechs Monaten zugelassen.

Auffrischungsimpfung

Die Ständige Impfkommission empfiehlt allen Menschen ab 18 Jahren die Auffrischung des Impfschutzes durch eine Booster-Impfung mit einem mRNA-Impfstoff, sofern keine nachgewiesene Infektion mit dem Coronavirus vorliegt. Konkret sollte ein eimaliger Kontakt mit dem Virus nachgewiesen werden können – entweder durch eine Grundimmunisierung (zwei Impfdosen) plus eine Auffrischungsimpfung oder durch eine Grundimmunisierung und eine nachgewiesene Infektion. Für gesunde Kinder wird die Impfung seit April 2023 nicht mehr empfohlen.

Aktuell (Stand: April 2023) wird Personen aus Risikogruppen (Menschen mit Grunderkrankungen, Bewohner*innen von Pflegeeinrichtungen sowie Personen über 60 Jahren) durch die Ständige Impfkommission eine jährliche Auffrischung der Impfung empfohlen. Durch die EU-Kommission zugelassen wurden dafür im Herbst 2022 auf die Omikron-Varianten BA.1 beziehungsweise BA.4 und BA.5 angepasste Impfstoffe von BioNTech/Pfizer sowie Moderna.